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L Language 架构分析报告 (v0.3)

日期: 2026-06-05 07:03 | 自动生成 | 自上次报告后有 2 个提交 上次报告: architecture-analysis-report-2026-06-05-0303.md (基线 72a971e)

变更摘要 (自上次报告)

上次报告的 P0 #3 (for 循环 + range) 已落地。P0 #4 (struct) 仍待实施。测试大幅补强。

Commit 功能 变更量
8144f1b feat: for 循环 + range (for i in start..end) lexer +4 Token, parser +64
382cd08 test: sema + codegen 测试补全 test_sema.c +5 函数, test_codegen.c +1 函数

10 个文件变更, +443/-6 行代码。

核心变化:

  • 新增 3 个 Token: TOK_FOR, TOK_IN, TOK_DOT_DOT，Token 总数 34→37
  • 浮点数字面量解析修复: peek_next 检查 . 不是 .. 时才消耗小数点
  • for 循环完全通过 parser 去糖实现，无需新增 AST 节点类型或 codegen 路径
  • 单元测试: 14→19 函数 (+5), 45→59 断言 (+14)
  • 集成测试: 9→11 程序 (+2: 10_for_range.l, 11_for_step2.l)

1. 当前架构全景

1.1 编译流水线 (无结构变化)

源码(.l) -> Lexer(词法) -> Parser(语法) -> Sema(语义) -> Codegen(LLVM IR) -> Target(obj) -> GCC链接(.exe)
              Token[]        AstNode*        类型标注         LLVMModuleRef       .o 文件

1.2 模块清单与指标

模块 文件 行数 关键职责 本次变更
include/ l_lang.h 34 TypeKind 枚举, 向前声明, arena_alloc_impl —
util/ arena.c(39) + .h(13) 52 8MB bump allocator —
lexer/ lexer.c(141) token.c(46) + .h(40) 227 手写状态机, 37 Token 类型 +TOK_FOR/TOK_IN/TOK_DOT_DOT, peek_next 修复
ast/ ast.c(107) ast.h(93) 200 15 种节点类型 —
parser/ parser.c(405) parser.h(10) 415 Pratt + 递归下降 + for 去糖 +64 行 for 解析与去糖
sema/ sema.c(294) symbol.c(46) + .h(32) 372 类型推断, 作用域链, 可变性检查 —
codegen/ codegen.c(421) target.c(30) + .h(15) 466 LLVM IR, 4 运行时函数 +1 行 LLVM 22 mem2reg 注释
driver/ main.c(133) error.c(46) + .h(18) 197 流水线串联, 错误报告 —
test/ test_*.c(4 文件) 330 19 测试函数, 59 断言 +6 测试函数, +14 断言

总计: 23 源文件, ~1,689 行实现代码 + 251 头文件 + 330 测试 = ~2,270 行

1.3 for 循环去糖路径 (新增)

这是本迭代的核心架构决策 — for 循环完全在 parser 层去糖，无下游变更:

for i in 0..5 { body; }          (源码)
    v lexer
TOK_FOR TOK_IDENT("i") TOK_IN TOK_INT_LIT(0) TOK_DOT_DOT TOK_INT_LIT(5) TOK_LBRACE ... TOK_RBRACE
    v parser (desugar)
{
    let mut i = 0;
    while i < 5 {
        body;
        i = i + 1;
    }
}
    v sema (无变更，分析 while + let mut + assign 即可)
类型检查: i < 5 确保两边类型兼容, i = i + 1 检查可变性
    v codegen (无变更，生成 while + alloca + store + load)

设计评价: 去糖策略正确。for 降级为已有原语，零 codegen/sema 入侵，零新 AST 节点。代价是步长固定为 1 — 如需自定义步长需扩展语法或使用 for i in start..end step n。

1.4 技术选型评估 (更新)

选择 评价 最新状态
C17 + CMake + MinGW 轻量, 学习友好 稳定
Arena bump allocator 零 GC 开销 稳定
LLVM-C API 19.x 成熟 LLVM 22 移除 mem2reg C API (已记录注释)
手写 Lexer/Parser 0 外部依赖 37 种 Token
Pratt 表达式解析 优雅优先级 无变化
GCC 链接 (system()) 简单但平台绑定 待改进
去糖策略 (复合赋值/for) AST 节点数不膨胀 已验证有效

