refactor(ir): ir改为更标准的实现
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jing
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include/ir/IR.h
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include/ir/IR.h
@@ -1,5 +1,33 @@
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// 极简 IR 定义：当前只支撑 i32 和加法，演示用。
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// 可在此基础上扩展更多类型/指令
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// 当前只支撑 i32、i32*、void 以及最小的内存/算术指令，演示用。
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//
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// 当前已经实现：
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// 1. 基础类型系统：void / i32 / i32*
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// 2. Value 体系：Value / ConstantValue / ConstantInt / Function / BasicBlock / User / GlobalValue / Instruction
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// 3. 最小指令集：Add / Alloca / Load / Store / Ret
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// 4. BasicBlock / Function / Module 三层组织结构
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// 5. IRBuilder：便捷创建常量和最小指令
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// 6. def-use 关系的轻量实现：
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// - Instruction 保存 operand 列表
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// - Value 保存 uses
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// - 支持 ReplaceAllUsesWith 的简化实现
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// 当前尚未实现或只做了最小占位：
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// 1. 完整类型系统：数组、函数类型、label 类型等
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// 2. 更完整的指令系统：br / condbr / call / phi / gep 等
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// 3. 更成熟的 Use 管理（例如 LLVM 风格的双向链式结构）
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// 4. 更完整的 IR verifier 和优化基础设施
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// 当前需要特别说明的两个简化点：
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// 1. BasicBlock 虽然已经纳入 Value 体系，但其类型目前仍用 void 作为占位，
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// 后续如果补 label type，可以再改成更合理的块标签类型。
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// 2. ConstantValue 体系目前只实现了 ConstantInt，后续可以继续补 ConstantFloat、
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// ConstantArray等更完整的常量种类。
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//
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// 建议的扩展顺序：
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// 1. 先补更多指令和类型
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// 2. 再补控制流相关 IR
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// 3. 最后再考虑把 Value/User/Use 进一步抽象成更完整的框架
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#pragma once
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#include <iosfwd>
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@@ -13,28 +41,52 @@
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namespace ir {
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class Type;
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class Value;
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class User;
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class ConstantValue;
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class ConstantInt;
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class GlobalValue;
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class Instruction;
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class BasicBlock;
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class Function;
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// Use 表示一个 Value 的一次使用记录。
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// 当前实现设计：
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// - value：被使用的值
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// - user：使用该值的 User
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// - operand_index：该值在 user 操作数列表中的位置
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class Use {
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public:
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Use() = default;
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Use(Value* value, User* user, size_t operand_index)
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: value_(value), user_(user), operand_index_(operand_index) {}
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Value* GetValue() const { return value_; }
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User* GetUser() const { return user_; }
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size_t GetOperandIndex() const { return operand_index_; }
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void SetValue(Value* value) { value_ = value; }
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void SetUser(User* user) { user_ = user; }
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void SetOperandIndex(size_t operand_index) { operand_index_ = operand_index; }
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private:
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||||
Value* value_ = nullptr;
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||||
User* user_ = nullptr;
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size_t operand_index_ = 0;
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};
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// IR 上下文：集中管理类型、常量等共享资源，便于复用与扩展。
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class Context {
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public:
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Context() = default;
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~Context();
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const std::shared_ptr<Type>& Void();
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||||
const std::shared_ptr<Type>& Int32();
|
||||
const std::shared_ptr<Type>& PtrInt32();
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||||
// 去重创建 i32 常量。
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||||
ConstantInt* GetConstInt(int v);
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||||
std::string NextTemp();
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||||
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||||
private:
|
||||
std::shared_ptr<Type> void_;
|
||||
std::shared_ptr<Type> int32_;
|
||||
std::shared_ptr<Type> ptr_i32_;
|
||||
std::unordered_map<int, std::unique_ptr<ConstantInt>> const_ints_;
|
||||
int temp_index_ = -1;
|
||||
};
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||||
@@ -43,6 +95,12 @@ class Type {
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||||
public:
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||||
enum class Kind { Void, Int32, PtrInt32 };
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explicit Type(Kind k);
|
||||
// 使用静态共享对象获取类型。
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// 同一类型可直接比较返回值是否相等，例如：
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// Type::GetInt32Type() == Type::GetInt32Type()
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static const std::shared_ptr<Type>& GetVoidType();
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||||
static const std::shared_ptr<Type>& GetInt32Type();
|
||||
static const std::shared_ptr<Type>& GetPtrInt32Type();
|
||||
Kind GetKind() const;
|
||||
bool IsVoid() const;
|
||||
bool IsInt32() const;
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||||
@@ -59,16 +117,32 @@ class Value {
