stage1 部分功能测试00,01,02,06成功
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408
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408
stage1/spl.md
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@@ -0,0 +1,408 @@
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# SPL — 语法与语义
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## 概述
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类 C 语法的系统编程语言，受 Rust/Zig 启发。编译为 SIR（SPL 中间表示），一种基于栈的字节码。多阶段引导：
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```
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C → splc0(C) → splc1(SPL) → splc2(SPL) → ...
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```
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## 词法结构
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### 注释
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// 行注释
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/* 块注释 */
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```
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### 标识符
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`[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*`
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### 关键字
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```
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as asm bool break catch comptime const continue
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defer else enum errdefer false fn for
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if loop match null ret struct
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test true try type union var void
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while _
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```
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### 字面量
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| 种类 | 示例 | 类型 |
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|-------------|---------------------------------|---------|
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| 整数 | `42` `0xFF` `0b1010` `0o77` | i32 |
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| 字符 | `'A'` `'\n'` `'\\'` | i32 |
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| 字符串 | `"hello"` `"line\n"` | i8* |
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| 布尔 | `true` `false` | bool |
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| 空 | `null` | null/0/undefinded |
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### 运算符
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| 类别 | 符号 |
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|------------|------------------------------------------------------------|
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| 算术 | `+` `-` `*` `/` `%` |
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| 位运算 | `&` `\|` `^` `~` `<<` `>>` |
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| 比较 | `==` `!=` `<` `<=` `>` `>=` |
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| 逻辑 | `&&` `\|\|` `!` |
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| 赋值 | `=` `+=` `-=` `*=` `/=` `%=` `&=` `\|=` `^=` `<<=` `>>=` |
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| 其他 | `&`(取地址) `*`(解引用) `.` `->` `<-` `..` `...` `:` `:=` `?` |
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## 类型系统
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### 基本类型
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| 名称 | SIR 类型 | 大小（字节） |
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|--------|-------------|-------------|
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| void | SPL_VOID | 0 |
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| bool | SPL_I32 | 4 |
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| i8 | SPL_I8 | 1 |
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| u8 | SPL_U8 | 1 |
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| i16 | SPL_I16 | 2 |
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| u16 | SPL_U16 | 2 |
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| i32 | SPL_I32 | 4 |
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| u32 | SPL_U32 | 4 |
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| i64 | SPL_I64 | 8 |
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| u64 | SPL_U64 | 8 |
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| isize | SPL_ISIZE | sizeof(ptr) |
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| usize | SPL_USIZE | sizeof(ptr) |
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| f32 | SPL_F32 | 4 |
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| f64 | SPL_F64 | 8 |
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| ptr | SPL_PTR | 8 |
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| _ | SPL_ ... | （推断） |
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`_` 是通配符类型——用作类型推断的占位符。在大多数声明上下文中无效。
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### 指针类型
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写作 `*T`。示例：`*i32`、`*u8`、`*void`。
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同类型指针会去重。
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### 数组类型
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写作 `[N]T`。示例：`[10]i32`。数组是值类型（存在于栈槽或全局数据中）。`T` 可以是任意类型。
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数组/复合类型 在VM堆上申请内存 `N * sizeof(T)` 。
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### 切片类型
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写作 `[]T`。示例：`[]i32`、`[]u8`。切片是数组的一段连续视图，底层实现为胖指针：
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```
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[]T = struct { ptr: *T, len: i32 }
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```
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栈上占 **2 个槽位**（指针 + 长度）。通过切片表达式从数组创建：
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```
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var arr: [10]i32 = ...;
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var slice: []i32 = arr[3..7]; // 取 arr[3..7) 视图
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var full: []i32 = arr[0..]; // 省略结束值 = 到末尾
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```
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||||
此外，切片也可以从另一个切片再切片得到，长度限制为原切片的 len。
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### 聚合类型
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```
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type Name = struct { field: Type, ... };
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type Name = union { field: Type, ... };
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type Name = enum { A, B, C, ... };
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```
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- **struct**：字段按顺序排列（默认由 SPL 定义布局，可通过 `#[extern("vm")]` 覆盖）
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- **union**：所有字段共享同一偏移（sizeof = 最大字段大小）
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- **enum**：无字段，值为从 0 开始的整数常量
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||||
聚合类型在堆上分配，如果需要栈分配那么栈上占用 `size` 个槽位（struct 为各字段大小之和，union 为最大字段大小，enum 为 1）。
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`type Name = ExistingType;` 形式用于定义简单类型别名，但目前仅支持聚合类型的别名定义。
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## 声明
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### 函数
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```
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fn name(param: Type, ...) ReturnType {
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body...
