编译原理之美
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07 | 编译器前端工具(二):用Antlr重构脚本语言

为if语句、for语句编写求值逻辑
实现表达式求值
Antlr生成Visitor处理模式的框架
Visitor设计模式
解决二义性文法
二义性文法问题
语句规则的复用
Antlr的语法实现结合性
优先级通过右侧不同产生式的顺序决定
用一个语法规则涵盖所有运算
Antlr处理左递归问题
用Vistor模式升级脚本解释器
完善各类语句(Statement)的语法
完善表达式(Expression)的语法
一课一思
课程小结
参考文章
用Antlr重构脚本语言

该思维导图由 AI 生成,仅供参考

上一讲,我带你用 Antlr 生成了词法分析器和语法分析器,也带你分析了,跟一门成熟的语言相比,在词法规则和语法规则方面要做的一些工作。
在词法方面,我们参考 Java 的词法规则文件,形成了一个 CommonLexer.g4 词法文件。在这个过程中,我们研究了更完善的字符串字面量的词法规则,还讲到要通过规则声明的前后顺序来解决优先级问题,比如关键字的规则一定要在标识符的前面。
目前来讲,我们已经完善了词法规则,所以今天我们来补充和完善一下语法规则,看一看怎样用最高效的速度,完善语法功能。比如一天之内,我们是否能为某个需要编译技术的项目实现一个可行性原型?
而且,我还会带你熟悉一下常见语法设计的最佳实践。这样当后面的项目需要编译技术做支撑时,你就会很快上手,做出成绩了!
接下来,我们先把表达式的语法规则梳理一遍,让它达到成熟语言的级别,然后再把语句梳理一遍,包括前面几乎没有讲过的流程控制语句。最后再升级解释器,用 Visitor 模式实现对 AST 的访问,这样我们的代码会更清晰,更容易维护了。
好了,让我们正式进入课程,先将表达式的语法完善一下吧!

完善表达式(Expression)的语法

在“06 | 编译器前端工具(一):用 Antlr 生成词法、语法分析器”中,我提到 Antlr 能自动处理左递归的问题,所以在写表达式时,我们可以大胆地写成左递归的形式,节省时间。
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本文深入介绍了使用Antlr重构脚本语言的过程,重点讨论了Antlr生成词法分析器和语法分析器的方法,并详细分析了词法规则和语法规则。作者通过示例代码展示了如何支持表达式的优先级和结合性,以及Antlr对赋值表达式的右结合性的实现机制。此外,文章还涉及了解决二义性文法的问题,并介绍了使用Visitor模式升级脚本解释器的方法。通过具体的示例和技术讲解,本文对于想要深入了解Antlr和语法规则设计的读者具有很高的参考价值。

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全部留言(34)

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  • 李懂
    现在都是用一门语言去实现这些功能,我想知道最开始的语言是怎么实现分析的呢!有一点鸡生蛋蛋生鸡!

    作者回复: 在编译领域,有一个事情,叫做自举(bootstraping),也就是这门语言的编译器可以用自己这门语言编写。这是语言迈向成熟的标志。一般前面的版本,是要借助别的语言编写编译器,但后面就应该用自己的语言来编译了。 著名的语言都实现了自举。比如,go语言的编译器是用go编写的(早期版本应该是用C语言写的编译器。能实现自举,还是go发展历程上的一个历程碑)。 最早的语言的编译器,那肯定是用汇编写。到一定程度后再自举。

    2019-08-29
    2
    20
  • Spring
    老师,你好。请教一下,词法,语法解析后生成 AST 后,计算机怎么指导我的AST 中的“+” 就是执行 add 的计算呢?这其中是不是还有还存在一个中间层?

    作者回复: 对。你提的问题很好。 说明你思考的很深入了。 “+”执行加法运算,是由计算机语言的语义规定的。比如,你可以再让“+”去做字符串连接,这也是语义上的规定。 所以,计算机语言之间真正的差别,其实在语义上。 词法分析、语法分析完毕以后,只是搭起一个数据结构。至于基于这个结构可以干什么,还必须附加语义。你可以在这个AST上附加一些“动作指令”,比如对AST遍历的时候,遍历到“+”,就把两边加起来。这就是属性计算做的事情。我们把value作为一个属性,用一些规则来计算属性。说起来,属性计算还是大师高德纳提出来的。 你再沿着自己的思路深入下去,你可能自己把高德纳大师想到的也都想出来了。 看来你对编译原理的直觉很好:-D

    2019-08-28
    17
  • Void_seT
    老师,目前的学习过程中,比如表达式语法规则、语句语法规则等,虽然能知道它们表示了什么,但是并不知道它是怎么凭空产生的;请问:这种规则是相对比较固定的,我们要使用时,可以参照“标准”的规则文法进行修改呢?还是要自己掌握各种类型语法规则的各个组成细节,以便于在写语法规则时可以信手拈来呢?如果需要熟练掌握语法规则的各个组成细节,目前的工作如果还用不到生成“小编译器”这种技能,也就是没有练习或高强度的训练时间的话,是否需要现在就硬啃下这块硬骨头(因为怕长时间不使用,将来真正要使用时,还是要重新再训练一遍)?