2. 功能清单与成熟度

2.1 v0.1 基线功能

  • 基本类型: i64, f64, bool, void
  • 算术: + - * / %
  • 比较: == != < > <= >=
  • 逻辑: && || !
  • let 不可变变量, 类型标注 + 类型推断
  • 控制流: if/else (含 else if), while, return
  • 函数定义与调用, 递归
  • 内置函数: print_i64, print_f64, print_bool
  • 注释: // 行注释, /* */ 块注释
  • 错误报告: 词法/语法即时终止, 语义错误批量输出

2.2 v0.1+ 功能 (前两次迭代)

  • let mut 可变变量 + 赋值语句
  • 可变性检查 — 不可变变量赋值报编译错误
  • 字符串类型 str + 双引号字面量
  • print_str 内置函数
  • str+str 运行时拼接
  • 复合赋值 += -= *= /= (去糖)
  • LLVM 目标初始化解耦 (target.h/c)
  • codegen malloc -> arena 统一

2.3 本次迭代新增 (v0.3)

  • for 循环 + range — for i in start..end { ... }，parser 去糖为 let mut i = start; while i < end { ...; i = i + 1; }
  • 浮点数 lexer 修复 — peek_next 防 .. 与 . 冲突
  • sema 测试补全 — +5 测试: let mut assign OK, immutable assign error, str type, str concat
  • codegen 测试补全 — +1 测试: while 循环
  • 2 个新集成测试: 10_for_range.l, 11_for_step2.l
  • LLVM 22 mem2reg 不可用注释 (防止后续困惑)

3. 与 Rust 对标: 缺失功能清单及状态

P0: 短期 (1-2 天/项)

# 功能 Rust 启发 改动范围 状态
1 复合赋值 += -= *= /= 复合赋值运算符 lexer + parser(desugar) ✅ v0.2
2 修复 str+str 运行时拼接 — codegen(malloc/strlen/memcpy) ✅ v0.2
3 for 循环 + range for i in 0..10 {} lexer + parser(desugar) ✅ v0.3 (本次)
4 结构体 struct struct 具名域 + GEP lexer/parser/sema/codegen 待实施

P1: 中期 (3-5 天/项)

# 功能 改动范围 学习价值 状态
5 数组 + 索引 [i64; N], arr[i] lexer/parser/sema/codegen(GEP) GEP 指针计算 待实施
6 枚举 (C 风格) lexer/parser/sema/codegen(i64) 为代数类型铺路 待实施
7 match 表达式 lexer/parser/sema(穷举) + codegen 模式匹配核心 待实施
8 类型别名 type Meters = i64 lexer/parser/sema(展开) 名称等价 vs 结构等价 待实施

P2: 中后期 (1-2 周/项)

# 功能 学习价值 状态
9 模块系统 mod + use 单文件->多文件 待实施
10 自定义 IR 层 (三地址码/SSA) 编译器的核心抽象 待实施
11 泛型 (单态化) Rust 零成本抽象基石 待实施
12 解释器模式 (walk AST) 快速验证语义 待实施

P3: 长期 (2-4 周/项)

# 功能 备注 状态
13 trait / 接口 需泛型 + 虚表 待实施
14 Option/Result 需泛型 + enum 待实施
15 所有权 / 借用检查 极度复杂 待实施
16 自举 (L 编译 L) 终极考验 待实施

Rust 设计哲学吸收进度

Rust 特性 状态 备注
默认不可变 (let vs let mut) ✅ 已实现 编译期检查
复合赋值 ✅ 已实现 desugar 模式
for + range ✅ 已实现 desugar 为 while
表达式 vs 语句 ❌ if/match/block 作为表达式
模式匹配 ❌ P1 优先级
代数数据类型 ❌ 需泛型
所有权 / 借用 ❌ 远期

4. 测试覆盖分析

4.1 单元测试

测试文件 函数数 断言数 覆盖范围 本次变化
test_lexer.c 3 14 token 识别, 关键字, 操作符, 注释 —
test_parser.c 5 15 算术, let, if, while, 函数 —
test_sema.c 7 21 类型错误, 未定义变量, let mut, immutable assign error, str, str concat +5 函数, +12 断言
test_codegen.c 4 9 简单函数, if/else, 二元运算, while +1 函数, +2 断言
合计 19 59 +6 函数, +14 断言

