Pascal to JVM-Bytecode Compiler

Ein vollstaendiger Compiler, der Pascal-Quellcode ueber mehrere Stufen in ausfuehrbaren JVM-Bytecode uebersetzt.

Was macht dieses Projekt?

Der Compiler durchlaeuft die klassischen Phasen eines Compilerbaus:

1. Lexing & Parsing — Eine ANTLR-4-Grammatik (Pascal.g4) zerlegt den Pascal-Quellcode in einen Parse Tree
2. Semantische Analyse — Ein TypeCheckVisitor prueft Typen, Scopes und Korrektheit des Programms
3. Codeerzeugung — Ein CodeGenVisitor traversiert den AST und erzeugt Jasmin-Assembler (ein textuelles Format fuer JVM-Bytecode)
4. Assemblierung — Der Jasmin-Assembler uebersetzt den erzeugten Code in .class-Dateien, die direkt auf der JVM ausfuehrbar sind

                                        Compiler
 ┌─────────────┐    ┌──────────────────────────────────────────────┐    ┌────────────┐
 │             │    │                                              │    │            │
 │ Pascal      │───>│  ANTLR 4    Semantische   Code-    Jasmin   │───>│  JVM       │
 │ Quellcode   │    │  Parser  -> Analyse     -> erzeugung -> Asm │    │  Bytecode  │
 │ (.pas)      │    │                                              │    │  (.class)  │
 │             │    │                                              │    │            │
 └─────────────┘    └──────────────────────────────────────────────┘    └────────────┘

Darueber hinaus implementiert der Compiler zwei Analyseverfahren aus dem Bereich der Compiler-Optimierung:

• Liveness-Analyse — Datenflussanalyse auf einem Kontrollflussgraphen (CFG), die ermittelt, wie viele Register ein Programm minimal benoetigt
• Konstantenpropagation — Statische Analyse, die erkennt, welche Variablen zur Compile-Zeit konstante Werte tragen

Unterstuetzte Sprachfeatures

Kategorie	Elemente
Datentypen	integer, double, string, boolean
Arithmetik	+, -, *, /, mod
Vergleich	=, <>, <, >, <=, >=
Logik	and, or, not
Kontrollfluss	if/then/else, while/do, begin/end
Funktionen & Prozeduren	Parameter, Rekursion, lokale & globale Variablen
Ausgabe	writeln(ausdruck)

Beispiel

program Fibonacci;
function Fib(n: integer): integer;
begin
  if n > 0 then
    if n <= 2 then
      Fib := 1
    else
      Fib := Fib(n-1) + Fib(n-2)
  else
    Fib := 0
end;
begin
  writeln(Fib(10))
end.

./gradlew run --args="-compile Fibonacci.pas"
java -cp output/classes Fibonacci
# Ausgabe: 55

Technologie-Stack

Komponente	Technologie
Sprache	Java
Build-System	Gradle (Kotlin DSL)
Parser-Generator	ANTLR 4.13.2
Assembler	Jasmin (mitgeliefert)
Test-Framework	JUnit 5
Zielplattform	JVM-Bytecode

---

Setup & Verwendung

Voraussetzungen

• Java JDK 8 oder hoeher
• Kein weiteres Setup noetig — Gradle Wrapper und Jasmin-Assembler sind im Repository enthalten

Projekt bauen

# Linux / macOS
./gradlew build

# Windows
gradlew.bat build

Pascal-Programm kompilieren und ausfuehren

# Kompilieren (erzeugt .j und .class Dateien im output/ Verzeichnis)
./gradlew run --args="-compile MeinProgramm.pas"

# Erzeugten Bytecode ausfuehren
java -cp output/classes MeinProgramm

Analysen ausfuehren

# Liveness-Analyse: Minimale Registeranzahl bestimmen
./gradlew run --args="-liveness MeinProgramm.pas"

# Konstantenpropagation: Konstantenzustand pro Zeile ausgeben
./gradlew run --args="-constants MeinProgramm.pas"

# Debug-Modus: Ausfuehrliche Ausgabe waehrend der Kompilierung
./gradlew run --args="-debug -compile MeinProgramm.pas"

Tests ausfuehren

# Alle Tests
./gradlew test

# Einzelne Testklasse
./gradlew test --tests "com.wiegand.luca.ArithmeticTest"

Projektstruktur

src/
├── main/
│   ├── antlr/
│   │   └── Pascal.g4                 # ANTLR-Grammatik
│   └── java/com/wiegand/luca/
│       ├── StupsCompiler.java        # Haupteinstiegspunkt (CLI)
│       ├── TypeCheckVisitor.java     # Semantische Analyse & Typueberpruefung
│       ├── CodeGenVisitor.java       # Codeerzeugung (AST -> Jasmin)
│       ├── SymbolTable.java          # Symboltabelle mit Scope-Verwaltung
│       ├── JasminEmitter.java        # Jasmin-Instruktions-Ausgabe
│       ├── LocalVarTable.java        # JVM-Variablen-Slot-Verwaltung
│       ├── ConstantPropagationAnalyzer.java
│       └── cfg/                      # Kontrollflussgraph-Analyse
│           ├── Instruction.java      # IR-Instruktionen
│           ├── BasicBlock.java       # CFG-Grundbloecke
│           ├── ControlFlowGraph.java
│           └── LivenessAnalyzer.java # Liveness-Analyse & Registerallokation
└── test/
    └── java/com/wiegand/luca/       # JUnit-5-Tests

libs/
└── jasmin.jar                        # Jasmin-Assembler (mitgeliefert)

output/
├── jasmin/                           # Erzeugte .j Dateien
└── classes/                          # Erzeugte .class Dateien