本编译器基本具备如下功能：
包含了基本要求的功能：表达式编译、常量变量、语句块作用域、if, while语句、函数调用、全局变量、数组。
还有如下等特点：速度慢、容易崩溃……/(ㄒoㄒ)/~~
整体设计：
- 使用词法、语法分析器分析SysY代码文件，构建抽象语法树AST；
- 调用根节点AST的函数，直接通过AST生成Koopa IR结构的内存形式；
- 将Koopa IR结构输出为代码，重新读取后，再遍历Koopa IR结构的内存形式，生成RISC-V代码。
编译器由4个主要模块组成：
- 分析模块：
sysy.l以及sysy.y分别进行词法分析和语法分析，构建抽象语法树(AST)； - AST模块：
ast文件夹中的代码。实现AST结构，并使用该结构生成Koopa结构。 - Builder模块：
builder文件夹中的代码。读取Koopa结构，生成RISC-V代码。 - 工具模块：其他文件。包含基本块维护器，循环结构维护器，生成Koopa结构的工具函数等。
抽象语法树节点均继承自BaseAST类，该类规定了一些可以实现的功能，方便使用多态调用。比如build_koopa_values用于将该节点的语义转化为Koopa结构并返回；CalcValue用于计算常量表达式的值。
BaseAST 中有3个static成员，作为全局信息：用于维护生成IR时需要的符号表symbol_list；当前基本块的语句缓存区block_maintainer；维护嵌套循环结构的loop_maintainer
class BaseAST
{
public:
static SymbolList symbol_list;
static BlockMaintainer block_maintainer;
static LoopMaintainer loop_maintainer;
virtual ~BaseAST() = default;
virtual std::string to_string() const;
virtual void *build_koopa_values() const;
virtual int CalcValue() const;
virtual void *koopa_leftvalue() const;
};AST节点示例：
赋值语句的AST需要包含左值节点和右值表达式节点。其重写函数build_koopa_values中，调用了子节点的函数，以获取他们的Koopa结构，并由此构建自己的Koopa结构（Store语句），再通过全局结构block_maintainer将该语句添加进当前基本块。
class AssignmentAST : public BaseAST
{
public:
std::unique_ptr<BaseAST> lval;
std::unique_ptr<BaseAST> exp;
AssignmentAST(std::unique_ptr<BaseAST> &_lval, std::unique_ptr<BaseAST> &_exp);
void *build_koopa_values() const override
{
koopa_raw_value_data *res = new koopa_raw_value_data();
// .. some code to build koopa_raw_value_data
block_maintainer.AddInst(res);
return res;
}
};在BlockMaintainer中，需要存储当前正在构建的函数、基本块、指令缓冲区等Koopa结构信息。由于其为静态成员，任意AST节点都可以调用他来添加基本块、语句等。
当一个基本块完成时，该类的FinishCurrentBlock函数负责清楚基本块末尾无法到达的语句，以及添加Jump、Return之类的语句防止基本块出错。
class BlockMaintainer
{
koopa_raw_function_t current_func;
std::vector<const void *> current_insts_buf;
std::vector<const void *> *basic_block_buf;
public:
void SetCurrentFunction(koopa_raw_function_t _cur_func);
void SetBasicBlockBuf(std::vector<const void *> *_basic_block_buf);
void FinishCurrentBlock();
void AddNewBasicBlock(koopa_raw_basic_block_data_t *basic_block);
void AddInst(const void *inst);
};嵌套的循环结构会造成大量基本块，出现复杂的跳转结构，为此实现了一个类来维护。
该类使用一个vector来构建一个栈，用于表示嵌套的循环结构。栈中元素存储对应循环的各个基本块信息，方便AST节点构建Koopa时使用。
struct KoopaWhile
{
koopa_raw_basic_block_data_t *while_entry;
koopa_raw_basic_block_data_t *while_body;
koopa_raw_basic_block_data_t *end_block;
};
class LoopMaintainer
{
std::vector<KoopaWhile> loop_stk;
public:
void AddLoop(...)
