Rust实现表达式解析器：Parser实现

Rust 实现表达式解析器：逐步指南

简介

表达式解析器是一个强大的工具，可用于解析数学或编程语言中的表达式。在本文中，我将分享如何在 Rust 中使用 Parser Combinator 实现表达式解析器。本指南将逐步介绍这一过程，帮助你掌握创建自定义解析器的技巧。

词法分析和语法分析

在构建解析器之前，需要完成两项关键任务：词法分析和语法分析。词法分析将输入字符串分解为称为词元的较小单元，而语法分析将这些词元组合成语法树，表示表达式的结构。

词法分析

在上一篇文章中，我们已经完成了词法分析器。它使用正则表达式将输入字符串分割成词元。这些词元包括数字、运算符和括号。

语法分析

现在，让我们使用 Parser Combinator 实现语法分析器。Parser Combinator 是构建复杂解析器的一种强大工具，让我们可以轻松地组合较小的解析器单元。

定义基本数据类型

首先，我们需要定义一些基本数据类型：

• Token：词法单元
• Parser：解析器
• Result：解析结果

实现 Term 解析器

Term 的语法为：term ::= factor (('*' | '/') factor)*。它表示由一个因子和可选的乘法或除法操作符和因子组成的项。以下代码实现 Term 解析器：

use nom::{
    branch::alt,
    combinator::{map, opt},
    error::ErrorKind,
    sequence::{delimited, tuple},
    IResult,
};

pub fn term(input: &str) -> IResult<&str, Expr> {
    let (input, factor) = factor(input)?;
    let (input, ops) = opt(tuple((
        many0(alt((char('*'), char('/')))),
        many0(factor),
    )))(input)?;

    let mut expr = factor;
    for (op, factor) in ops {
        match op[0] {
            '*' => expr = BinOp::Mul(expr, factor),
            '/' => expr = BinOp::Div(expr, factor),
            _ => unreachable!(),
        }
    }

    Ok((input, expr))
}

实现 Factor 解析器

Factor 的语法为：factor ::= '(' expression ')' | number。它表示一个括号包围的表达式或一个数字。以下代码实现 Factor 解析器：

use nom::{
    bytes::complete::tag,
    character::complete::{char, digit1},
    combinator::{map, opt},
    error::ErrorKind,
    sequence::{delimited, tuple},
    IResult,
};

pub fn factor(input: &str) -> IResult<&str, Expr> {
    alt((
        map(delimited(char('('), expression, char(')')), |expr| Expr::Paren(expr)),
        map(digit1, |digits| Expr::Number(digits.parse().unwrap())),
    ))(input)
}

实现 Expression 解析器

Expression 的语法为：expression ::= term (('+' | '-') term)*。它表示由一个项和可选的加法或减法操作符和项组成的表达式。以下代码实现 Expression 解析器：

use nom::{
    branch::alt,
    combinator::{map, opt},
    error::ErrorKind,
    sequence::{delimited, tuple},
    IResult,
};

pub fn expression(input: &str) -> IResult<&str, Expr> {
    let (input, term) = term(input)?;
    let (input, ops) = opt(tuple((
        many0(alt((char('+'), char('-')))),
        many0(term),
    )))(input)?;

    let mut expr = term;
    for (op, term) in ops {
        match op[0] {
            '+' => expr = BinOp::Add(expr, term),
            '-' => expr = BinOp::Sub(expr, term),
            _ => unreachable!(),
        }
    }

    Ok((input, expr))
}

例子

现在，我们可以使用解析器来解析表达式并生成语法树。例如，对于表达式 1 + 2 * 3，解析器将生成以下语法树：

Expr::Add(
    Expr::Number(1),
    Expr::BinOp(
        BinOp::Mul(Expr::Number(2), Expr::Number(3))
    )
)

结论

我们已经介绍了如何在 Rust 中使用 Parser Combinator 实现表达式解析器。通过遵循这些步骤，你可以创建自定义解析器来处理各种语法。

常见问题解答

• 什么是 Parser Combinator？
  Parser Combinator 是一种将解析器组合在一起的工具，可以轻松地构建复杂的解析器。

• 如何定义基本数据类型？
  基本数据类型包括 Token、Parser 和 Result，它们用于表示词元、解析器和解析结果。

• 如何实现 Term、Factor 和 Expression 解析器？
  通过使用 Parser Combinator 和 Rust 的模式匹配功能，可以一步一步地实现这些解析器。

• 语法树是什么？
  语法树表示表达式的结构，由节点和子树组成。

• 如何使用解析器解析表达式？
  可以调用解析器并传递输入字符串，它将返回语法树。