docs(doc): 添加实验资料与参考文档

- 新增 doc/并行编译课程实验.xlsx 与 doc/reference-README.md

- 移除旧的 doc/lab1-handout.md
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Lane0218 3 months ago
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commit cd235e60cc

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# Lab1 HandoutANTLR 接入与构建指令
本文档说明如何在本工程中使用 ANTLRC++ 目标)生成解析器代码,并完成编译构建。
## 1. 目录约定(与 doc/目录结构设计.md 一致)
- 文法文件(提交到仓库):
- `src/antlr4/SysY.g4`
- ANTLR 自动生成文件(不提交到仓库):
- 统一输出到构建目录:`<build_dir>/generated/antlr4/`
- 典型文件:`SysYLexer.*`、`SysYParser.*`、`SysYBaseVisitor.*`、`SysYVisitor.*`、`*.tokens`、`*.interp`
- ANTLR4 C++ runtime提交到仓库
- `third_party/antlr4-runtime-4.13.2/`
- 工程通过 CMake 直接构建并链接该 runtime无需系统安装 antlr4-runtime
## 2. 生成代码(启用 -visitor
说明:
- 本实验不提供脚本,请手动执行以下命令。
- 生成时启用 `-visitor`,并关闭 listener`-no-listener`)。
### 2.1 前置依赖
- Java用于运行 `antlr-*.jar`
- ANTLR4 完整 jar本仓库已内置 4.13.2
本仓库内置 jar 路径:
- `third_party/antlr-4.13.2-complete.jar`
### 2.2 生成命令
假设构建目录为 `build/`(可自行替换为 `build-debug/`、`out/` 等):
```bash
mkdir -p build/generated/antlr4
java -jar third_party/antlr-4.13.2-complete.jar \
-Dlanguage=Cpp \
-visitor -no-listener \
-Xexact-output-dir \
-o build/generated/antlr4 \
src/antlr4/SysY.g4
```
生成完成后,请确认目录 `build/generated/antlr4/` 中出现:
- `SysYLexer.cpp/.h`
- `SysYParser.cpp/.h`
- `SysYBaseVisitor.cpp/.h`、`SysYVisitor.cpp/.h`
## 3. 编译构建CMake
本工程默认使用:
- `third_party/antlr4-runtime-4.13.2` 提供的 C++ runtime无需额外安装
- `build/generated/antlr4/*.cpp` 作为前端解析器实现的编译输入(需要先完成第 2 节的生成)
### 3.1 配置
```bash
cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
```
### 3.2 构建
```bash
cmake --build build -j "$(nproc)"
```
成功后应当生成:
- 可执行文件目标:`compiler`
## 4. 常见问题
### 4.1 找不到 SysYParser.h / SysYLexer.h
原因:没有先生成,或生成目录不匹配。
排查:
- 确认 `build/generated/antlr4/` 下存在生成的 `.h/.cpp`
- 如果你使用的是非 `build/` 的构建目录(例如 `out/`),则生成输出也要改为 `out/generated/antlr4/`
### 4.2 修改 SysY.g4 后编译行为未变化
原因:生成文件未更新。
解决:
- 每次修改 `src/antlr4/SysY.g4` 后都要重新执行第 2 节生成命令。

