C++代码自动化

摘要

在程序员的日常工作中，写代码并不是一件很枯燥乏味的事，因为本身通过代码已经实现了很多单靠人无法完成的工作。但随着代码工程量的加剧，代码逐渐的冗长而复杂，功能的调理型也逐渐的不清晰，这种现象一方面使得代码对新手不友好，同时代码工程的稳定性以及安全性也被破坏。经过统计分析，造成这一现象的根本原因是缺少了索引和详细的说明文档，但如此大的工程代码，每添加一个功能就要修改一次文档似乎就变得十分矛盾了，那么是否有办法可以进行自动化代码解析并进行文档生成以及标记索引呢？

一、Clang LibTooling和AST（Abstract Syntax Tree）

如果我想提取C++中的所有类以及成员函数，那么我该怎么做呢？

一种常用的方法是使用静态代码分析工具，如Clang LibTooling、GCC-XML 或 Ctags。这些工具可以帮助你分析 C++ 代码，并提取出类和成员函数的信息。

以下是使用Clang LibTooling和AST（Abstract Syntax Tree）来提取类和成员函数的示例：

#include <iostream>
#include <clang/Tooling/Tooling.h>
#include <clang/ASTMatchers/ASTMatchers.h>
#include <clang/ASTMatchers/ASTMatchFinder.h>

using namespace clang;
using namespace clang::tooling;
using namespace clang::ast_matchers;

class ClassPrinter : public MatchFinder::MatchCallback {
public:
    virtual void run(const MatchFinder::MatchResult &Result) {
        if (const CXXRecordDecl *ClassDecl =
                Result.Nodes.getNodeAs<CXXRecordDecl>("class")) {
            std::cout << "Class: " << ClassDecl->getNameAsString() << std::endl;
        }
        
        if (const CXXMethodDecl *MethodDecl =
                Result.Nodes.getNodeAs<CXXMethodDecl>("method")) {
            std::cout << "Method: " << MethodDecl->getNameAsString() << std::endl;
        }
    }
};

int main(int argc, const char **argv) {
    ClangTool Tool(argc, argv);
    ClassPrinter Printer;
    MatchFinder Finder;

    Finder.addMatcher(cxxRecordDecl().bind("class"), &Printer);
    Finder.addMatcher(cxxMethodDecl().bind("method"), &Printer);

    return Tool.run(newFrontendActionFactory(&Finder).get());
}

在上面的示例中，我们使用Clang LibTooling和ASTMatchers来匹配C++源代码中的类和成员函数。我们创建了一个ClassPrinter类，它继承自MatchFinder::MatchCallback，并实现了run()函数来处理匹配结果。

在main()函数中，我们创建了一个ClangTool对象和一个ClassPrinter对象。然后，我们创建了一个MatchFinder对象，并使用addMatcher()函数添加了两个匹配器：一个用于匹配类定义（cxxRecordDecl()），另一个用于匹配成员函数声明（cxxMethodDecl()）。我们将ClassPrinter对象传递给MatchFinder，以便在匹配成功时调用其run()函数。

最后，我们使用Tool.run()运行代码分析工具，并将结果传递给newFrontendActionFactory()来创建一个FrontendAction实例。

运行上述代码，它将分析源代码并打印出所有匹配到的类和成员函数的名称。

二、Clang LibTooling和AST是什么？

Clang LibTooling和ASTMatchers是基于Clang库的工具和框架，用于对C++代码进行静态分析和匹配。

Clang是一个开源的C/C++/Objective-C编译器前端，提供了强大的语义分析和AST生成功能。Clang LibTooling是基于Clang的工具库，提供了一组用于编写自定义代码分析工具的API。

ASTMatchers是Clang LibTooling的一部分，它是一个用于匹配和查询Clang AST的框架。它提供了一组强大的匹配器和查询接口，使得可以方便地通过编写匹配规则来筛选和处理AST节点。

使用Clang LibTooling和ASTMatchers，你可以编写自定义的代码分析工具，用于提取和处理C++代码中的类、函数、变量等信息，或者进行代码重构、性能优化等操作。以下是一些Clang LibTooling和ASTMatchers的常用功能和用法：