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}
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fn name(param: Type, ...) ReturnType; // 前向声明一般来说不需要
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```
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函数参数在栈上按声明顺序从左到右排列。参数通过 `LADDR fp+idx` 访问。
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### 原生函数（VM 互操作）
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```
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||||
#[extern("vm")]
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fn vm_function(arg: Type, ...) ReturnType;
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```
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||||
声明一个可通过 NCALL 调用的外部 VM 函数。运行时须链接或通过 `spl_syscall_register()` 注册实现。
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### 类型别名
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```
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type Name = struct/union/enum { ... };
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type Name = ExistingType;
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```
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### 变量
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```
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var name: Type = expr;
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```
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变量在当前函数栈帧上分配空间。声明时若带 `= expr` 则将表达式值存入栈槽。
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### 常量
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```
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const name: Type = expr;
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```
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在 splc0 中常量也被分配栈空间（行为与 var 相同）。编译时可求值的常量会被记录到 `consts` 映射表，允许在局部作用域中引用。
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### 短声明
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```
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var name := expr; // 类型推断为 expr 的 type
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const name := const_expr; // 类型推断为 expr 的 type
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```
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语法糖：声明变量/常量并立即赋初始值，类型从表达式推断。
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## 内置指令（@ 前缀）
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以 `@` 开头的标识符用于编译器内置操作：
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### @import
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```
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@import("path")
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```
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在编译时导入另一个 SPL 源文件。路径相对于当前源文件目录。用于模块化编译。
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### @sizeof
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```
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@sizeof(T)
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```
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||||
返回类型 `T` 的大小（字节），编译期常量。可用于分配内存、I/O 缓冲区。splc0 中暂未实现。
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### @offsetof
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```
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@offsetof(T, field)
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```
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返回结构体 `T` 中字段 `field` 的字节偏移。实现泛型/运行时反射时有用。splc0 中暂未实现。
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### @panic
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```
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@panic("message")
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```
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编译期中断，输出错误信息并终止编译。splc0 中暂未实现。
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### @assert
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```
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@assert(expr)
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```
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编译期断言——若 `expr` 为假则中断编译。splc0 中暂未实现。
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### @embed
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```
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@embed("file")
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```
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在编译时将文件内容作为字节数组嵌入程序。splc0 中暂未实现。
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## 语句
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### 块
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```
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{ statement; statement; ... }
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```
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创建新作用域——局部声明的变量在退出时被丢弃（符号表弹出），且defer也是基于块作用域的，
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块可以返回值，只需要最后一个表达式没有分号。
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### 表达式语句
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```
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expr;
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```
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### 赋值
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```
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name = expr;
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name += expr;
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name.field = expr;
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name[expr] = expr;
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```
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支持 `=`、`+=`、`-=`、`*=`、`/=`、`%=`、`&=`、`|=`、`^=`、`<<=`、`>>=`。
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### 返回
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```
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ret expr;
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ret; // void 返回（仅限 void 函数）
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```
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RET 指令会根据函数返回类型携带或不带返回值。
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### If / Else
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```
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if expr statement
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if expr statement else statement
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```
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`expr` 必须求值为 bool（i32），或者成功语义。`statement` 可以是块 `{ }`。
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实现：`BZ` 跳转到 else 分支，`JMP` 跳过 else 分支。
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### While
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```
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while expr { ... }
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```
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实现：在循环顶部求值 `expr`，`BZ` 跳转到循环结束，循环体末尾 `JMP` 跳回顶部。
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### Loop
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```
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loop { ... }
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```
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无限循环。使用 `break` 退出，`continue` 重新开始。
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### Break / Continue
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```
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break;
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continue;
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```
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break 通过链表记录所有跳出位置，在循环结束后统一回填目标地址。
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### Defer
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```
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defer { ... }
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defer statement;
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```
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作用域退出时延迟执行
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### For Range
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```
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for 0..N as i { body }
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for slice as val { body }
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for slice, 0.. as val, idx { body }
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```
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Range for 循环。支持三种形式：
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1. **数值区间** `for begin..end as i`：`i` 从 `begin` 到 `end-1`，步长 1
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2. **切片遍历** `for slice as val`：遍历切片的每个元素
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||||
3. **带索引的切片遍历** `for slice, 0.. as val, idx`：同时获得元素值和索引
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展开实现：
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```
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// for 0..N as i { body }
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var i: i32 = 0;
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while i < N {
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// body...
