课程大纲

编程语言的底层是如何工作的？编译器和解释器有什么区别？什么是虚拟机和JIT 编译器？函数式编程和命令式编程之间有什么区别？

在实现编程语言时有很多问题！

学校中“编译器课程”的问题在于，此类课程通常被呈现为一些“核心火箭科学”，仅适用于高级工程师。

此外，经典的编译器书籍从最不重要的主题（例如词法分析）开始，直接深入到形式语法的理论方面。当实现第一个 Tokenizer 模块时，学生们就会对这个主题失去兴趣，而没有机会真正开始实现编程语言本身。所有这一切都蔓延到了整个学期的分词器和 BNF 语法，而没有理解编程语言的实际语义。

我相信我们应该能够在 4-6 小时内构建并理解完整的端到端编程语言语义- 内容开门见山，在现场编码会议中以结对编程的形式展示，并在可以理解的方式。

在LLVM 编程语言课程中，我们专注于将我们的语言编译为LLVM IR，并构建较低级别的编程语言。通过与LLVM 编译器基础架构级别密切合作，您将了解较低级别的编译和生产级别语言（例如 C++、Rust 等）目前是如何工作的。

实现一门编程语言也会让你在其他编程语言上的实践水平更加专业。

先决条件

本课程有三个先决条件。

LLVM 编程语言课程是之前课程的自然延伸——从头开始构建解释器（又名解释要点），其中我们还构建了一种完整的编程语言，但处于更高的 AST 级别，并且还构建了虚拟语言机。除非您已经了解编程语言在这个级别上如何工作，即什么是 eval、闭包、作用域链、环境和其他构造，否则您必须将解释器类作为先决条件。

此外，对于生产语言所在的较低（位码/IR）级别，我们需要具有基本的 C++ 经验。然而，此类与 C++ 无关，因此我们仅使用非常基本（并且可转移）到其他语言的构造。

这门课适合谁？

本课程适合任何好奇的工程师，他们希望获得构建复杂系统的技能（构建编程语言是一项高级工程任务！），并获得构建此类系统的可转移知识。

如果您对 LLVM、其编译器基础结构以及如何构建自己的语言特别感兴趣，那么本课程也适合您。

用于实现什么？

由于低级编译器注重性能，因此它们通常用低级语言（例如 C 或 C++）实现。这正是我们所使用的，但主要是 C++ 的基本功能，不会分散 C++ 细节的注意力。代码应该能够轻松转换和移植到任何其他语言，例如 Rust 甚至更高级的语言，例如 Python。使用 C++ 还可以更轻松地实现进一步的 JIT 编译器。

注意：我们希望我们的学生能够真正遵循、理解和实现 LLVM 编译器的每个细节，而不是仅仅从最终解决方案中复制粘贴。尽管视频讲座中提供了该语言的完整源代码，但该项目的代码存储库包含/* Implement here */作业，学生必须解决这些作业。

这堂课有什么具体内容？

这些讲座的主要特点是：

• 简洁明了，开门见山。每场讲座都是自给自足、简洁的，描述与主题直接相关的信息，不会分散无关材料或演讲的注意力。
• 动画演示与实时编辑笔记相结合。这使得主题的理解变得更容易，并显示了对象结构是如何连接的。静态幻灯片根本不适用于复杂的内容。
• 端到端的实时编码会话和作业。视频讲座中提供了从头开始直到最后的完整源代码

课程内容是什么？

课程分为四个部分，共20讲，每讲还有多个子主题。以下是目录和课程表。

第 1 部分：LLVM 基本构造

在这一部分中，我们描述编译和解释管道，开始构建我们的语言。讨论了 LLVM IR、对象、位码编译等主题。

第 2 部分：函数和堆栈

在这一部分中，我们实现控制流结构，例如 if 表达式和 while 循环，讨论堆栈变量、嵌套块和局部变量，以及编译函数。

第 3 部分：面向对象编程

在这一部分中，我们将实现 OOP 概念，例如类、实例，讨论堆分配和垃圾收集器。

第 4 部分：高阶函数

在这一部分中，我们重点关注闭包、函数式编程、lambda 函数，并实现最终的可执行文件。