4.2 集成测试 (11 程序)

文件 功能 状态
01_arithmetic.l 算术运算 ✅
02_if_else.l if/else 控制流 ✅
03_recurse.l 递归函数 ✅
04_fib_recursive.l 斐波那契 ✅
05_float.l 浮点数 ✅
06_mut_while.l let mut + while ✅
07_hello_str.l 字符串输出 ✅
08_str_concat.l 字符串拼接 ✅
09_compound_assign.l 复合赋值 ✅
10_for_range.l for range 循环 ✅ 新增
11_for_step2.l for range (变量边界) ✅ 新增

4.3 测试缺口

缺口 严重度 说明
复合赋值无独立 desugar 测试 低 仅通过集成测试间接覆盖
for 循环无独立 desugar 测试 低 同上，集成测试覆盖
codegen 缺 call/str/compound/for 路径 中 4 测试仅覆盖基础路径
parser 缺 for 错误恢复测试 低 缺少 for/in/.. 错误提示验证

5. 技术债务与风险

# 问题 状态 严重度 说明
1 str concat malloc 内存泄漏 存留 中 x + y 每次 malloc 无 free，长运行程序会泄漏
2 复合赋值无独立 desugar 测试 存留 低 集成测试间接覆盖
3 sema 层缺 str/let mut/assign 测试 ✅ 已解决 — 本次新增 5 个 sema 测试
4 codegen 测试覆盖率低 部分缓解 中 新增 while 测试，但 call/str/compound/for 仍无覆盖
5 system("gcc ...") 平台绑定 存留 低 Windows/MinGW 正常工作
6 LLVM 22 无 mem2reg C API 已记录 低 codegen.c 注释说明需用 opt 工具
7 错误类型分散 (ErrorInfo + ErrorList) 存留 低 不影响功能
8 CHANGELOG 未更新 v0.3 新增 低 仍标 v0.2.0

6. 推荐开发路线图

v0.4 目标 (下一迭代)

优先级 功能 预计工时 依赖/备注
P0 结构体 struct 2-3 天 解锁 GEP 和复合类型，全流水线
P1 parser 测试补全 (for 错误恢复) 0.5 天 回归保护
P1 codegen 测试扩展 (for/call/str) 0.5 天 覆盖率补偿
P1 更新 CHANGELOG v0.3 0.1 天 记录 for 循环
P1 str concat arena 化 (修复技术债 #1) 0.5 天 替换 malloc 为 arena 分配

v0.5 目标

优先级 功能 预计工时
P1 数组 + 索引 2 天
P1 枚举 (C 风格) 1 天
P1 match 表达式 2-3 天
P1 类型别名 0.5 天

长期

优先级 功能 预计工时
P2 自定义 IR 层 3-5 天
P2 模块系统 3-5 天
P2 解释器模式 2 天
P3 泛型 (单态化) 5-7 天
P3 trait / 接口 5-7 天
P3 自举尝试 数周

7. 度量汇总

指标 上次报告 (v0.2, 72a971e) 本次 (v0.3, 382cd08) 变化
源文件数 22 23 —
实现代码 (.c) 1,636 1,688 +52
头文件 (.h) 285 251 -34
测试代码 242 330 +88
Token 类型 34 37 +3 (FOR/IN/DOT_DOT)
AST 节点类型 15 15 无变化
类型系统 5 种 5 种 无变化
内置函数 4 (print_*) 4 无变化
C 运行时依赖 printf, malloc, strlen, memcpy 无变化 —
集成测试 9 程序 11 程序 +2
单元测试函数 14 19 +5
单元测试断言 45 59 +14
上次 P0 完成度 2/4 3/4 (+for) 75%
上次 P0 遗留 for, struct struct —

本报告由 Codex 自动生成。自上次报告 (2026-06-05 03:03) 后代码有显著变化 (2 commits, +443/-6)。P0 #3 (for 循环 + range) 完成, P0 #4 (struct) 为下一迭代唯一 P0 目标。测试覆盖从 14 函数/45 断言升至 19 函数/59 断言。

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