Развитие технологий компиляции всегда являлось краеугольным камнем совершенствования программного обеспечения. Современные потребности требуют от компиляторов не только высокой эффективности, но и способности к саморазвитию и самовоспроизводству. В контексте таких требований необычайно важным становится проект, связанный с разработкой самохостящегося компилятора, переводящего программы написанные на минималистичном языке WHILE в WebAssembly. Этот проект не только открывает новые горизонты в области языков программирования, но и демонстрирует, как современные технологии могут быть применены для достижения высокоэффективных и надежных решений. Язык WHILE представляет собой простейший императивный язык с лаконичным синтаксисом и ограниченным набором команд, что делает его идеальной отправной точкой для исследования принципов компиляции и трансляции.
В данном проекте реализован переход от WHILE к WebAssembly, что позволяет использовать возможности браузеров и современных вычислительных платформ для выполнения скомпилированного кода с высокой производительностью. Проект выстроен вокруг нескольких этапов, ключевым из которых является использование минимального компилятора, написанного на Python. Этот компилятор позволяет трансформировать базовый WHILE-код в WebAssembly, обеспечивая первый необходимый уровень трансляции. Следующим шагом является создание компилятора, написанного на расширенной версии языка WHILE, называемой E-WHILE. E-WHILE содержит синтаксические и семантические расширения, которые воплощают дополнительные возможности, такие как сложные арифметические и логические операции, условия и макросы, что упрощает реализацию более сложных программ прямо на языке WHILE.
Конечным результатом становится самохостящийся компилятор, способный самостоятельно преобразовывать WHILE-программы в WebAssembly. Такого рода компиляторы обладают уникальной способностью к самовоспроизводству и доработке без необходимости участия сторонних инструментов. Важной частью проекта является поддержка работы с большими целыми числами через интеграцию собственной библиотеки BigInt, а также через использование знаменитой библиотеки GMP. Эта поддержка расширяет функциональные возможности программ, написанных на WHILE, позволяя справляться с вычислениями, выходящими за пределы стандартных числовых типов. Стоит отметить, что взаимодействие с WebAssembly происходит посредством использования WebAssembly Binary Toolkit, который обеспечивает преобразование представлений кода в нужные для выполнения форматы .
wat и .wasm. Для запуска и тестирования скомпилированного кода применяется Node.js, что гарантирует кроссплатформенность и удобство разработки. Одним из ключевых процессов, обеспечивающих надежность и корректность такого компилятора, является трехфазное бутстрэппинг-тестирование.
Оно состоит в многократном перекомпилировании самого компилятора, сравнивании результатов работы на битовом уровне. Это доказывает стабильность, самодостаточность и идентичность результирующих бинарных файлов, что является важнейшим показателем качества и правильности работы системы в целом. Такая методика известна в сообществе разработки компиляторов и активно применяется, например, в проекте GCC. Главной целью является достижение точки неподвижности, когда последующие перекомпиляции не вносят изменений в конечный продукт, что говорит о полном самохостинге. Помимо технических особенностей, проект предлагает продуманную архитектуру компилятора, включающую этапы трансформации из E-WHILE в WHILE (транспилер), последующий компилятор минимального Bootstrap (минимально необходимый транслятор от WHILE к WASM), предварительный компилятор, а затем конечный самохостящийся компилятор.
Такая последовательность формирует прочную и модульную структуру, зачастую редко встречающуюся в исследовательских и практических проектах с минималистичными языками. Интересным аспектом является возможность выполнения программ прямо в браузере благодаря реализации онлайн-редактора, где пользователи могут писать код на WHILE или E-WHILE и запускать его незамедлительно. Это не только облегчает процесс обучения и экспериментов, но и демонстрирует современные преимущества применения WebAssembly в клиентской части. В рамках семантики языка WHILE существует простая, но мощная модель, в которой результат вычислений находится в переменной x0, а входные параметры задаются переменными x1, x2, и так далее. Подобный подход упрощает понимание механизма передачи данных и результативности вычислений в рамках цикла или сложных конструкций.
E-WHILE, как расширение, открывает доступ к более разнообразным операциям: от базовых арифметических, таких как умножение и деление, до побитовых сдвигов и сравнений с использованием if-else конструкций. Поддерживаются макросы и расширенная система идентификаторов, что делает язык гибким и расширяемым. Создание самохостящегося компилятора в рамках минималистичного языкового семейства представляет собой важный этап развития компиляторостроения. Он демонстрирует, что даже с простейшими языками возможно построить полноценно функционирующую и самодостаточную систему трансляции с применением современных форматов исполнения. В конечном итоге, такой подход открывает новые научные и практические возможности для разработки легковесных языков, системных утилит и образовательных платформ.
В контексте будущего программирования и разработки ПО проект является не только демонстратором технических решений, но и своеобразной учебной площадкой для инженерии компиляторов, языка WebAssembly и функциональных расширений минималистичных языков. Для желающих начать работу с проектом необходимы знания Python и базовое понимание концепций компиляторов. Инструментальная база включает Python 3, Node.js, а также WebAssembly Binary Toolkit. Открытый исходный код и подробная документация позволяют быстро погрузиться в процесс и начать исследовать язык WHILE, трансляторы, а также участвовать в создании и тестировании новых возможностей.
