掌握 Swift 编译器背后的奥秘：探索解析器和抽象语法树

Swift 编译器：构建解析器和抽象语法树

简介

在上一章中，我们探讨了词法分析的基础，它将源代码分解为标记列表。现在，我们深入了解编译器管道的下一个阶段：语法分析。语法分析负责确定标记流中符号序列的语法结构，并将其转换为抽象语法树 (AST)。

抽象语法树 (AST)

AST 是程序语法结构的一种树形表示形式，它以独立于特定编程语言的方式捕获代码的本质。AST 的节点代表语言构造，如函数调用、循环和变量声明。

在 Swift 中，我们使用协议来定义 AST 的基类。协议为类型提供了通用接口，允许它们共享方法和属性。对于我们的 AST，我们定义了一个名为 Expr 的协议，它表示任何可以作为表达式的语言构造。

解析器

解析器是语法分析的核心组件。它根据形式语言的语法规则，将标记流转换为 AST。解析器可以采用自上而下的或自下而上的方法：

• 自上而下（LL(1) 分析） ：从抽象语法开始，并逐步细化为更具体的语法结构。
• 自下而上（LR(1) 分析） ：从最小的语法单位开始，并逐步构建更大的结构。

LLR(1) 分析

LLR(1) 分析是一种自下而上的方法，它结合了 LL(1) 和 LR(1) 分析器的优点。LLR(1) 分析器使用一个称为预测器分析表的数据结构，该数据结构存储了语法规则的 FIRST 和 FOLLOW 集。这些集合使解析器能够在输入流中查看一个符号并预测将出现的下一个符号。

Swift 中的 LL(1) 分析

Swift 编译器使用 LL(1) 分析器来构建 AST。它使用一个称为 Top-Down Operator Parser（TDOP）的数据结构，该数据结构存储了语法规则的 FIRST 和 FOLLOW 集。TDOP 还可以处理优先级和结合性，这对于处理 Swift 中复杂的语法结构至关重要。

从标记流到 AST

现在我们已经了解了 AST 和解析器，让我们深入了解如何将标记流转换为 AST：

1. 词法分析： 首先，词法分析器将源代码分解为标记列表。
2. 解析器： 解析器使用 LL(1) 分析方法，将标记流转换为 AST。
3. 语义分析： 最后，语义分析器遍历 AST，执行类型检查和语义分析以确保代码的有效性。

结论

解析器和 AST 是 Swift 编译器中至关重要的组件，它们使编译器能够理解代码的结构并执行语义分析。通过探索 LL(1) 分析和 LLR 分析方法，我们获得了构建高效且强大的解析器的宝贵见解。