编译器设计-自上而下的解析器

编译器是一种将源代码转换为可执行二进制代码的程序。而解析器是编译器中的核心部分，负责将输入的程序源代码转换为计算机能够理解的中间表示形式。

自上而下的解析器是一种基于文法规则的解析器。它通过递归调用来解析语法树。在这种解析器中，从文法的起始符号开始，逐步向下解析输入的源代码，直到最终得到完整的语法树。

文法规则

在编写自上而下的解析器之前，需要先确定源代码所遵循的文法规则。文法规则描述了程序语言所使用的语法结构，以及它们之间的层次结构关系。

例如，以下是一个简单的四则运算表达式的文法规则：

<expression> ::= <term> | <expression> <+|-|*|/> <term>
<term> ::= <integer> | <term> <*|/> <integer>
<integer> ::= <digit> | <integer> <digit>
<digit> ::= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

在上述文法规则中，<expression> 表示一个四则运算表达式，由一个 <term> 组成，或者由一个 <expression> 与一个 <term> 相加减乘除得到。<term> 表示一个项，由一个整数 <integer> 组成，或者由一个 <term> 与一个整数相乘除得到。<integer> 表示一个整数，由一个或多个数字 <digit> 组成。

解析器设计

在设计自上而下的解析器时，需要先将文法规则转换为一组递归下降方法。每个递归下降方法对应文法规则中的一个非终结符号。

以下是一个简单的四则运算表达式解析器的代码片段：

class Parser:
    def __init__(self, tokens):
        self.tokens = tokens
        self.index = 0

    def parse_expression(self):
        term = self.parse_term()

        while self.index < len(self.tokens):
            if self.tokens[self.index][0] in ['+', '-', '*', '/']:
                op = self.tokens[self.index][0]
                self.index += 1

                next_term = self.parse_term()

                if op == '+':
                    term = ('+', term, next_term)
                elif op == '-':
                    term = ('-', term, next_term)
                elif op == '*':
                    term = ('*', term, next_term)
                elif op == '/':
                    term = ('/', term, next_term)
            else:
                break

        return term

    def parse_term(self):
        integer = self.parse_integer()

        while self.index < len(self.tokens):
            if self.tokens[self.index][0] in ['*', '/']:
                op = self.tokens[self.index][0]
                self.index += 1

                next_integer = self.parse_integer()

                if op == '*':
                    integer = ('*', integer, next_integer)
                elif op == '/':
                    integer = ('/', integer, next_integer)
            else:
                break

        return integer

    def parse_integer(self):
        integer = self.tokens[self.index][0]
        self.index += 1

        while self.index < len(self.tokens):
            if self.tokens[self.index][0].isdigit():
                integer += self.tokens[self.index][0]
                self.index += 1
            else:
                break

        return ('int', int(integer))

在上述代码中，Parser 类包含三个递归下降方法：parse_expression、parse_term 和 parse_integer。每个方法都会根据其对应的文法规则逐步解析输入的源代码。

总结

自上而下的解析器是编译器中常用的一种解析器。它通过递归调用的方式，从文法的起始符号开始，逐步向下解析输入的源代码，直到最终得到完整的语法树。编写自上而下的解析器需要先确定输入的源代码所遵循的文法规则，然后将文法规则转换为一组递归下降方法，逐步解析输入的源代码。