本项目是北京航空航天大学 2024 年编译原理课程的大作业，使用 Java 实现了一个完整的编译器，能够将类 C 语言（SysY 子集）源程序编译为 MIPS 汇编代码。
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├── Compiler.java # 编译器入口
├── frontend/ # 前端
│ ├── lexer/ # 词法分析
│ │ ├── Lexer.java # 词法分析器
│ │ ├── Token.java # Token 类
│ │ └── LexType.java # Token 类型枚举
│ ├── parser/ # 语法分析
│ │ ├── Parser.java # 递归下降语法分析器
│ │ └── TokenBuf.java # Token 缓冲区
│ ├── symtable/ # 符号表
│ │ ├── SymTable.java # 符号表
│ │ ├── Symbol.java # 符号基类
│ │ ├── FuncSym.java # 函数符号
│ │ ├── VarSym.java # 变量符号
│ │ └── VarType.java # 变量类型枚举
│ ├── visitor_Symtable/ # 语义分析（符号表构建与错误检查）
│ │ ├── Visitor_Symtable.java
│ │ └── VisitResult.java
│ └── error/ # 错误处理
│ ├── ErrorRecord.java # 错误记录
│ └── ErrorType.java # 错误类型枚举
├── middleend/ # 中间端（LLVM IR 生成）
│ ├── Visitor_IR.java # IR 生成访问者
│ ├── LLVM_components/ # LLVM IR 数据结构
│ │ ├── IrModule.java # 模块
│ │ ├── Function.java # 函数
│ │ ├── BasicBlock.java # 基本块
│ │ ├── IrValue.java # IR 值基类
│ │ ├── User.java # Use-Def 链 User
│ │ ├── Use.java # Use-Def 链 Use
│ │ └── ...
│ ├── instruction/ # LLVM 指令
│ │ ├── AllocaInstr.java # alloca
│ │ ├── BinaryInstr.java # 二元运算
│ │ ├── BrInstr.java # 跳转
│ │ ├── CallInstr.java # 函数调用
│ │ ├── GetelementptrInstr.java # 地址计算
│ │ ├── IcmpInstr.java # 整数比较
│ │ ├── LoadInstr.java # 内存读
│ │ ├── StoreInstr.java # 内存写
│ │ ├── PhiInstr.java # Phi 指令
│ │ ├── ReturnInstr.java # 返回
│ │ └── ...
│ └── type/ # LLVM 类型系统
│ ├── LLVMType.java
│ ├── BasicType.java
│ └── ArrayType.java
├── optimize/ # 中间端优化
│ ├── OptimizationPipeline.java # 优化流水线
│ ├── BrOptimize.java # 跳转优化
│ ├── DeadCodeRemove.java # 死代码删除
│ ├── BlockSimplify.java # 基本块化简
│ ├── CFG.java # 控制流图构建
│ ├── Mem2Reg.java # mem2reg（构建 SSA）
│ ├── PhiRemove.java # Phi 指令消除（退出 SSA）
│ ├── LiveVariableAnalysis.java # 活跃变量分析
│ └── Allocator.java # 寄存器分配
└── backend/ # 后端（MIPS 代码生成）
├── Generator.java # MIPS 代码生成器
├── MIPSmodule.java # MIPS 模块
├── ValueManager.java # 值到寄存器/内存的映射
├── Data/ # .data 段
│ ├── Data.java
│ └── DataType.java
├── Text/ # .text 段
│ ├── InstrText.java # MIPS 指令
│ ├── LabelText.java # 标签
│ └── Text.java # 文本基类
└── Value/ # MIPS 操作数
├── MIPSRegister.java # 寄存器
├── MIPSImmediate.java # 立即数
├── MIPSOffset.java # 偏移寻址
├── MIPSLabel.java # 标签引用
└── MIPSValue.java # 操作数基类
- 数据类型：
int、char、void，以及一维/二维数组 - 常量与变量：
const修饰的常量声明，普通变量声明与初始化 - 运算符：算术运算（
+、-、*、/、%）、关系运算（<、>、<=、>=、==、!=）、逻辑运算（&&、||、!） - 控制流：
if/else、for循环、break、continue、return - 函数：函数定义与调用，支持递归
- 输入输出：
getint()、getchar()、printf()
词法、语法和语义阶段均进行错误检测，支持的错误类型如下：
| 错误码 | 错误类型 |
|---|---|
a |
非法符号（&、| 未成对出现） |
b |
名字重定义 |
c |
未定义的名字 |
d |
函数参数个数不匹配 |
e |
函数参数类型不匹配 |
f |
无返回值函数存在不匹配的 return 语句 |
g |
有返回值的函数缺少 return 语句 |
h |
不能改变常量的值 |
i |
缺少分号 |
j |
缺少右小括号 ) |
k |
缺少右中括号 ] |
l |
printf 中格式字符串与表达式个数不匹配 |
m |
在非循环块中使用 break/continue |
编译器在生成 MIPS 代码前对 LLVM IR 执行以下优化（可通过 Compiler.java 中的 optimize 开关控制）：
- 跳转优化（BrOptimize）：化简冗余跳转
- 死代码删除（DeadCodeRemove）：删除不可达指令
- 基本块化简（BlockSimplify）：合并可合并的基本块
- 控制流图构建（CFG）：计算支配树等信息
- Mem2Reg：将
alloca/load/store提升为 SSA 形式的寄存器 - Phi 指令消除（PhiRemove）：退出 SSA，插入并行拷贝
- 活跃变量分析（LiveVariableAnalysis）：为寄存器分配提供信息
- 寄存器分配（Allocator）：将虚拟寄存器映射到 MIPS 物理寄存器
- JDK 17 或以上
javac -encoding UTF-8 -d out $(find . -name "*.java" | grep -v "\.git")将待编译的源文件命名为 testfile.txt 放于项目根目录，然后执行：
java -cp out Compiler运行后将在当前目录生成以下文件：
| 文件 | 说明 |
|---|---|
parser.txt |
词法与语法分析输出 |
symbol.txt |
符号表输出 |
error.txt |
错误信息输出（有错误时生成） |
llvm_ir.txt |
生成的 LLVM IR（无错误时生成） |
mips.txt |
生成的 MIPS 汇编代码（无错误时生成） |
源程序 (testfile.txt)
│
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┌─────────────┐
│ 词法分析 │ Lexer → Token 序列
└─────────────┘
│
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┌─────────────┐
│ 语法分析 │ 递归下降 → AST（CompUnit）
└─────────────┘
│
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┌─────────────┐
│ 语义分析 │ 构建符号表，检查语义错误
└─────────────┘
│（无错误）
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┌─────────────┐
│ IR 生成 │ 遍历 AST → LLVM IR
└─────────────┘
│
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┌─────────────┐
│ IR 优化 │ 可选，见优化流水线
└─────────────┘
│
▼
┌─────────────┐
│ 代码生成 │ LLVM IR → MIPS 汇编
└─────────────┘
│
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MIPS 汇编 (mips.txt)
- 学校：北京航空航天大学（BUAA）
- 课程：编译原理
- 年份：2024