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||||
const std::shared_ptr<Type>& GetType() const;
|
||||
const std::string& GetName() const;
|
||||
void SetName(std::string n);
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||||
void AddUser(Instruction* user);
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||||
const std::vector<Instruction*>& GetUsers() const;
|
||||
bool IsVoid() const;
|
||||
bool IsInt32() const;
|
||||
bool IsPtrInt32() const;
|
||||
bool IsConstant() const;
|
||||
bool IsInstruction() const;
|
||||
bool IsUser() const;
|
||||
bool IsFunction() const;
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||||
void AddUse(User* user, size_t operand_index);
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||||
void RemoveUse(User* user, size_t operand_index);
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||||
const std::vector<Use>& GetUses() const;
|
||||
void ReplaceAllUsesWith(Value* new_value);
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||||
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||||
protected:
|
||||
std::shared_ptr<Type> type_;
|
||||
std::string name_;
|
||||
std::vector<Instruction*> users_;
|
||||
std::vector<Use> uses_;
|
||||
};
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||||
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class ConstantInt : public Value {
|
||||
// ConstantValue 是常量体系的基类。
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||||
// 当前只实现了 ConstantInt，后续可继续扩展更多常量种类。
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||||
class ConstantValue : public Value {
|
||||
public:
|
||||
ConstantValue(std::shared_ptr<Type> ty, std::string name = "");
|
||||
};
|
||||
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||||
class ConstantInt : public ConstantValue {
|
||||
public:
|
||||
ConstantInt(std::shared_ptr<Type> ty, int v);
|
||||
int GetValue() const { return value_; }
|
||||
@@ -80,7 +154,31 @@ class ConstantInt : public Value {
|
||||
// 后续还需要扩展更多指令类型。
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||||
enum class Opcode { Add, Sub, Mul, Alloca, Load, Store, Ret };
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class Instruction : public Value {
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||||
// User 是所有“会使用其他 Value 作为输入”的 IR 对象的抽象基类。
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||||
// 当前实现中只有 Instruction 继承自 User。
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class User : public Value {
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||||
public:
|
||||
User(std::shared_ptr<Type> ty, std::string name);
|
||||
size_t GetNumOperands() const;
|
||||
Value* GetOperand(size_t index) const;
|
||||
void SetOperand(size_t index, Value* value);
|
||||
|
||||
protected:
|
||||
// 统一的 operand 入口。
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||||
void AddOperand(Value* value);
|
||||
|
||||
private:
|
||||
std::vector<Value*> operands_;
|
||||
};
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||||
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||||
// GlobalValue 是全局值/全局变量体系的空壳占位类。
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||||
// 当前只补齐类层次，具体初始化器、打印和链接语义后续再补。
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||||
class GlobalValue : public User {
|
||||
public:
|
||||
GlobalValue(std::shared_ptr<Type> ty, std::string name);
|
||||
};
|
||||
|
||||
class Instruction : public User {
|
||||
public:
|
||||
Instruction(Opcode op, std::shared_ptr<Type> ty, std::string name = "");
|
||||
Opcode GetOpcode() const;
|
||||
@@ -98,20 +196,13 @@ class BinaryInst : public Instruction {
|
||||
BinaryInst(Opcode op, std::shared_ptr<Type> ty, Value* lhs, Value* rhs,
|
||||
std::string name);
|
||||
Value* GetLhs() const;
|
||||
Value* GetRhs() const;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
Value* lhs_;
|
||||
Value* rhs_;
|
||||
Value* GetRhs() const;
|
||||
};
|
||||
|
||||
class ReturnInst : public Instruction {
|
||||
public:
|
||||
ReturnInst(std::shared_ptr<Type> void_ty, Value* val);
|
||||
Value* GetValue() const;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
Value* value_;
|
||||
};
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||||
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||||
class AllocaInst : public Instruction {
|
||||
@@ -123,9 +214,6 @@ class LoadInst : public Instruction {
|
||||
public:
|
||||
LoadInst(std::shared_ptr<Type> val_ty, Value* ptr, std::string name);
|
||||
Value* GetPtr() const;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
Value* ptr_;
|
||||
};
|
||||
|
||||
class StoreInst : public Instruction {
|
||||
@@ -133,16 +221,13 @@ class StoreInst : public Instruction {
|
||||
StoreInst(std::shared_ptr<Type> void_ty, Value* val, Value* ptr);
|
||||
Value* GetValue() const;
|
||||
Value* GetPtr() const;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
Value* value_;
|
||||
Value* ptr_;
|
||||
};
|
||||
|
||||
class BasicBlock {
|
||||
// BasicBlock 已纳入 Value 体系，便于后续向更完整 IR 类图靠拢。
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// 当前其类型仍使用 void 作为占位，后续可替换为专门的 label type。
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||||
class BasicBlock : public Value {
|
||||
public:
|
||||
explicit BasicBlock(std::string name);
|
||||
const std::string& GetName() const;
|
||||
Function* GetParent() const;
|
||||
void SetParent(Function* parent);
|
||||
bool HasTerminator() const;
|
||||
@@ -163,16 +248,21 @@ class BasicBlock {
|
||||
}
|
||||
|
||||
private:
|
||||
std::string name_;
|
||||
Function* parent_ = nullptr;
|
||||
std::vector<std::unique_ptr<Instruction>> instructions_;
|
||||
std::vector<BasicBlock*> predecessors_;
|
||||
std::vector<BasicBlock*> successors_;
|
||||
};
|
||||
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// Function 当前也采用了最小实现。
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// 需要特别注意：由于项目里还没有单独的 FunctionType，
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// Function 继承自 Value 后，其 type_ 目前只保存“返回类型”，
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// 并不能完整表达“返回类型 + 形参列表”这一整套函数签名。
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// 这对当前只支持 int main() 的最小 IR 足够，但后续若补普通函数、
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// 形参和调用，通常需要引入专门的函数类型表示。
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class Function : public Value {
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public:
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// 允许显式指定返回类型，便于后续扩展多种函数签名。
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||||
// 当前构造函数接收的也是返回类型，而不是完整函数类型。
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||||
Function(std::string name, std::shared_ptr<Type> ret_type);
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||||
BasicBlock* CreateBlock(const std::string& name);
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||||
BasicBlock* GetEntry();
|
||||
@@ -189,7 +279,7 @@ class Module {
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||||
Module() = default;
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||||
Context& GetContext();
|
||||
const Context& GetContext() const;
|
||||
// 创建函数时显式传入返回类型，便于在 IRGen 中根据语法树信息选择类型。
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||||
// 创建函数时当前只显式传入返回类型，尚未接入完整的 FunctionType。
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||||
Function* CreateFunction(const std::string& name,
|
||||
std::shared_ptr<Type> ret_type);
|
||||
const std::vector<std::unique_ptr<Function>>& GetFunctions() const;
|
||||
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