l-language/CLAUDE.md

CLAUDE.md

项目概述

L Language v0.7 — 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（+去糖）→ 语义 → IR → 可执行文件。197 单元测试 + 37 集成程序。

语言设计哲学

L 借鉴 Rust 语法骨架（let/mut/fn/struct/impl/match），但有自己的设计理念：

1. 去糖优先 — 复杂语法在 parser 层去糖为简单原语，零 sema/codegen 改动。已验证: for/match/复合赋值。
2. 博采众长，L 化适配 — 从多语言吸收优秀特性，但必须适配 L 的语法风格，不能直接照抄。每条特性要问：这个特性的核心价值是什么？在 L 里最自然的表达方式是什么？
3. 渐进演进 — 先加语法糖（parser 层），后加强类型（sema/codegen 层）

L 化适配原则

从其他语言借鉴特性时，必须按 L 的风格加以改造：

规则	说明	反例（直接照抄）	正例（L 化后）
花括号块	所有代码块用 {}，不引入缩进块	Python for x in arr: + 缩进	for x in arr { ... }
类型后置	类型标注用 name: Type，不用前置类型	C int x、Go func f() int	let x: i64、fn f() -> i64
snake_case	函数/变量用 snake_case，类型用 PascalCase	drawRect()、MAX_SIZE	draw_rect()、类型 MaxSize（但常量仍 MAX_SIZE）
显式 return	返回值必须写 return，不用隐式尾表达式	Rust fn f() -> i64 { 42 }	fn f() -> i64 { return 42; }
关键字优先	新特性优先用关键字，不引入符号噪音	x?.y（空安全链）	暂不引入，等类型系统成熟后用 ? 也可接受
保持对称	开闭符号成对，不用 end/done 等结尾词	Ruby if ... end	if ... { }
语义透明	语法糖的去糖结果必须可预测，文档里写清楚	隐藏的隐式转换	每个 sugar 标注 // 去糖为: ...
一致缩写	关键字缩写风格统一，不混用缩写与全称	func + def + fn 混用	全部用短关键字: fn/let/mut

各语言特性借鉴分析

分析每种语言时，区分"核心思想"和"表面语法"，取其思想、适配语法：

来源语言	特性	核心思想	L 化语法	适配要点
Elixir/F#	管道	数据从左到右流经函数	10 |> double() |> add(5)	保持 () 调用、不用空格传参
Swift	guard	提前返回（早退模式）	guard x >= 0 else { return -1; }	保留 else 关键字 + 花括号块
Swift	字符串插值	表达式嵌入字符串	"Hello, \\(name)!"	用 \\(...) 而非 {...}，避免与块语法冲突
Swift/Kotlin	命名参数	调用点标注参数名	draw_rect(width: 10, height: 20)	用 : 分隔（与类型标注一致）
Python	列表推导式	声明式生成列表	[for x in arr if x > 0: x * 2]	用 L 的 for-in 语法，不用 Python 后缀式
Python	装饰器	函数/类型的元编程包装	慎用 @ 符号，考虑用 #[attr]（Rust 风格更搭 L）	语法需与 attribute 体系统一设计
Go	defer	作用域退出时执行	defer cleanup();	关键字 + 常规调用语法
Go	多返回值	函数返回多个值	fn div(a: i64, b: i64) -> (i64, i64)	用元组括号，不用 Go 的裸逗号
Zig	comptime	编译期求值	const x = comptime 1 + 2;	const 表明编译期常量
Kotlin	扩展函数	为已有类型添加方法	impl str { fn is_email(self: str) -> bool { ... } }	复用 impl 块，不用 Type.method 语法
Kotlin	when 表达式	多分支条件 + 返回值	已有 match，将 match 升级为表达式	不用新关键字，扩展现有语法
Carbon/Cpp2	in/out 参数	明确参数传递方向	fn f(in x: i64, out y: i64)	复用类型标注位置，前缀修饰

候选特性优先级

优先级	特性	来源	实现层	预计行数	L 化关键
P0	管道 |>	Elixir/F#	parser	~30	保持 () 调用风格
P0	guard 语句	Swift	parser	~15	else + 花括号块
P0	字符串插值	Swift	lexer+parser	~60	\\(expr) 避免 {} 歧义
P0	命名参数	Swift	parser	~50	name: val 与类型标注统一
P1	列表推导式	Python	parser	~50	用 [for x in arr if cond: expr]，不用 Python 后缀式
P1	装饰器	Python	parser	~40	考虑 #[attr] 而非裸 @
P1	defer	Go	parser+codegen	~60	关键字 + 花括号/单语句
P1	扩展函数	Kotlin	parser+sema	~80	复用 impl 块，不造新语法
P1	match 表达式	Kotlin	parser	~30	扩展现有 match，不引入 when
P2	多返回值	Go	全流水线	~200	(T, U) 元组语法，不用裸逗号
P2	空安全 ?. / ??	Kotlin	sema+codegen	~150	保留符号运算符（符号在此场景比关键字更清晰）
P2	comptime 求值	Zig	sema+codegen	~200	comptime 作为表达式前缀
P3	隐式接口	Go	sema+codegen	~300	暂远，与 trait 体系统一设计
P3	in/out 参数	Carbon/Cpp2	sema+codegen	~150	前缀修饰符，放在 name: Type 之前

