如何自創一門計算機語言

需要有基本的編譯原理常識。構造基本的編譯原理常識，一方面來自于對已有語言的使用經驗，了解基本術語。比如用C，那么起碼知道語言要素包括宏、表達式、語句、語句塊、函數、指針等；還知道C語言有編譯、鏈接和執行三個階段。這些基本概念對宏觀掌握學習進程是很有必要的。另外一方面編譯原理的常識，要來自圖書。比如龍書、SICP。在這一步，得知道大部分語言的處理都要分為詞法、語法、語義和代碼生成四個階段。每個階段，分別是做什么的。

了解具體的編譯算法。了解到什么程度，取決于使用第三方工具，還是需要自己從字符開始處理。個人建議，喬姆斯基文法體系、（擴展）巴克斯范式（EBNF），正則表達式，和LL(1)的遞歸下降分析法是必須要掌握的。對LL(k)，LR(k)要有概念。其中，四則運算表達式的分析是很好的練習。

對語法的感覺。初學者設計語言的難度有兩點。第一，不知道什么樣的語法/語義是需要的；第二，不知道設計的文法能否實現。如果練習過遞歸下降法，應該已經有了基本的感覺。這個時候可以試圖實現熟悉的語言。一些常用語言的Grammar Rule都是可以查到的。雖然這些語法，特別是C++，可能是上下文相關的所以用書上的辦法難以實現，但是可以實現它的一個子集。通過這樣的練習，能對掌握的分析算法能完成什么樣的工作就有了個大致的體驗。

深入了解自己的領域，明確需求。是需要一個類似于自然語言的腳本，還是只是一個表達式。經過3階段的訓練已經有了獨立撰寫語法的能力。可以寫一個基礎版本的出來。

實現自己的語言，特別是詞法和語法部分。這一步最好能Log出盡可能多的信息，例如詞列表并打印出分析樹。

當有了分析樹后，就可以去做語義分析了。對于初學者而言，語言的規模要盡可能小，這樣語言的解釋和語義分析可以合為一體，不用擔心哪個部分算是代碼生成，哪個部分算是語義分析。所以這一步最好能把解釋器也寫出來。這一步的要求很簡單，知道符號表是做什么的，學會歸納和推導類型，能正確的處理分支和循環語句（如果有的話）。

設計一門類似于ASM的VM語言，可以是堆棧機模型，也可以是寄存器機模型。撰寫代碼生成從語法樹上生成這個VM語言出來。并寫一個VM的執行器。這一步看起來無從下手，實際上只要肯寫，不出一個禮拜就知道怎么做了。一開始這個VM語言可以只用做整數的加減乘除就行了，以后可以慢慢加其他比較重要的特性，比如運行棧啦、代碼地址啦，跳轉啦等等。另外，把LLVM作為目標也是不錯的選擇，起碼指令的解釋不用自己費工夫了，LLVM的手冊讀起來也很容易。那個Tutorial寫的特別好。

至此，語言就初步建立完成了。但是因為一開始能力有限，所以設計出來的語言是磕磕巴巴的。這個時候可以選擇：

• 向某個現有的語言靠攏；
• 自己去了解現有語言的機制并進行權衡。這個時候什么動態/靜態類型，函數是first class，類和對象才是該考慮的問題。這個時候一定要多讀、多用現有的語言。拜編譯器經驗所賜，會站在一個不同角度上來對待現有的語言；
• 學習Functional Programming，這對設計更好用的文法、更快的編寫和修改編譯器都有莫大的幫助。例如可以使用Combinator在C++中以類似于DSL的方式配置語法；
• 剩下的就是在Language領域無止盡的挖掘了。上下文相關的語法、語法糖的設計、運行時的輔助機制（例如async，await這些廣義上的控制流語句），GC，類型推導和靜態分析等等。；
• 最后也是最重要的，充分理解需求，才能在諸多語言要素間做出取舍。

總結

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