l-language/CLAUDE.md

CLAUDE.md

项目概述

L Language v0.5 — 用 C17 实现的静态类型编译型编程语言，Rust 风格语法，LLVM 22.x 后端。经典 5 阶段流水线：词法 → 语法 → 语义 → IR → 可执行文件。145 单元测试 + 23 集成程序。

构建命令

# 配置（仅首次）
cd build
cmake .. -G "MinGW Makefiles" -DCMAKE_PREFIX_PATH="D:/settings/Language/LLVM"

# 编译
mingw32-make -j4

# 编译单个目标
mingw32-make l_lang
mingw32-make l_lang_lib

架构

源文件(.l) → 词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → IR 生成 → 可执行文件
              Token[]    AstNode*  带类型AST   LLVM Module   .exe

L Language/
├── include/
│   └── l_lang.h                公共头文件 (TypeKind 枚举, 向前声明)
├── src/
│   ├── lexer/
│   │   ├── token.h/c            Token {kind, start, length, line, col}
│   │   └── lexer.h/c            手写状态机，40 种 Token 类型
│   ├── parser/
│   │   └── parser.h/c           Pratt 表达式 (9 级优先级) + 递归下降语句
│   ├── ast/
│   │   └── ast.h/c              14 种节点 (PROGRAM..IDENT_EXPR) + 工厂函数
│   ├── sema/
│   │   ├── symbol.h/c           作用域链 (Scope* parent 链表)
│   │   └── sema.h/c             类型推断 + 类型检查 + 3 个内建函数注册
│   ├── codegen/
│   │   └── codegen.h/c          AST → LLVM-C API → LLVMModuleRef
│   ├── driver/
│   │   ├── main.c               入口 + 命令行解析 + 流水线串联
│   │   └── error.h/c            ErrorInfo / ErrorList 错误报告
│   └── util/
│       └── arena.h/c            Bump allocator (8MB, 8 字节对齐)
├── test/
│   ├── test_utils.h             断言宏 (ASSERT / TEST_RUN / test_summary)
│   ├── test_lexer.c             词法测试 (41 tests)
│   ├── test_parser.c            语法测试 (15 tests)
│   ├── test_sema.c              语义测试 (9 tests)
│   └── programs/                .l 集成测试 (5 个程序)
├── docs/
│   ├── PRD.md                   产品需求文档
│   └── superpowers/plans/       实现计划
├── CMakeLists.txt               l_lang_lib (静态库) + l_lang (exe) + 测试
└── README.md

核心 API 参考

词法分析

// lexer.h
Token* lex(Arena* a, const char* source, const char* filename,
           size_t* count, ErrorInfo* error);
// 返回: Token 数组（分配在 arena），出错返回 NULL
// Token: {TokenKind kind, const char* start, int length, int line, int col}

语法分析

// parser.h
AstNode* parse(Arena* a, const Token* tokens, size_t count,
               const char* filename, ErrorInfo* error);
// 返回: AST_PROGRAM 节点，出错返回 NULL
// 支持: 所有语句 (let/if/while/return) + 表达式 (Pratt precedence climbing)

语义分析

// sema.h
void sema_analyze(AstNode* ast, ErrorList* errors, Arena* arena);
// 副作用: AST 节点填充 type 字段, errors 收集类型错误
// 内建: scope_insert_function(print_i64, print_f64, print_bool)

代码生成

// codegen.h
LLVMModuleRef codegen_module(AstNode* ast, const char* module_name,
                             const char** error_msg);
// 返回: 已验证的 LLVM Module，出错返回 NULL
// 内建 print_* 函数生成对应的 printf 调用

类型系统

L 类型	LLVM 类型	C 常量创建
i64	LLVMInt64Type()	LLVMConstInt(ty, val, true)
f64	LLVMDoubleType()	LLVMConstReal(ty, val)
bool	LLVMInt1Type()	LLVMConstInt(ty, val, false)
void	LLVMVoidType()	—

类型推断规则：

• 字面量：42 → i64, 3.14 → f64, true → bool
• let x = expr → 从 expr 推断
• let x: i64 = expr → 显式标注优先
• 算术运算：i64 + i64 → i64, i64 + f64 → f64 (提升)
• 比较运算：返回 bool

运算符优先级

优先级	运算符
70 (最高)	- (一元负), ! (一元非)
60	* / %
50	+ -
40	== != < > <= >=
30	&&
20	||
10 (最低)	—

错误处理

阶段	策略
词法分析	首个非法字符 → 立即终止，返回 ErrorInfo
语法分析	首个语法错误 → 立即终止，返回 ErrorInfo
语义分析	收集所有类型错误到 ErrorList → 批量输出 (ANSI 红色)
IR 生成	LLVMVerifyModule → 返回 char* 错误消息
链接	system() 返回值检查 → 打印 exit code
分配失败	arena_alloc 返回 NULL → 逐层检查

测试

# 单元测试 (每个 test_*.c 独立编译运行，各有自己的 main)
./l_lang_lexer_test.exe    # 41 个断言
./l_lang_test.exe          # 15 个断言
./l_lang_sema_test.exe     # 9 个断言

# 集成测试 (编译 .l → 运行 .exe → 检查输出)
for f in ../test/programs/*.l; do
    echo "=== $f ==="
    ./l_lang.exe "$f" -o /tmp/out.exe && /tmp/out.exe
done

关键约束

• C17 标准：-Wall -Wextra -g，零编译警告
• Arena 分配：Token、AST、符号表全部从 arena 分配，无 malloc/free 散落
• LLVM 路径：D:\settings\Language\LLVM，C API 头文件手动补充（v22.1.7 预编译包缺少部分头文件）
• 链接器：MinGW 环境用 gcc 链接（非 clang，避免 MSVC 依赖）
• Windows：仅支持 Windows 11 + MinGW-w64
• 错误消息：中文，格式 文件名:行号:列号: 描述

已知限制 (v0.5)

• 无泛型 (单态化)
• 无 trait / 接口
• 无模块系统（所有代码单文件）
• 无指针/引用类型
• 借用检查 (远期)
• 嵌套数组支持有限
• match 仅语句级（非表达式）

版本号升级清单

文件	字段
CMakeLists.txt	VERSION 变量
README.md	badges
CHANGELOG.md	版本标题