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# SysY Compiler
用于实现SysY编译器的代码框架。
## Getting Started
建议使用Ubuntu 22.04系统原生版本与WSL版本均可。
[Ubuntu下载与安装说明](https://ubuntu.com/download/desktop)
[WSL Ubuntu安装说明](https://learn.microsoft.com/en-us/windows/wsl/install)
SysY编译器前端基于[ANTLR](https://www.antlr.org/index.html)工具实现本仓库已经包含ANTLR 4.9.3版本的可执行程序与C++运行时库但编译ANTLR运行时库存在一些依赖需要提前安装。
```bash
sudo apt update
sudo apt install -y uuid-dev libutfcpp-dev pkg-config make git cmake openjdk-11-jre
```
依赖安装完成后可以开始构建SysY编译器构建过程包含了ANTLR运行时库的构建
```bash
git clone https://gitee.com/xsu1989/sysy.git
cd sysy
cmake -S . -B build
cmake --build build
```
构建完成后,可以运行一个小的测试用例。该测试将逗号分隔的整数或字符串列表进行格式化后重新输出,即将相邻参数之间的分隔统一调整为逗号外加一个空格。
```bash
cat /test/funcrparams.sysy
# -> 1,0xa , 011, "hellow"
./build/bin/sysyc test/funcrparams.sy
# -> 1, 0xa, 011, "hellow"
```
## Documentation
[ANTLR手册](doc/The%20Definitive%20ANTLR%204%20Reference.pdf)
[SysY语言规范](doc/sysy-2022-spec.pdf)
[SysY运行时库](doc/sysy-2022-runtime.pdf)
## 实验1用ANTLR实现SysY词法/语法分析器
当前的代码框架已经部署好了编译环境,同学们可专注于程序开发。
在实验1中同学们需要完成的任务包括
- 参照SysY语言规范修改`src/SysY.g4`文件实现SysY词法/语法的完整定义
- 修改任意代码后需要重新执行`cmake --build build`命令重新构建项目ANTLR工具会从`SysY.g4`生成词法/语法分析器,生成的文件位于`./build/src`目录
- (进阶内容)修改`src/ASTPrinter.h`与`src/ASTPrinter.cpp`实现从AST输出源程序但输出的源程序是经过格式化的测试用例为`test/format-test.sy`,格式化后的参考结果为`test/format-ref.sy`
## 实验2从AST生成中间表示
exp2分支为大家准备好了进行实验2的基本代码框架包括
- IR相关数据结构的定义`src/IR.h`
- 创建IR对象的工具类`src/IRBuilder.h`
- IR生成器的示例代码`src/SysYIRGenerator.h`
在实验2中同学们需要完成的任务包括
- 熟悉掌握IR定义与相关数据结构
- 从AST生成IR基于visitor机制
请同学们仔细阅读代码学习IR的定义。可以使用doxygen工具自动生成HTML文档
```bash
sudo apt install doxygen graphviz
doxygen doc/Doxyfile
```
上述命令执行完毕后将在doxygen/html下找到生成的代码文档。
## 实验3从SysY IR 生成ARMv7汇编代码
### 后端相关源码
当前ref2分支为ARMv7后端代码实验,已经包含了后端代码生成的代码框架,包含
- 后端生成代码源文件`src/backend/codegen.cpp`
- 后端生成代码头文件`src/backend/codegen.hpp`
本实验需要基于以上两个源文件添加ARMv7后端生成代码(也可以按照自己的设计重头编写整个后端生成代码),完成这两个源文件中所有空函数的实现.不局限于本实验提供的后端代码框架,自由设计自己的ARMv7后端实现.
### 后端代码的编译与运行
本实验也修改了驱动代码sysyc.cpp, sysyc.cpp可以调用后端生成的最顶层函数接口code_gen().该函数会逐层调用各层级的代码生产函数并最终生成ARMv7汇编代码并打印至屏幕.通过下列命令编译
```bash
cmake -S . -B build
cmake --build build
```
通过下列命令运行编译产生的sysyc
```bash
./sysyc 01_add.sy
```
或者通过下列命令只生成SysY IR代码
```bash
./sysyc 01_add.sy ir
```
### 测试
本实验提供了两个sysy源文件用于测试,分别是位于sysy-backend/test的01_add.sy 11_add2.sy; 当完成sysyc的编译器后端后,可以通过sysy-backend/test下的Makefile文件编译生成测试程序的可执行二进制.
#### 在x86平台编译运行测试代码
##### 下载并配置ARMv7交叉编译器工具链
在[Arm GNU Toolchain](https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads)下载安装交叉编译工具链,并设置环境变量PATH来使用交叉编译工具链
```bash
export PATH=${your_arm-gnu-toolchain_path}/bin:$PATH;
```
##### 安装qemu模拟器
```bash
sudo apt update
sudo apt install qemu-system-arm qemu-user
```
##### 编译测试程序
使用如下命令调用完成后端实现的sysyc生成ARMv7汇编代码,并调用ARMv7交叉编译工具链汇编并连接生成可执行文件.
```bash
cd test
../build/bin/sysyc 01_add.sy > 01_add.s
arm-none-linux-gnueabihf-gcc 01_add.s -o 01_add.out -static #注意使用-static选项来静态链接
```
##### 使用qemu-arm模拟运行测试程序
```bash
cd test
qemu-arm ./01_add.out
echo $? #查看测试程序返回值
```
##### 使用makefile编译与运行
```bash
cd test
make all -r #利用sysyc编译两个测试程序
make run -r #使用qemu-arm模拟运行两个测试程序
```
#### 在树莓派上编译运行测试代码
参见'Raspberry.pptx'设置树莓派的编译运行环境,也可以在自己的x86电脑上利用ARMv7交叉编译工具链来编译测试程序, 将编译产生的可执行文件上传到树莓派上运行.
### 交叉编译器生成汇编代码
可以通过如下的命令让交叉编译器生成汇编代码,以参考gcc后端的编译行为.
```bash
cd test
cp 01_add.sy 01_add.c # 修改代码后缀名
arm-none-linux-gnueabihf-gcc 01_add.c -O0 -S -o 01_add.S #O0编译优化
```
请自己构造一些简单的c程序,阅读交叉编译器编译产生的汇编代码来理解ARMv7汇编代码与编译器后端行为.
### 参考文档
参见doc/backend/下的ARMv7相关文档

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