Pomian语言处理器研发笔记(二):使用组合模式定义表示程序结构的语法树

在Pomian语言处理器的研发过程中,语法树(Abstract Syntax Tree,AST)是程序分析和编译过程中的核心数据结构。语法树不仅能够清晰地表示程序的结构,还为后续的语义分析、代码优化和代码生成提供了重要的基础。本文将详细介绍如何使用组合模式(Composite Pattern)来定义和实现Pomian语言的语法树。


一、语法树的基本概念

语法树是一种树状结构,用于表示程序的语法结构。每个节点代表一个语法元素,例如表达式、语句、变量等。语法树的根节点通常表示整个程序或代码块,而叶子节点则表示具体的语法元素,例如数值、变量名或操作符。

在Pomian语言处理器中,语法树的节点分为两种类型:

  1. 内部节点(Internal Node) :表示具有子节点的语法结构,例如二元表达式。
  2. 叶子节点(Leaf Node) :表示没有子节点的语法元素,例如数值、变量名或关键字。

二、组合模式在语法树中的应用

组合模式是一种设计模式,允许将对象组合成树状结构,并且可以像处理单个对象一样处理整个树结构。在Pomian语言处理器中,我们使用组合模式来实现语法树的节点结构。

1. 节点基类:AstNode

所有语法树节点的基类是AstNode,它定义了节点的基本接口和虚析构函数。AstNode的作用是为所有节点提供统一的接口,使得后续的处理可以统一对待所有节点。

cpp 复制代码
class GRAMMAR_EXPORT AstNode
{
public:
    virtual ~AstNode() = default;
};

2. 二元节点基类:BinNode

BinNodeAstNode的派生类,表示具有左右两个子节点的节点。它是二元表达式等节点的基类。

cpp 复制代码
class GRAMMAR_EXPORT BinNode : public AstNode
{
protected:
    AstNode* m_left;
    AstNode* m_right;

public:
    BinNode(AstNode* left, AstNode* right);
    inline AstNode* left() { return m_left; }
    inline AstNode* right() { return m_right; }
    ~BinNode() override;
};

3. 二元表达式节点:BinaryExpr

BinaryExprBinNode的派生类,表示一个二元表达式,包含一个操作符和左右两个操作数。

cpp 复制代码
class GRAMMAR_EXPORT BinaryExpr : public BinNode
{
private:
    OperatorToken* m_token;

public:
    BinaryExpr(OperatorToken* token, AstNode* left, AstNode* right);
    ~BinaryExpr() override;
};

4. 叶子节点基类:LeafNode

LeafNodeAstNode的派生类,表示没有子节点的叶子节点。

cpp 复制代码
class GRAMMAR_EXPORT LeafNode : public AstNode
{
};

5. 具体叶子节点类

Pomian语言处理器定义了多种叶子节点类,分别表示不同的语法元素:

  • 数值节点NumberNode,表示一个数值常量节点。
  • 标识符节点IdentifierNode,表示一个变量名或函数名。
  • 关键字节点KeywordNode,表示一个关键字(如ifelse等)。
  • 操作符节点OperatorNode,表示一个操作符(如+-等)。
  • 分隔符节点SeperatorNode,表示一个分隔符(如逗号、括号等)。
cpp 复制代码
class GRAMMAR_EXPORT NumberNode : public LeafNode
{
private:
    NumberToken* m_token;

public:
    NumberNode(NumberToken* token);
    ~NumberNode() override;
};

class GRAMMAR_EXPORT IdentifierNode : public LeafNode
{
private:
    IdentifierToken* m_token;

public:
    IdentifierNode(IdentifierToken* token);
    ~IdentifierNode() override;
};

// 其他叶子节点类类似,略。

三、组合模式的优势

组合模式在Pomian语言处理器中具有以下优势:

  1. 统一接口 :所有节点都继承自AstNode,可以统一处理所有节点。
  2. 灵活扩展 :通过继承AstNodeLeafNode,可以方便地添加新的节点类型。
  3. 层次结构清晰:通过组合内部节点和叶子节点,可以清晰地表示程序的语法结构。

四、总结

通过组合模式,Pomian语言处理器成功地实现了语法树的节点结构。这种设计不仅使得语法树的构建和处理更加灵活,还为后续的语义分析、代码优化和代码生成提供了坚实的基础。未来的工作中,我们将继续完善语法树的实现,并探索其在编译过程中的更多应用。


参考文献

  1. Pomian语言处理器 研发笔记(一):使用C++的正则表达式构建词法分析器
    https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150504050
  2. 抽象语法树(AST):从基础到实际应用的技术指南
    https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150928620
  3. C++组合模式:构建灵活的层次结构
    https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150872343

项目地址

https://gitee.com/shendeyidi/pomian

Pomian语言处理器项目,Pomian语言目前不是为了商用,而是为了展示编译系统的基本原理。

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