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本文經(jīng)授權轉自公眾號CSDN(ID:CSDNnews)
作者 | John Nunley,翻譯 | 鄭麗媛
近日,一個項目在 HN 上引起了許多開發(fā)者的注意——一名富有創(chuàng)新精神的開發(fā)者正在嘗試使用 C 語言來編寫 Rust 編譯器。這位開發(fā)者表示:為了引導 Rust 發(fā)展,無論付出什么代價都值得。
原文鏈接:https://notgull.net/announcing-dozer/
細心的 Rust 愛好者可能已經(jīng)注意到,我最近不太活躍。導致這種情況的原因有很多:最近我經(jīng)歷了一系列非常糟糕的事情,包括一位親人的離世讓我感到極其意外,同時我在工作中承擔了更多責任,不再有很多時間和精力去貢獻開源項目了。亦或許,我也失去了當初在大學時代、那種足以讓我全身心投入開源世界的熱情。
除此之外,還有另一個原因:我正忙于一個占據(jù)了我大部分業(yè)余時間的項目。這個項目是我在開源領域中創(chuàng)建的最大型的一個,如果我最后能完成它,那它一定會成為我的巔峰之作。
我正在用純 C 語言編寫一個 Rust 編譯器:不用 C++,不用 flex 或 yacc,甚至不用 Makefile——僅僅用純 C 語言。這個項目叫做 Dozer。
1、為什么要這么做?
想要理解我為何走上這條“瘋狂”之路,你首先需要了解 Bootstrapping(引導法)以及它的重要性(所謂引導法,這是一種在編程中常見的技術,意為通過已有的基本代碼或資源來構建更復雜的系統(tǒng)或工具)。
假設你用 Rust 寫了一些代碼,為了運行這些代碼,你需要先編譯它們。編譯器是一種程序,它會解析你的代碼,驗證其正確性,然后將其轉換為 CPU 可以理解的機器代碼。
對于 Rust 來說,主要的編譯器是 rustc——也就是你運行 cargo build 時所調用的底層程序。不得不說,rustc 是一個很棒的軟件,甚至可以說是開源社區(qū)的瑰寶,其代碼質量可以媲美 Linux 內核和 Quake III 源代碼。
然而,rustc 本身也是一個程序,所以它也需要一個編譯器將其從源代碼編譯為機器代碼。那么問題來了:rustc 是用什么語言編寫的呢?
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2024-11-2 01:11 上傳
這樣來看,rustc 是一個用 Rust 編寫的程序,其目的是為了編譯 Rust 代碼。但請仔細想想,如果 rustc 是用 Rust 編寫的,而我們又需要用 rustc 來編譯 Rust 代碼,這意味著我們需要用 rustc 來編譯 rustc……?
對于一般用戶來說,這其實沒什么問題,因為我們可以直接從網(wǎng)上下載 rustc 并使用它。但有個問題:第一個 rustc 是誰編譯的,總得先有“雞”才有“蛋”吧?這到底是從哪里開始的?
其實,這個問題并不復雜:每個新 rustc 版本都是由前一個版本的 rustc 編譯出來的。也就是說,rustc 1.80.0 版本是用 rustc 1.79.0 版本編譯的,rustc 1.79.0 版本又是由 rustc 1.78.0 版本編譯的……以此類推,一直可以追溯到 rustc 0.7 版本。而那時,編譯器是用 OCaml 寫的,因此只需要一個 OCaml 編譯器就能得到一個完整的 rustc 程序。
好了,問題解決了,我們已經(jīng)搞清楚如何從頭開始創(chuàng)建 rustc。但是,要讓這一切都正常工作,我們仍需要一個 OCaml 編譯器的版本。所以說,OCaml 編譯器又是用什么語言編寫的呢?
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2024-11-2 01:11 上傳
額……沒事兒!有一個項目能成功用 Guile 編譯 OCaml 編譯器,而 Guile 是 Scheme 的眾多變體之一,Scheme 又是 Lisp 的眾多變體之一。另外,Guile 的解釋器是用 C 編寫的。
于是,這一切最終都指向了 C 語言。我們只需用 GCC 來編譯它,一切就能順利進行。那么我們只需要編譯 GCC,而 GCC 是用……C++編寫的?!
這個說法有點不準確。GCC 直到第 5 版之前都是用 C 語言編寫的,這世上也并不缺少用 C 編寫的 C 編譯器……但這仍然沒有回答我們的問題。第一個 C 編譯器是用什么寫的?匯編語言?那么第一個匯編器又是用什么寫的呢?