{
KoopaWhile kw;
// ... 构建kw
loop_stk.push_back(kw);
}
KoopaWhile GetLoop() { return loop_stk[loop_stk.size() - 1]; }
void PopLoop() { loop_stk.pop_back(); }
};RISC-V构建器中包含一个输出流output，通过build函数递归遍历Koopa结构，生成的RISC-V代码直接输出到output中。
构建器中包含一个Env结构，用于存储Koopa指令到int的映射，代表该指令的计算结果存储在栈上的位置，RISC-V找到该结构并读取。
class RISCVBuilder
{
class Env
{
int total_size;
map<koopa_raw_value_t, int> addr;
public:
int cur;
bool has_call;
void NewEnv(int size, bool _has_call);
int GetTotalSize();
int GetAddr(koopa_raw_value_t kval);
} env;
ostream &output;
static int calc_func_size(koopa_raw_function_t kfunc, bool &has_call);
// ... some functions to calculate memory
static int calc_type_size(koopa_raw_type_t ty);
void traversal_raw_slice(const koopa_raw_slice_t *rs);
// ... some functions for every instructions
void gen_riscv_value_return(const koopa_raw_return_t *kret);
public:
RISCVBuilder(ostream &_out) : output(_out) {}
void build(const koopa_raw_program_t *raw);
};符号表类里面定义了一个vector实现的栈，表示作用域的嵌套结构，新建作用域时在栈顶添加元素。
栈中每个元素为一个map，将字符串映射到Koopa结构，表示该作用域的符号表。
当需要查找符号时，从栈顶开始在map中查找，若没有找到，则进入栈中前一个元素继续查找，实现往父作用域的查找。
struct LValSymbol
{
enum SymbolType type;
void *number;
};
class SymbolList
{
std::vector<std::map<std::string, LValSymbol>> sym_stk;
public:
void NewEnv();
void AddSymbol(const std::string &name, LValSymbol koopa_item);
LValSymbol GetSymbol(const std::string &name)
{
LValSymbol res;
for (size_t i = sym_stk.size() - 1; i >= 0; i--)
if (sym_stk[i].count(name) != 0)
{
res = sym_stk[i][name];
break;
}
return res;
}
void DeleteEnv();
};寄存器分配采用全部放在栈上的策略，仅在一些运算中途会使用寄存器。
首先Builder进入函数时，计算所有语句以及变量等占用的空间大小，在栈上分配足够的空间。
每个语句确保自己执行的内部寄存器不会冲突，执行完毕将语句的结构存在栈上指定位置，寄存器信息不再保存，可被其他语句复用。
每个语句仅使用t0t6寄存器，函数参数即返回值使用a0a7。
在语法分析器中，针对列表状的语句。=，如int x0,x1,x2....任意多个变量。
在yacc中设计为如下形式：
VarDecl : BType VarDefList ';';
VarDefList : VarDef | VarDefList ',' VarDef;
VarDef : ..... {add_inst(...);}并在全局开一个vector
对于VarDecl，VarDefList不再定义语法分析树节点，而是仅将VarDef生成的语法分析树节点添加到全局的vector中。然后上一级AST节点读取全局vector，将子节点添加进自己的结构。
这样设计有效简化了复杂的AST链状结构。
该阶段仅仅按照文档完成简易功能。构建了AST的类结构，选择了直接生成Koopa结构内存形式的方式。
使用简单函数生成RISC-V，没有构建其他复杂的数据结构。
按照文档的语法规范，对每种表达式设计AST类。
