cppSion — 可配置的随机 C++ 程序生成器

cppSion 致力于生成可编译、可运行且可控的随机 C++ 程序，用于编译器测试、性能基准和程序行为研究。目标类似 Csmith，但更强调可配置性和可拓展性。

核心特性

• 可复现随机性：显式 seed 控制，跨平台一致的 Mersenne Twister 随机源。
• 配置驱动：命令行参数可调节行数/函数数、复杂度预算、六种特征权重（计算/分支/内存/IO/递归/模板）。
• 语句种类丰富：变量声明/赋值、if-else、while 循环、switch-case、复合赋值、IO（cout / fin >>）、函数调用、三元表达式、指针 new/delete、模板函数。
• 表达式丰富：算术（+-*/%）、位运算（&|^~）、逻辑比较（&&||<==）、一元（-~）、后置 ++/--。
• 语义保障：符号/类型系统确保变量和函数引用均合法，作用域管理正确。
• UB 防护：有界循环、除数非零保证、安全移位操作、禁止对指针自增自减、模板参数避免 bool 推导。
• IO 模式：从 input.txt 文件读取输入，自动生成配套输入文件。
• 多重输出：C++17 源码 + 可选 AST JSON，附带生成统计信息。

目录结构

• src/main.cpp：CLI 入口，驱动配置解析、生成、输出、输入文件写入。
• src/util/random.*：可播种随机工具，支持权重选择、布尔分布。
• src/config/：配置结构与命令行解析（含权重范围校验）。
• src/semantic/：类型系统、符号表、作用域管理。
• src/ast/：AST 定义与 C++17 pretty-printer，AST JSON 简易导出。
• src/generator/：生成上下文（预算/统计）、完整表达式/语句/函数/类型生成管线。
• CMakeLists.txt：构建配置，C++17，开启常用警告。

快速开始

1. 配置并构建：

   mkdir build && cd build
   cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
   cmake --build .

2. 运行生成器：

   ./build/cppsion --seed 42 --lines 200 --functions 8 --compute-weight 0.7 --out generated.cpp

3. 编译并运行生成的代码：

   g++ -std=c++17 generated.cpp -o generated
   # 若使用了 IO 模式，确保 input.txt 或 companion _input.txt 存在
   ./generated

4. 输出说明：
   • generated.cpp：生成的 C++17 源码。
   • generated_input.txt：IO 模式配套输入文件（自动生成）。
   • stderr 上打印 cppSion stats（函数数、语句数、分支/循环/表达式数等）。

命令行参数

• --seed <u64>：设置 RNG 种子（0 表示使用硬件随机源）。
• --out <path>：输出文件路径；缺省为 stdout。
• --emit-ast：额外输出 AST JSON。
• --lines <int>：目标行数（默认 100）。
• --functions <int>：函数数量（默认 4，实际生成 N 个 helper + main）。
• --complexity <int>：语句预算上限（默认 500）。
• --max-depth <int>：最大嵌套深度（默认 5）。
• --max-expr <int>：表达式节点预算上限（默认 200）。
• --compute-weight <double>：计算密集路径权重 [0, 1]（默认 0.5）。
• --branch-weight <double>：分支密集路径权重 [0, 1]（默认 0.3）。
• --memory-weight <double>：内存密集路径权重 [0, 1]（默认 0.2）。
• --io-weight <double>：IO 密集路径权重 [0, 1]（默认 0.1）。
• --recursion-weight <double>：递归密集路径权重 [0, 1]（默认 0.1）。
• --template-weight <double>：模板使用权重 [0, 1]（默认 0.1）。
• -h/--help：打印帮助。

示例

# 生成 10 个函数、300 行、计算密集的程序
./build/cppsion --seed 123 --lines 300 --functions 10 \
    --compute-weight 0.7 --out sample.cpp

# IO 密集模式：生成读取 input.txt 的程序
./build/cppsion --seed 0 --lines 50 --functions 4 \
    --io-weight 1.0 --out io_sample.cpp
# 此时会自动生成 io_sample_input.txt

实现状态

• ✅ 基础 RNG、配置解析（含权重校验）、AST 定义与打印、符号表/作用域/类型系统
• ✅ 六种特征权重：compute / branch / memory / IO / recursion / template
• ✅ 语句：变量声明（含指针 new）、赋值（含解引用）、if-else、while、switch-case、复合赋值、IO（cout/fin）、return
• ✅ 表达式：字面量（int/double/bool/string）、变量引用、二元运算、一元运算、三元、函数调用、new/delete
• ✅ 模板函数（template<typename T>）
• ✅ 函数间调用（main 自动调用所有 helper）
• ✅ UB 防护：安全除数、无移位溢出、无指针自增自减、模板避免 bool 推导、有界循环、预算控制
• ✅ IO 模式：文件输入 + 自动生成配套输入文件
• 📌 规划中：结构体/类支持、多线程可选特性、差分编译器测试管线、CI

许可证

• 见 LICENSE。