递归下降解析器

简介

递归下降解析器是一种常见的语法分析方法，一般为手动编写，使用该方法可以将源代码转换成抽象语法树（AST），为编译器后续的代码生成或其他处理做准备工作。

递归下降解析器是一种按照语法规则递归地向下分解输入文本的方法，通过递归调用函数实现对输入文本的解析，这些函数按照语法规则对输入文本进行递归解析，最终生成抽象语法树。

实现方法

递归下降解析器的实现方法为将一个源代码文件转化为一个抽象语法树。实现的步骤如下：

1. 把源代码文件读入文本流中，通过分析器读取文本流，生成一个标识符序列，这个标识符序列即为 Token 序列；

2. 将 Token 序列转化为抽象语法树，这个过程是通过递归调用函数来实现的，将 Token 序列按照语法规则分解为不同的语法单元，最终生成一个抽象语法树。

代码示例

下面是一个简单的例子，假设我们要解析的语法规则为：expression -> integer plus integer，即一个表达式由两个整数通过加号相加得到。

class Node:
    pass

class BinaryOperator(Node):
    def __init__(self, left, operator, right):
        self.left = left
        self.token = self.operator = operator
        self.right = right

class Integer(Node):
    def __init__(self, token):
        self.token = token
        self.value = token.value

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

    def parse(self):
        return self.expression()

    def expression(self):
        left = self.integer()
        operator = self.tokens[self.pointer]
        if operator.type == 'PLUS':
            self.pointer += 1
        right = self.integer()
        return BinaryOperator(left, operator, right)

    def integer(self):
        token = self.tokens[self.pointer]
        if token.type == 'INTEGER':
            self.pointer += 1
            return Integer(token)
        else:
            raise Exception('Unexpected token')

在上面的代码中，我们定义了三个节点类型：Node（所有节点类型的基类）、BinaryOperator（二元运算符）和 Integer（表示数字）。

在解析器的构造函数中，我们传入 Token 序列，指针初始值为 0。

def __init__(self, tokens):
    self.tokens = tokens
    self.pointer = 0

parse 函数是整个解析器的入口函数，它调用 expression 函数返回生成的抽象语法树。

def parse(self):
    return self.expression()

expression 函数实现了我们的语法规则：一个表达式由两个整数通过加号相加得到。

def expression(self):
    left = self.integer()
    operator = self.tokens[self.pointer]
    if operator.type == 'PLUS':
        self.pointer += 1
    right = self.integer()
    return BinaryOperator(left, operator, right)

integer 函数用来解析整数类型的 Token。

def integer(self):
    token = self.tokens[self.pointer]
    if token.type == 'INTEGER':
        self.pointer += 1
        return Integer(token)
    else:
        raise Exception('Unexpected token')

我们可以使用上面的解析器来解析下面的 Token 序列：

INTEGER(2) PLUS INTEGER(3)

使用下面的代码可以生成对应的抽象语法树：

tokens = [
    Token(TokenType.INTEGER, 2),
    Token(TokenType.PLUS),
    Token(TokenType.INTEGER, 3)
]

parser = Parser(tokens)
ast = parser.parse()

print(ast.left.value, ast.operator, ast.right.value)

输出结果：

2 + 3

总结

递归下降解析器是一种非常常见的语法分析方法，在解析源代码文件时会得到应有的效果，是编译器重要的一环。但需要注意的是，解析器越复杂，效率越低，所以递归下降解析器仅适合用来解析简单的语言。