AST遍历：可以通过遍历AST节点来获取代码结构和信息。可以使用clang::RecursiveASTVisitor作为基类，重写相应的访问函数，然后使用clang::Tool来运行代码分析。
匹配器：ASTMatchers提供了一组用于匹配AST节点的匹配器。可以使用匹配器来选择特定类型的节点，过滤出符合条件的节点进行处理。例如，使用clang::ast_matchers::cxxRecordDecl()匹配器可以匹配C++类的定义。
绑定和回调：可以通过使用clang::ast_matchers::bind()来绑定匹配到的节点，并在回调函数中处理这些节点。回调函数可以继承自clang::ast_matchers::MatchFinder::MatchCallback并实现run()函数。
执行分析：使用clang::tooling::ClangTool来运行代码分析工具。可以通过创建FrontendAction并将其传递给Tool.run()来执行代码分析，并将匹配的节点传递给回调函数进行处理。

Clang LibTooling和ASTMatchers提供了丰富的API和工具，可以根据具体需求进行定制和扩展。你可以参考Clang官方文档和示例代码，以及ASTMatchers的文档和示例，来深入学习和使用这些工具。

三、Clang LibTooling和AST与grammars-v4对比

Clang LibTooling和ASTMatchers以及ANTLR的grammars-v4是用于不同目的的工具和库。

Clang LibTooling和ASTMatchers:
- 适用语言：Clang LibTooling和ASTMatchers主要用于C++代码的静态分析和重构。
- 功能：它们提供了强大的Clang AST分析和匹配功能，可以用于提取代码结构、进行静态分析、执行重构等操作。它们基于Clang编译器前端，可以访问完整的语义信息。
- 优势：Clang LibTooling和ASTMatchers提供了对C++语言的深入支持，可以直接使用Clang的AST来进行分析和操作。它们具有对C++语言特性的理解，能够处理复杂的代码结构和语义。
ANTLR的grammars-v4:
- 适用语言：ANTLR是一个通用的语言处理工具，grammars-v4是其中的一部分，提供了许多语言的语法规则和解析器生成工具。
- 功能：grammars-v4提供了一种声明性的方法来定义语法规则，并生成对应的解析器。它可以用于构建自定义语言的解析器和分析器，以及进行基于语法的文本处理。
- 优势：grammars-v4适用于处理多种语言和领域，可以用于构建解析器和分析器。它具有广泛的语法规则支持和生成解析器的能力。

注意：如果你需要对C++代码进行深入的静态分析和重构，那么Clang LibTooling和ASTMatchers是更好的选择。如果你需要构建自定义语言的解析器和分析器（其他语言），或者处理多种语言的语法规则，那么ANTLR的grammars-v4可能更适合你。

四、代码解析思路

假如问题是：我想把C++工程文件里我定义的类、函数、参数以及返回值提取出来，那么应该用Clang LibTooling和ASTMatchers还是grammars-v4？

Clang LibTooling和ASTMatchers是提取C++工程文件中定义的类、函数、参数以及返回值更适合的选择。

使用Clang LibTooling和ASTMatchers，你可以编写自定义的代码分析工具，利用ASTMatchers的匹配器来筛选出符合特定条件的AST节点，如类、函数、参数等，然后提取相关信息并进行进一步处理。

以下是使用Clang LibTooling和ASTMatchers的基本步骤：

安装和配置Clang：首先，需要安装Clang编译器，并确保正确配置了编译器环境。
编写代码分析工具：创建一个C++源文件，编写自定义的代码分析工具。可以使用Clang LibTooling提供的API，创建自己的ASTVisitor或MatcherCallback，并在其中编写相应的处理逻辑。
使用ASTMatchers进行匹配和提取：使用ASTMatchers提供的匹配器来筛选出符合条件的AST节点。可以使用匹配器来选择类、函数、参数等特定类型的节点，并在匹配成功后提取相关信息。
运行代码分析工具：使用Clang LibTooling提供的ClangTool来运行你的代码分析工具。将工具和待分析的源文件路径传递给ClangTool，并执行分析操作。

通过这种方式，你可以利用Clang LibTooling和ASTMatchers提取C++工程文件中的类、函数、参数以及返回值等信息，并进行进一步的处理和分析。

注意，使用Clang LibTooling和ASTMatchers需要一定的C++和Clang的基础知识，以及对AST和编译原理的理解。你可以参考Clang官方文档和ASTMatchers的文档，以及相关的示例代码，来学习和使用这些工具。

官方网站：Clang C Language Family Frontend for LLVM