代码生成设置

在上一小节中，我们完成了语法分析器，实现了将源代码转化为内存中的AST，从这一节开始，我们讲学习如何将AST转化为LLVM IR，从此刻起我没就正式接触LLVM了，你将亲眼见证LLVM的简单便捷：跟词法分析器和语法解析器比起来，LLVM IR代码生成部分的开发工作量根本就不值一提。 🙂

在开始生成LLVM IR之前，还有一些准备工作要做。首先，给每个AST类添加一个虚函数Codegen（code generation），用于实现代码生成：

/// ExprAST - Base class for all expression nodes.
class ExprAST {
public:
  virtual ~ExprAST() {}
  virtual Value * codegen() = 0;
};

/// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
class NumberExprAST : public ExprAST {
  double Val;

public:
  NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
  virtual Value * codegen();
};
...

每种AST节点的Codegen()方法负责生成该类型AST节点的IR代码及其他必要信息，生成的内容以LLVM Value对象的形式返回。LLVM用Value类表示静态一次性赋值（SSA，Static Single Assignment）的寄存器或SSA值。SSA值最为突出的特点就在于固定不变：SSA值经由对应指令运算得出后便固定下来，直到该指令再次执行之前都不可修改。

除了在ExprAST类体系中添加虚方法以外，还可以利用visitor模式等其他方法来实现代码生成。再次强调，本教程不拘泥于软件工程实践层面的优劣：就当前需求而言，添加虚函数是最简单的方案。

其次，我们还需要一个LogError方法，该方法与语法解析器里用到的报错函数类似，用于报告代码生成过程中发生的错误（例如引用了未经声明的参数）：

static LLVMContext TheContext;
static IRBuilder<> Builder(TheContext);
static std::unique_ptr<Module> TheModule;
static std::map<std::string, Value *> NamedValues;

Value *LogErrorV(const char *Str) {
  LogError(Str);
  return nullptr;
}

上述几个静态变量都是用于完成代码生成的。其中TheModule是LLVM中用于存放代码段中所有函数和全局变量的结构。从某种意义上讲，可以把它当作LLVM IR代码的顶层容器。

Builder是用于简化LLVM指令生成的辅助对象。IRBuilder类模板的实例可用于跟踪当前插入指令的位置，同时还带有用于生成新指令的方法。

TheModule是一个LLVM结构，包含函数和全局变量。 在许多方面，它是LLVM IR用于包含代码的顶级结构。它将拥有我们生成的所有IR的内存，这就是codegen()方法返回原始Value*而不是unique_ptr<Value>的原因。

NamedValues映射表用于记录定义于当前作用域内的变量及与之相对应的LLVM表示（换言之，也就是代码的符号表）。在这一版的Kaleidoscope中，可引用的变量只有函数的参数。因此，在生成函数体的代码时，函数的参数就存放在这张表中。

有了这些，就可以开始进行表达式的代码生成工作了。注意，在生成代码之前必须先设置好Builder对象，指明写入代码的位置。现在，我们姑且假设已经万事俱备，专心生成代码即可。