    作者回复: 各种文法规则的设计经验的积累,属于"最佳实践"的范畴。我建议大家不仅仅是要懂原理,还能掌握一些最佳实践,说起某个语法现象的时候,随后就能写出几个文法来。 能有这种实操能力,才算是把理论落到实际了。这些“最佳实践”,属于你自己积累的领域经验,这也是你为什么会更有竞争力的原因。 这些经验,只有动手,多看别人的,才能积累。一般没有书籍专门讲这个,顶多是以示例的方式呈现。

    2019-08-28
    15
  • 宇智波芭芭干
    学习时总感觉节奏在老师那边,自己的思路并不连贯,对于初学者容易出现断片。在极客时间其它老师那里也同步购买了linux以及网络协议,另外一边通过故事的形式通熟易懂的讲解了一些底层知识原理,学习也是相当顺畅有兴趣,而这里不知道为啥就是顺畅不起来,差距不是一般的大。

    作者回复: 谢谢提意见。我们会收集大家的意见,在课件版本迭代时提升表述水平!

    2019-09-10
    7
    8
  • windpiaoxue
    老师您好 例如下面这个规则: stmt -> if expr stmt | if expr stmt else stmt | other 我测试了一下,antlr使用上面这个规则可以正确的处理悬挂else的问题, antlr在处理这种二义性问题的时候,是依据什么来处理的。

    作者回复: 为你的动手实践点赞! 其实原因我在文稿里已经说了。 我们实现一个算法的时候,是有确定的顺序来匹配的。所以,即使是二义性文法,在某种算法下也可以正常解析。 严格的非二义性文法要求得比较高。它要求是算法无关的。也就是不管你用最左还是最右推导,得出的结果是一样的。 关键点,在于把“文法”和“算法”这两件事区分开。文法是二义的,用某个具体算法却不一定是二义的。 其余的部分,你可以再看看文稿,是否能理解。Antlr是LL算法,最左推导、深度优先。如果你一时看不明白,也没关系,因为到后面我还会专门讲LL算法。

    2019-08-31
    8
  • fung
    老师,这一段看不懂咋办,有的救吗?看不懂这些语法啊,能解析下吗?或有其他资料介绍吗?谢谢 expression : primary | expression bop='.' ( IDENTIFIER | functionCall | THIS ) | expression '[' expression ']' | functionCall | expression postfix=('++' | '--') | prefix=('+'|'-'|'++'|'--') expression | prefix=('~'|'!') expression | expression bop=('*'|'/'|'%') expression | expression bop=('+'|'-') expression | expression ('<' '<' | '>' '>' '>' | '>' '>') expression | expression bop=('<=' | '>=' | '>' | '<') expression .......

    作者回复: 首先,关于Antlr的详细语法,你可以看一下它的作者的一本书:《the definitive antlr 4 reference》,应该也有中文版的。 另外,你可以搜一下EBNF的语法,因为antlr的语法基本上就是EBNF的语法,跟正则表达式的语法也很像,然后又加了一些元素,比如给某些部分做了命名。 bop=('+'|'-')是给('+'|'-')起了个名称,便于引用。 最后,当你动手实践的时候,这些困难就都不存在了。你就是对它们陌生。用多了就不陌生了!

    2019-11-05
    2
    2
  • shantelle
    宫老师你好,请问这个匹配的是什么内容呢 '\\' [btnfr"'\\]

    作者回复: 转义字符,比如:\t是tab。

    2019-10-25
    2
  • zhj
    现在拿到的ASTEvaluator,都裹扎了编译器相关的代码,这里才看到Ast树,这边没有很好的 版本迭代吗,上来直接就是讲课同步的代码,看的云里雾里,没法循序渐进

    作者回复: 回头把代码分拆整理一下。

    2019-10-16
    2
  • 石维康
    statement : blockLabel=block | IF parExpression statement (ELSE statement)? | FOR '(' forControl ')' statement | WHILE parExpression statement | DO statement WHILE parExpression ';' | SWITCH parExpression '{' switchBlockStatementGroup* switchLabel* '}' | RETURN expression? ';' | BREAK IDENTIFIER? ';' | SEMI | statementExpression=expression ';' ; 请问" : blockLabel=block"这个规则如何解释?谢谢!

    作者回复: 这是给block起了个别名,这样在生成的AST节点StatementContext中,就会有blockLabel这个属性,来访问这个下级节点。 就是为了编程方便的。

    2019-08-28
    2
  • 草戊
    老师,有些语言的部分文法是上下文有关,比如说必须是第七列写*号来注释。对于这样的语言分析,有什么好的建议吗?在parser前先做预处理变换?

    作者回复: 如果是手写编译器,就很容易处理。在处理*号的时候加一点代码进行上下文的分析就好了。 像Antlr这样编译器生成工具,支持你在做解析的时候嵌入自己的代码,进行与上下文有关的分析。分析的结果,会反馈回来影响编译过程。 所以,在词法或语法分析时就开始进行上下文的分析(或语义分析),是一个普遍使用的技巧。 如果你想深入了解一下这个问题,推荐你看一下这篇论文: https://www.antlr.org/papers/predicated-parsing.pdf 这里面还有其他一些例子。

    2019-12-15
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