2、原理介紹
這就是我要介紹 Bootstrappable Builds 項目的目的。在我看來,這就是開源社區(qū)中最有趣的項目之一,也基本上屬于代碼煉金術。
其 Linux 引導過程從一個 512 字節(jié)的二進制種子開始。這個種子包含了一個最簡單的編譯器:能接收十六進制數(shù)字并輸出相應的原始字節(jié)。例如,以下為該編譯器編譯的部分“源代碼”:
31 C0 # xor ax, ax8E D8 # mov ds, ax8E C0 # mov es, ax8E D0 # mov ss, axBC 00 77 # mov sp, 0x7700FC # cld ; clear direction flag88 16 15 7C # mov [boot_drive], dl注意,井號后的所有內容都是注釋,所有的空白字符也都被去掉了。坦白說,我甚至不確定這能否被稱為編程語言。但嚴格來說,這確實是可分析、可剖析的源代碼。
接下來,這個編譯器就會編譯一個非常簡單的操作系統(tǒng),一個簡陋的 shell,以及一個稍微高級一點的編譯器。那個編譯器又編譯了一個更高級一點的編譯器。這樣幾步之后,你就有了類似匯編代碼的東西。
DEFINE cmp_ebx,edx 39D3DEFINE je 0F84DEFINE sub_ebx, 81EB
:loop_options cmp_ebx,edx # Check if we are done je %loop_options_done # We are done sub_ebx, %2 # --options說到這兒,你會覺得我把匯編代碼當作比其他東西更高層次的語言,好像有點奇怪,對吧?
但這就足以得到一個非;A的 C 語言子集,然后,利用這個子集編譯一個稍微高級一點的 C 編譯器。幾步之后,就能編譯 TinyCC 了。接著可以引導 yacc、基本 coreutils、Bash、autotools,并最終到達 GCC 和 Linux。
我這樣講,可能還是沒法完全體現(xiàn)出這個過程的魅力,但這真的很引人入勝?傊,從“一個小到足以手動分析的二進制文件”開始,一步步到 Linux、GCC,再到基本上所有其他的東西,你基本上都經(jīng)歷過了。不過,我們還是從 TinyCC 開始再來一次吧。
目前,Rust 在這個過程中出現(xiàn)得非常晚。他們使用 mrustc,這是一種用 C++ 編寫的 Rust 替代實現(xiàn),可以編譯 rustc 1.56 版本。在此基礎上,他們再編譯現(xiàn)代 Rust 代碼。
這里的主要問題是,到引入 C++ 時,引導過程基本上已經(jīng)結束了。因此,如果你想在引入 C++ 之前的任何時候使用 Rust,那是不可能的。
所以,對我來說,如果有一個 Rust 編譯器能夠從 C 開始引導,那就太好了。具體來說,就是一個可以從 TinyCC 開始引導的 Rust 編譯器,同時假設系統(tǒng)中還沒有可能有用的工具——這個編譯器就是 Dozer。
3、未來計劃
過去兩個月中,我一直在忙于 Dozer 項目:把我那本就少得可憐的空閑時間,用來編寫一種我有點討厭的語言。
這個項目沒有使用任何擴展功能,目前 TinyCC 和 cproc 都能順利編譯。我使用 QBE 作為后端。除此之外,我假設系統(tǒng)上沒有其他工具,只有一個 C 編譯器和一些非;A的 shell 實現(xiàn),再無其他。
在本文中,我不會深入探討編寫一個編譯器的原始體驗。但到目前為止,我已經(jīng)完成了詞法分析器,還完成了相當大一部分的語法解析器。宏/模塊擴展我會盡量推遲,類型檢查目前只支持 i32,而代碼生成還稍顯粗糙——但這已經(jīng)是一個不錯的開始了。
目前,我已可以成功編譯以下代碼:
fn rust_main() -> i32 { (2 - 1) * 6 + 3}那么,接下來怎么辦呢?這是我的計劃:
(1)慢慢推進 Dozer,直到它能夠編譯一些使用 libc 的基本示例代碼,然后再編譯 libcore,最后到 rustc。(順便提一下,我計劃編譯 rustc 的 Cranelift 后端,這部分完全是用 Rust 編寫的。由于我們假定還沒有 C++,所以無法編譯 LLVM。)
(2)創(chuàng)建一個等同于 cargo 的工具,可以用 Dozer 來編譯 Rust 包。
(3)找出 rustc 中那些自動生成的代碼源文件,并將它們剔除。根據(jù) Bootstrappable 項目的規(guī)則,不允許使用自動生成的代碼。
(4)創(chuàng)建一個可以用來編譯 rustc 和 cargo 的過程,然后使用我們編譯的 rustc/cargo 版本重新編譯標準版本的 rustc/cargo。
毫無疑問,這是我迄今為止創(chuàng)建的最困難的項目,我也很懷疑自己到底能否完成它。但你知道嗎?嘗試過卻失敗了,總比從未嘗試過要好。
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