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【Fèng】编程语言

C++最初在C基础上扩展了面向对象，但是没有内存安全的语义。 内存安全的安全（safety）和系统安全（security）不是一个概念，内存安全特指开发者在内存使用上由于犯错导致难以预料问题。 这些错可以用ASAN辅助检查，但不能完全检查出来，另外系统也能判断出一些内存安全问题，比如空指针、缺页等。 但是这些能检查出来的问题并没有造成实际意义上的危害，真正发生的危害，比如通过悬空的指针修改了一块正在使用的， 系统与ASAN并不能判断出来，然而这类问题才是真的有害，它甚至会意外修改别人的数据，而系统却无法察觉。

Fèng语言也是在C语言基础上扩展面向对象特性，但比C++多做一点，即引入内存安全设计。 目标是能代替C语言的大部分工作，提升系统开发的效率，开发者更轻松。

特性简介

主要设计的特性：

  1. 内存安全机制的设计：
    1. 自动内存管理：指针必须指向一个对象或者为空，而对象在没有被指针时将被释放，释放的对象可以立即或延迟回收空间。
    2. 指针安全使用：指针不能通过运算生成，不能将任意整数转换成指针值，这也包括对指针进行自增自减。
    3. 强制检查边界：比如数组及buffer空间的操作。
    4. 强制检查类型：类型转换时必须检查是否允许转换，即使编译时无法分析时，也要在运行时做检查。
    5. 虚引用：用虚引用代替C语言取地址运算（&），限制在实例生命周期内进行使用。
  2. 面向对象的基本元素，包括继承多态和接口抽象。
  3. 资源类是参考C++析构函数设计的，可用回收底层库分配的资源、处理循环引用等。
  4. 允许一部分类型可以自由转换，主要是struct和union。
  5. 值类型变量，变量就是实例本身，不需要额外分配内存。
  6. 模块化代码管理，模块之间使用符号需要导出和导入。

以及几个次要的特性：

  1. 异常处理机制。[未完成]
  2. 泛型：仅实现了基本的泛型机制。
  3. 运算符重载：[未完成]

设计的语法细节以手册的形式列出。

开发进展

当前正处于开发中，虽然能编译简单项目，但缺少系统调用库及工具库，依然无法正常使用。 希望能吸引有兴趣的朋友参与！

语法解析

解析程序是用ANTLR4生成的，语言spec可参考grammar。 并通过SourceParseVisitor遍历解析结果并构建AST。

在构建时通过maven插件自动生成解析程序类，所以只需用mvn构建一下，就可以IDEA打开调试了。

语义分析

分析工具类是SemanticAnalysis。

已完成的语义分析包括：

  1. 符号检查：检查类型、函数是否定义，变量是否声明。
  2. 常量计算，常量直接计算出结果。
  3. 类型检查：变量赋值、返回值的类型检查，函数原型比较，可转换类型的检查。
  4. 类的继承与实现接口的检查。
  5. 检查缺少return的路径。
  6. 变量生命周期检查。
  7. 表达式中匿名对象检查。
  8. 引用和函数类型变量的required检查。
  9. 引用的immutable检查。
  10. 语句上下文检查。
  11. 泛型类型参数检查。
  12. 引用其他模块导出的符号。

目标代码生成

仅完成生成C++代码的功能，工具类CppGenerator。

已完成代码功能：

  1. 衍生类定义：类、接口、结构类型、函数类型完成，属性未完成
  2. 表达式：幂运算未完成
  3. 语句：异常未完成
  4. 变量：完成
  5. 类型：完成
  6. 类的多态调用：完成
  7. 运行时类型检查：完成
  8. 变量的清理和引用实例管理：完成
  9. 字面量与初始化：完成
  10. 泛型：完成
  11. 字符串格式化：未完成
  12. 模块：每个模块生成一个cpp文件。

工具构建

当前构建的工具支持编译单个源文件、单个模块及多模块联合构建。

工具是用Java开发的，允许需要先安装JDK和maven环境，详情可咨询deepseek。 项目依赖的jar包只有antlr4-runtime、jcommander及3个maven插件，在构建时会自动下载。建议使用命令构建：

mvn clean package -Dmaven.test.skip=true

打包好的jar包在target目录下：feng-${version}.jar 比如当前version为“0.0.1-dev”，构建的包为“feng-0.0.1-dev.jar”。

工具允许方式为：

java -jar feng-0.0.1-dev.jar -t [类型] -i [源] -o [输出目录]

参数说明：

  1. -t：源的类型：f/file-单文件，m/module-单模块，p/project-多模块组织的简单项目
  2. -i：源的路径：对单文件则指向文件全路径，模块或项目就指向所在目录。
  3. -o：输出目录：对单文件会输出为一个c++文件；对模块或项目，每个模块对应一个c++文件。不指定就会默认为放到源目录下。

编译单个源文件：

java -jar feng-0.0.1-dev.jar -t f -i jjj.feng -o jjj.cpp

生成的C++需要C/C++编译环境，并且编译时需要指定C++20版本：

c++ --std=c++20 -c jjj.cpp -o jjj.o

如果feng代码里有main函数，就会在对应c++文件里创建main函数，这时就能编译为可执行文件：

c++ --std=c++20 jjj.cpp -o jjj.o