===== Кейс 001: Арифметические выражения (gram:case-001) =====

=== Общая информация ===

^ Уровень сложности ^ 🟢 Начальный ^
^ Рекомендуемые языки ^ Python, C++ ^
^ Основные инструменты ^ ANTLR4, LLVM-lite ^
^ Требуемые знания ^ Базовый синтаксис выбранного языка ^

=== Описание кейса ===

Разработка компилятора для языка арифметических выражений с поддержкой переменных, базовых операций и функций.

=== Грамматика языка ===

==== Лексические токены ====

<code>
NUMBER    : [0-9]+ ('.' [0-9]+)?
ID        : [a-zA-Z_][a-zA-Z_0-9]*
PLUS      : '+'
MINUS     : '-'  
MUL       : '*'
DIV       : '/'
ASSIGN    : '='
LPAREN    : '('
RPAREN    : ')'
SEMI      : ';'
WS        : [ \t\r\n]+ -> skip
</code>

==== Синтаксические правила ====

<code>
program   : statement+ EOF
statement : expr SEMI
          | ID ASSIGN expr SEMI
   
expr      : term ( (PLUS | MINUS) term )*
term      : factor ( (MUL | DIV) factor )*
factor    : NUMBER
          | ID
          | ID LPAREN expr (',' expr)* RPAREN
          | LPAREN expr RPAREN
</code>

=== План лабораторных работ ===

==== Лабораторная 1: Лексический анализ ====

**Задачи:**
  - Реализовать грамматику токенов в ANTLR4
  - Создать лексический анализатор
  - Обработать основные типы лексем:
    - Числовые литералы
    - Идентификаторы  
    - Операторы и разделители

**Тестовые примеры:**
<code>
x = 5;
y = 3.14 * (2 + x);
</code>

**Результат:** Токенизатор, возвращающий последовательность токенов.

==== Лабораторная 2: Синтаксический анализ (Парсинг) ====

**Задачи:**
  - Реализовать синтаксические правила
  - Построить парсер с помощью ANTLR4  
  - Сгенерировать абстрактное синтаксическое дерево
  - Реализовать визитор для обхода AST

**Тестовые примеры:**
<code>
a = 10;
b = a * (2 + sin(3.14/2));
</code>

**Результат:** Парсер, строящий AST для корректных выражений.

==== Лабораторная 3: Семантический анализ ====

**Задачи:**
  - Реализовать таблицу символов
  - Проверить типы выражений
  - Валидировать существование переменных
  - Реализовать базовые функции (sin, cos, sqrt)

**Функции проверки:**
  - Проверка объявления переменных
  - Валидация типов в операциях
  - Проверка аргументов функций

**Результат:** Семантически проверенное AST.

==== Лабораторная 4: Генерация кода ====

**Задачи:**
  - Сгенерировать LLVM IR для выражений
  - Реализовать поддержку переменных
  - Добавить математические функции
  - Создать исполняемый файл

**Генерация кода для:**
<code>
x = 2 * (3 + 4);  // -> 14
</code>

**Результат:** Работающий компилятор, генерирующий исполняемый код.

=== Расширенные возможности ===

Для повышения оценки можно реализовать:

  * **Оптимизации:** постоянное свертывание, удаление мертвого кода
  * **Дополнительные типы:** булевы значения, строки  
  * **Расширенный синтаксис:** условные выражения, циклы
  * **Поддержка JIT-компиляции**

=== Примеры реализации ===

==== Базовая структура проекта ====

<code>
math_compiler/
├── grammar/
│   ├── MathLexer.g4
│   └── MathParser.g4
├── src/
│   ├── ast/
│   ├── semantic/
│   └── codegen/
├── tests/
└── requirements.txt
</code>

=== Рекомендуемые ресурсы ===

  - [[https://github.com/antlr/antlr4|ANTLR4 официальная документация]]
  - [[https://llvm.org/docs/tutorial/|LLVM Tutorial для начинающих]] 
  - [[https://github.com/antlr/antlr4/tree/master/runtime/Python3/examples|Примеры реализации на GitHub]]

=== Оценка и критерии ===

^ Критерий ^ Базовый уровень ^ Продвинутый уровень ^
| **Лексический анализ** | Базовые токены | Поддержка всех токенов + ошибки |
| **Синтаксический анализ** | Простые выражения | Полная грамматика + AST |
| **Семантический анализ** | Проверка типов | Полная валидация + оптимизации |
| **Генерация кода** | Базовый LLVM IR | Оптимизации + JIT |

----
[[gram:labs|← К списку лабораторных]] | [[gram:main|На главную]]