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i = i + 1;
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}
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// for slice, 0.. as val, idx { body }
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var idx: i32 = 0;
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var _len: i32 = slice.len;
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var _ptr: *T = slice.ptr;
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||||
while idx < _len {
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var val: T = _ptr[idx];
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||||
// body...
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||||
idx = idx + 1;
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}
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```
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## 表达式（优先级爬升）
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### 运算符优先级表
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| 优先级 | 运算符 | 结合性 |
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|--------|-------------------------|----------|
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| 1 | `\|\|` | 左结合 |
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| 2 | `&&` | 左结合 |
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| 3 | `\|` | 左结合 |
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| 4 | `^` | 左结合 |
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| 5 | `&` | 左结合 |
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| 6 | `==` `!=` | 左结合 |
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| 7 | `<` `<=` `>` `>=` | 左结合 |
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| 8 | `<<` `>>` | 左结合 |
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| 9 | `+` `-` | 左结合 |
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| 10 | `*` `/` `%` | 左结合 |
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| 前缀 | `-` `!` `~` `&` `*` | 右结合 |
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| 后缀 | `.field` `[expr]` | 左结合 |
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**`||` 和 `&&` 的短路求值**：`||` 用 `BNZ` 左侧为真时跳过右侧；`&&` 用 `BZ` 左侧为假时跳过右侧。
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### 主要表达式
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```
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字面量 → PUSH 立即数
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标识符 → LADDR 局部变量地址（可选 LD64 取值）
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标识符(args) → 函数调用
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(expr) → 分组
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```
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- 标识符引用局部变量时：数组/聚合类型压入地址，其他类型压入值（LADDR + LD64）
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||||
- 函数调用时 push 参数（从左到右），push 函数地址，CALL nargs
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||||
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||||
### 后缀表达式
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```
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||||
expr.field → 结构体成员访问（计算字节偏移）(可以单层解引用即 推断c语言的 -> 但是只能单层)
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||||
expr[expr] → 数组/指针索引
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||||
expr[begin..end] → 切片表达式（从数组/切片创建视图）
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||||
expr.* → 解引用（LD64）
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```
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||||
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||||
- **`.field`**：根据类型布局计算字节偏移。结构体：地址 + 偏移，嵌套结构体保留地址。指针指向的结构体：先 LD64 解引用获取堆地址，再加字段偏移。
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||||
- **`[expr]`**：指针索引用元素字节大小做乘法，数组索引用槽位大小做乘法。最后 ADD 得到元素地址，LD* 加载值。
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||||
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||||
### 前缀表达式
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```
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||||
-expr → 算术取反（NEG）
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!expr → 逻辑非（expr == 0 → EQ + PUSH 0）
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||||
~expr → 按位取反（NOT）
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||||
&expr → 取地址（LADDR，仅限标识符）
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||||
```
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||||
## 调用约定
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> 见 ../stage0/spl_ir.h
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## SIR 指令集
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> 见 ../stage0/spl_ir.h
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## 内存模型
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- **栈**：向上增长。每个槽位为 `spl_val_t`（uintptr_t，8 字节）。
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- **帧指针**（fp）：当前函数参数的基址。
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||||
- **栈指针**（sp）：栈顶。
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||||
- **金丝雀**：存储在 `data[fp-1]`（若 fp > 0）——对编译后的代码不可见。
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||||
- **全局数据**（gdata）：按索引引用的字节块。字符串、静态数据等。
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||||
## 编译期执行（Comptime）
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```
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||||
comptime { ... }
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```
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||||
在编译时执行代码，通过将编译后的 .sir 文件加载到子 VM 中。通过以下系统调用实现：
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```
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vm_new() → ptr // 创建子 VM
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vm_drop(vm) // 销毁子 VM
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vm_load(vm, path) → ptr // 加载 .sir，返回 prog
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||||
vm_push(vm, val) // 将参数压入子 VM 栈
|
||||
vm_call(vm, name, nargs) // 调用函数
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||||
vm_run(vm) → i32 // 运行子 VM，返回退出码
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```
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||||
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||||
（splc0 中尚未实现。）
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Reference in New Issue
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