由于Koopa没有逻辑与/或，只有按位与/或，所以这两个运算之前，添加不等于运算来将结果转化为1和0，再进行按位运算。
对于RISC-V代码，此时设计了栈的大小计算，将koopa语句与栈上地址映射，设计对应的类。
Koopa格式已经是简单的三地址语句，只需要读取栈上数据，使用固定语句计算，再存回栈上即可。
对于常量，在表达式的AST中添加了CalcValue功能用于求值。
因为变量的出现，完成了SymbolList类，并将其设为静态，作为全局信息管理。
由于之前把所有AST都视为BaseAST，使用多态调用build_koopa_value。在这里LValAST有时需要右值形态的Koopa，有时需要左值形态的Koopa，无法使用一个函数的多态来完成，出现了一定困难。于是在BaseAST中添加了新的虚函数用于处理左值。
对于RISC-V代码，仅在栈空间计算以及koopa与地址映射中添加了对变量的处理。
和Lv4一起完成的，在设计SymbolList时已经实现为栈结构，能够处理嵌套的作用域。
在语法分析阶段，建立了全局的语句缓存区栈
栈中每个元素为一个vector，存储该语句块中的语句
到了需要存储语句的AST时，从栈顶开始读取语句块内容，将其存入自己的结构中。
出现二义性时，我将IF exp 合并为IfExp : IF exp，再将if语句定义为
Stmt : IfExp Stmt | IfExp Stmt ELSE {...} Stmt {...};
解决了问题。
对于If中的几个语句块，他们都存在了全局语句栈中。读取栈顶的两项即可获得If的语句块和Else的语句块。
由于基本块越来越多，在这个阶段设计了BlockMaintainer来专门维护各个基本块的语句缓存。
对于短路求值，直接将&&，||改为跳转形式，而不再使用按位与等运算。
因为嵌套的循环语句不方便找到需要跳转的块，设计了LoopMaintainer类来维护嵌套的循环，使用栈结构来存储每个循环的基本块信息。
这样break，continue能找到当前所在的循环，从而找到跳转位置。
这些跳转语句，直接对应RISC-V中的bnez和j命令，比较简单。
由于Koopa库能够自动处理名字重复问题，通过生成Koopa代码再重新读入回来，已经不存在标签重名的情况。
对于形参和实参都设计了专门的AST类实现，同时在语法分析阶段开了全局vector用来存储这些参数列表。
在函数定义FuncDefAST中读取列表构建AST，函数调用LVal中读取列表生成参数。
对于RISC-V阶段，增加了计算函数返回地址，传参在栈上存储的位置。以及调用函数将参数放入指定寄存器或栈上位置的功能。
设计InitValAST专门用于处理数组的初始化列表，并且分开处理了全局变量和局部变量的形式。
InitValAST首先调用预处理preprocess，根据指定的数组size将数据预处理成数组格式的数据。
然后根据是全局还是局部变量，生成aggerate的koopa内容或者读取某一位的值，在函数内部通过赋值初始化。
对于RISC-V，由于之前将Koopa对象映射到栈上位置，用的一直是Koopa语句对象本身的指针，他的ty表示的一定是一个整数指针（koopa语句返回值都是指针）。而目前因为数组参数的出现，出现了真正的指针，导致映射器无法区分是要读取指针本身还是指针指向的对象，于是只能对get_element_ptr和get_ptr进行特判处理。
get_element_ptr等语句，处理时会读取koopa对象中的ty以计算指针需要移动的大小，使用mul，add等语句计算得到指定位置的指针。
flex/bison：编写sysy.l和sysy.y，完成词法分析和语法分析，通过表达式识别代码生成了语法分析树。- libkoopa：使用该库的Koopa各种结构体，直接在AST中构建了Koopa结构的内存形式。使用该库生成Koopa代码。该库生成的代码自动完成了各种名称的去重，于是通过该库的生成再读取得到一个名字没有重复的Koopa程序，方便RISC-V的生成。
使用了往年的测试数据，测试某些编译器崩溃的问题，有以下重点问题：
- 对于int类型函数，如果执行结束没有return，需要自己添加return 0命令；
- 对于极长的代码，会超出
bnez的跳转范围，必须修改为跳转到近处某个位置，使用j命令跳转到远处。 - 发现把
new char[len]写成了new char(len)，到处内存非法访问，到处出错。。。
实现了一个编译器，非常有成就感。
加深理解了这门课程各个部分的内容。
通过实践学到了大软件开发的一些难点，最初的设计会如何影响到后续的扩展问题。
- Koopa库的文档不足，无法准确理解koopa中每个结构体的意思，需要自己去猜或试出来，建议助教完善一些；
- 有些常见错误比较难考虑到，最好在文档里添加：比如int类型函数没写返回需要自己添加return 0
希望老师上课能讲得更有趣一些