# 手把手教你做一個 C 語言編譯器（1）：設計
本章是“手把手教你構建 C 語言編譯器”系列的第二篇，我們要從整體上講解如何設計我們的 C 語言編譯器。
**本系列：**
1. [手把手教你做一個 C 語言編譯器（0）：前言](http://blog.jobbole.com/97332/)
首先要說明的是，雖然標題是編譯器，但實際上我們構建的是 C 語言的解釋器，這意味著我們可以像運行腳本一樣去運行 C 語言的源代碼文件。這么做的理由有兩點：
1. 解釋器與編譯器僅在代碼生成階段有區別，而其它方面如詞法分析、語法分析是一樣的。
2. 解釋器需要我們實現自己的虛擬機與指令集，而這部分能幫助我們了解計算機的工作原理。
## 編譯器的構建流程
一般而言，編譯器的編寫分為 3 個步驟：
1. 詞法分析器，用于將字符串轉化成內部的表示結構。
2. 語法分析器，將詞法分析得到的標記流（token）生成一棵語法樹。
3. 目標代碼的生成，將語法樹轉化成目標代碼。
已經有許多工具能幫助我們處理階段1和2，如 flex 用于詞法分析，bison 用于語法分析。只是它們的功能都過于強大，屏蔽了許多實現上的細節，對于學習構建編譯器幫助不大。所以我們要完全手寫這些功能。
所以我們會根據下面的流程：
1. 構建我們自己的虛擬機以及指令集。這后生成的目標代碼便是我們的指令集。
2. 構建我們的詞法分析器
3. 構建語法分析器
## 編譯器的框架
我們的編譯器主要包括 4 個函數：
1. `next()` 用于詞法分析，獲取下一個標記，它將自動忽略空白字符。
2. `program()` 語法分析的入口，分析整個 C 語言程序。
3. `expression(level)` 用于解析一個表達式。
4. `eval()` 虛擬機的入口，用于解釋目標代碼。
這里有一個單獨用于解析“表達式”的函數 `expression` 是因為表達式在語法分析中相對獨立并且比較復雜，所以我們將它單獨作為一個模塊（函數）。
因為我們的源代碼看起來就像是：
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <string.h>
int token; // current token
char *src, *old_src; // pointer to source code string;
int poolsize; // default size of text/data/stack
int line; // line number
void next() {
token = *src++;
return;
}
void expression(int level) {
// do nothing
}
void program() {
next(); // get next token
while (token > 0) {
printf("token is: %c\n", token);
next();
}
}
int eval() { // do nothing yet
return 0;
}
int main(int argc, char **argv)
{
int i, fd;
argc--;
argv++;
poolsize = 256 * 1024; // arbitrary size
line = 1;
if ((fd = open(*argv, 0)) < 0) {
printf("could not open(%s)\n", *argv);
return -1;
}
if (!(src = old_src = malloc(poolsize))) {
printf("could not malloc(%d) for source area\n", poolsize);
return -1;
}
// read the source file
if ((i = read(fd, src, poolsize-1)) <= 0) {
printf("read() returned %d\n", i);
return -1;
}
src[i] = 0; // add EOF character
close(fd);
program();
return eval();
}
```
上面的代碼看上去挺復雜，但其實內容不多，就是讀取一個源代碼文件，逐個讀取每個字符，并輸出每個字符。這里重要的是注意每個函數的作用，后面的文章中，我們將逐個填充每個函數的功能，最終構建起我們的編譯器。
本節的代碼可以在 [Github](https://github.com/lotabout/write-a-C-interpreter/tree/step-0) 上下載，也可以直接 clone
```
git clone -b step-0 https://github.com/lotabout/write-a-C-interpreter
```
這樣我們就有了一個最簡單的編譯器：什么都不干的編譯器，下一章中，我們將實現其中的`eval`函數，即我們自己的虛擬機。
