编程编译器完全解读：25行JavaScript语句解析编译原理

导言

即使对于专业程序员来说，构造一个编译器也是颇具挑战性的任务，但本文将会引导你抽丝剥茧，一探究竟！

作为一名经验丰富的程序员，我对编程语言开发有着浓厚的兴趣。在“关于 Angular 2 和 TypeScript 项目中的静态代码分析”[1]中，我研究了编译器前端的基本原理。在“构建一个简单的脚本语言：Shebang 解析器"[2]中，我尝试用100行JavaScript代码搭建一个脚本语言解析器。

受到这两篇文章的启发，我决定更进一步，挑战用JavaScript构建一个完整的编译器。这听起来很疯狂，但也是极具意义的。

编译器的基本原理

编译器负责将高级编程语言（如 C++ 或 Python）编写的源代码转换为目标代码（如机器指令或字节码），以便计算机能够执行。编译器的核心组件包括：

• 词法分析器 ：词法分析器将源代码分解为一系列称为词素（或标记）的基本单位，如标识符、、运算符等。
• 语法分析器 ：语法分析器检查词素序列是否符合编程语言的语法规则，并将其解析为语法树。
• 语义分析器 ：语义分析器检查语法树是否符合编程语言的语义规则，并检测错误。
• 代码生成器 ：代码生成器根据语法树生成目标代码。

用JavaScript构建编译器

为了便于理解，我们构建的编译器将支持一个非常简单的编程语言，该语言仅包含以下元素：

• 变量
• 常量
• 算术运算符
• 赋值运算符
• 控制流语句（if、while、for）
• 函数

接下来，让我们逐步构建这个编译器。

1. 词法分析器

// 词法分析器
const lexer = input => {
  const tokens = [];
  let i = 0;
  while (i < input.length) {
    const char = input[i];
    if (char === "+" || char === "-" || char === "*" || char === "/") {
      tokens.push({ type: "operator", value: char });
      i++;
    } else if (char === "=") {
      tokens.push({ type: "assignment", value: char });
      i++;
    } else if (char === "(" || char === ")") {
      tokens.push({ type: "paren", value: char });
      i++;
    } else if (char === "{") {
      tokens.push({ type: "lbrace", value: char });
      i++;
    } else if (char === "}") {
      tokens.push({ type: "rbrace", value: char });
      i++;
    } else if (char === ";") {
      tokens.push({ type: "semi", value: char });
      i++;
    } else if (char === " ") {
      i++;
    } else if (/[a-zA-Z]/.test(char)) {
      let identifier = "";
      while (/[a-zA-Z0-9]/.test(input[i])) {
        identifier += input[i];
        i++;
      }
      tokens.push({ type: "identifier", value: identifier });
    } else if (/[0-9]/.test(char)) {
      let number = "";
      while (/[0-9]/.test(input[i])) {
        number += input[i];
        i++;
      }
      tokens.push({ type: "number", value: parseInt(number) });
    }
  }
  return tokens;
};

2. 语法分析器

// 语法分析器
const parser = tokens => {
  let i = 0;
  const parseExpression = () => {
    const token = tokens[i];
    if (token.type === "number") {
      i++;
      return { type: "number", value: token.value };
    } else if (token.type === "identifier") {
      i++;
      return { type: "identifier", value: token.value };
    } else if (token.type === "paren" && token.value === "(") {
      i++;
      const expression = parseExpression();
      const closingParen = tokens[i];
      if (closingParen.type === "paren" && closingParen.value === ")") {
        i++;
        return expression;
      } else {
        throw new Error("Expected closing parenthesis");
      }
    }
  };
  const parseStatement = () => {
    const token = tokens[i];
    if (token.type === "identifier") {
      const variableName = token.value;
      i++;
      const assignmentToken = tokens[i];
      if (assignmentToken.type === "assignment") {
        i++;
        const expression = parseExpression();
        const semiColon = tokens[i];
        if (semiColon.type === "semi") {
          i++;
          return { type: "assignment", variableName, expression };
        } else {
          throw new Error("Expected semicolon");
        }
      } else {
        throw new Error("Expected assignment operator");
      }
    } else if (token.type === "keyword" && token.value === "if") {
      i++;
      const paren