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。

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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。

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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。

class GRAMMAR_EXPORT AstNode
{
public:
    virtual ~AstNode() = default;
};

2. 二元节点基类：BinNode

BinNode是AstNode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。

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

BinaryExpr是BinNode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。

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

LeafNode是AstNode的派生类，表示没有子节点的叶子节点。

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if、else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）。

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。

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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AstNode或LeafNode，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。

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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。

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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。