P0 特性设计（L 化版）

管道 |> — 数据流从左到右，保持 () 调用:

let result = 10 |> double() |> add(5);
// 去糖为: add(double(10), 5)
// 注意: RHS 必须是函数调用形式（带括号），不支持 `10 |> double`（与 Elixir 不同）
// 管道优先级低于所有运算符: a + b |> f()  →  f(a + b)

guard — 提前返回，保留 else 关键字 + 花括号:

guard x >= 0 else { return -1; }
// 去糖为: if !(x >= 0) { return -1; }
// guard 块内只允许 return/continue/break 等跳转语句
// else 块必须用花括号，即使只有一条语句

字符串插值 — 用 \(expr) 而非 {expr}，避免与块语法冲突:

let name = "World";
let msg = "Hello, \(name)!";
// 去糖为: "Hello, " + name + "!"
// 转义: 字面量 \( 写作 \\\(，字面量 \ 写作 \\
// 与 Swift 的区别: Swift 用 \()，L 也采用此方案因为与 C 转义字符 \n \t 视觉一致

命名参数 — name: value 与类型标注 name: Type 视觉统一:

fn draw_rect(width: i64, height: i64) -> void { ... }

draw_rect(width: 10, height: 20);  // 命名调用
draw_rect(10, 20);                  // 位置调用（等价）
// 命名参数与位置参数可混用: draw_rect(10, height: 20)
// 命名参数必须放在位置参数之后
// 与 Swift 的区别: 不需要外部/内部参数名区分，参数名即标签名

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，72 种 Token 类型
│   ├── parser/
│   │   ├── parse_internal.h     共享 Parser struct + 内联辅助
│   │   ├── parser.h/c           语句/声明/程序入口 (603 行)
│   │   ├── expr.c               表达式/类型解析 (485 行, Pratt 主循环)
│   │   ├── desugar.h/c          独立去糖 pass (109 行, 5 种去糖)
│   │   └── (parser.h)           公开接口
│   ├── ast/
│   │   ├── ast.h/c              27 种 AST 节点 + 工厂函数
│   │   ├── visit.h/c            Visitor 统一 dispatch 框架
│   │   └── (ast.h)              公开接口
│   ├── sema/
│   │   ├── sema_internal.h      共享声明 + 向前声明
│   │   ├── symbol.h/c           作用域链 (Scope* parent 链表)
│   │   ├── sema.h/c             语义分析入口 + analyze_node (500 行)
│   │   ├── typeck.c             表达式类型检查 (559 行, Visitor dispatch)
│   │   ├── mono.c               泛型单态化 (97 行, AST 类型替换)
│   │   └── type_table.h/c       数据驱动类型描述表 (14 种)
│   ├── codegen/
│   │   ├── codegen_internal.h   共享 CgCtx + 表操作声明
│   │   ├── codegen.h/c          语句生成 + 模块入口 (454 行)
│   │   ├── cg_expr.c            LLVM 表达式生成 (426 行, Visitor dispatch)
│   │   └── target.h/c           目标平台输出 (obj 文件)
│   ├── driver/
│   │   ├── main.c               入口 + 命令行解析 + 流水线串联
│   │   └── error.h/c            ErrorInfo / ErrorList (arena 分配)
│   └── 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, 3 functions)
│   ├── test_parser.c            语法测试 (54 tests, 20 functions)
│   ├── test_sema.c              语义测试 (74 tests, 24 functions)
│   ├── test_codegen.c           代码生成测试 (28 tests, 10 functions)
│   └── programs/                .l 集成测试 (37 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	说明
i32	LLVMInt32Type()	有符号 32-bit
i64	LLVMInt64Type()	有符号 64-bit (默认整数)
u64	LLVMInt64Type()	无符号 64-bit
f64	LLVMDoubleType()	双精度浮点
bool	LLVMInt1Type()	布尔
char	LLVMInt8Type()	字符
str	i8* (指针)	字符串，拼接用 malloc+memcpy
void	LLVMVoidType()	无返回值
struct	LLVMStructType()	结构体，字段 GEP
enum	{i64, i64}	tagged union
array	LLVMArrayType()	固定大小 T[N]，GEP 索引

类型表统一管理在 type_table.c（promote/convert/numeric 查表驱动）。

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 tests (3 functions)
./l_lang_test.exe          # 54 tests (20 functions)
./l_lang_sema_test.exe     # 74 tests (24 functions)
./l_lang_codegen_test.exe  # 28 tests (10 functions)

# 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：自包含 clang+lld（优先），gcc fallback。CreateProcess 替代 system()
• 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 (v0.7)

• 无指针/引用类型（&T, *T）
• 无借用检查（远期）
• 嵌套数组支持有限
• 无闭包 / lambda
• 无多返回值（(T, U) 元组）
• 无标准库
• 仅单文件+mod 模块，无包管理器
• Windows 独占（LLVM 22 + MinGW-w64）

近期已解决 (v0.5→v0.7)

• ✅ 泛型单态化 (fn id<T>(x: T) -> T)
• ✅ trait / 接口 (trait Show + extend Trait Struct)
• ✅ 模块系统 (mod + use + pub)
• ✅ ADT 枚举关联数据 (enum Option { Some(T), None })
• ✅ if let 模式匹配语法糖
• ✅ 表达式作为值 (if-expr, block 最后表达式)
• ✅ 独立 desugar pass (match/guard/for/if-let/复合赋值)
• ✅ TypeTable 数据驱动 + AST Visitor dispatch
• ✅ 全部源文件 <800 行，197 单元 + 37 集成测试

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