语法树

抽象语法树 Abstract Syntax Tree, AST
Tom 2015/02/25
Agenda
• 编译步骤(Compile step) • 抽象语法树(Abstract Syntax Tree(AST)) • Eclipse AST • JavaCC AST • Clang AST
翻译步骤
操作。
2022/3/23
访问者模式(Visitor Pattern)
package com.tom.vistor;
public abstract class Node { /** * 接受操作 */ public abstract void accept(Visitor visitor);
}
package com.tom.vistor;
2022/3/23
抽象语法树 Abstract Syntax Tree(AST)
语法分析程序从扫描程序中获取记号形式的源代码， 并完成定义程序结构的语法分析(syntax analysis)。 语法分析定义了程序的结构元素及其关系。通常将语 法分析的结果表示为分析树（ parse tree）或语法树 （syntax tree）
访问者模式涉及到的角色如下： ● 抽象访问者(Visitor)角色：声明了一个或者多个方法操作，形 成所有的具体访问者角色必须实现的接口。 ● 具体访问者(ConcreteVisitor)角色：实现抽象访问者所声明的 接口，也就是抽象访问者所声明的各个访问操作。 ● 抽象节点(Node)角色：声明一个接受操作，接受一个访问者对 象作为一个参数。 ● 具体节点(ConcreteNode)角色：实现了抽象节点所规定的接受 操作。 ● 结构对象(ObjectStructure)角色：有如下的责任，可以遍历结 构中的所有元素；如果需要，提供一个高层次的接口让访问者对象可以 访问每一个元素；如果需要，可以设计成一个复合对象或者一个聚集， 如List或Set。
抽象的语法树（ abstract syntax tree）
编译步骤 – 语义分析
a [index] = 4 + 2
语义分析程序（semantic analyzer）
程序的语义就是它的“意思”。在执行之前被确定确定而不易由语法表示和 由分析程序分析的特征。这些特征被称作静态语义（ static semantic）, 静 态语义包括声明和类型检查。 由语义分析程序计算的额外信息（诸如数据类型）被称为属性（ a t t r i b u t e），它们通常是作为注释或“装饰”增加到树中（还可将属性添加到符 号表中）。
if(a>b) a = a-b;
语法分析树
if
＞
=
a
ba
-
a
b
抽象语法树
条件 部分
If语句
Then 部分
Else 部分
抽象语法树 Abstract Syntax Tree(AST)
While语句节点 while-stmt→ while( expression ) statement
If语句节点表示 If-stmt→ if( expression ) statement [else statement]
package com.tom.vistor;
public class NodeA extends Node{ /** * 接受操作 */ @Override public void accept(Visitor visitor) { visitor.visit(this); } /** * NodeA特有的方法 */ public String operationA(){ return "NodeA"; }
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抽象语法树(Abstract Syntax Tree (AST))是编程语言 的源代码的抽象语法结构的树状表现形式。树上的每 个节点都表示源代码中的一种结构。之所以说语法是 “抽象”的，是因为抽象语法树的结构不依赖于被编 译语言的原文法（语法分析阶段所采用的文法）。
抽象语法树 Abstract Syntax Tree(AST)
编译步骤 – 代码生成器和目标代码优化
a [index] = 4 + 2
代码生成器（code generator）
中间代码（IR）
M O V R0, index ;; value of index -> R0 M U L R0, 2 ;; double value in R0 M O V R1, &a ;; address of a -> R1 A D D R1, R0 ;; add R0 to R1 M O V *R1, 6 ;; constant 6 -> address in R1
编译步骤 – 优化程序
a [index] = 4 + 2 源代码优化程序（source code optimizer）
编译器通常包括许多代码改进或优化步骤。比如：常量合并(constant folding)。输出称为中间代码(intermediate code), 这个中间代码也称作中间表 示（ intermediate representation, IR）。
抽象语法树 Abstract Syntax Tree(AST)
程序节点 program→ { var-declaration | fun-declaration }
抽象语法的遍历
深度优先搜索算法（Depth-First-Search），是搜索 算法的一种。是沿着树的深度遍历树的节点，尽可 能深的搜索树的分支。当节点v的所有边都己被探寻 过，搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。 这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节 点为止。
抽象语法树 Abstract Syntax Tree(AST)
函数声明节点 fun-declaration→ ( void | int ) ID( params ) compound-stmt
表达式语句节点 expression→ ID = expression | simple-expression simple-expression→ additive-expression [ relop additive-expression ] relop → < | <= | > | >= | == | != additive-expression→ term [( + | - ) term ] term→ factor [ ( * | / ) factor ] factor→ ( expression )| ID | call | NUM
词法分析（Lexical analysis）
编译器通常以字符流的形式阅读源 程序。扫描程序执行词法分析（ Lexical analysis）： • 它将字符序列收集到称作记号（
t o k e n）的有意义单元中，执 行与拼写相似的任务。 • 完成将记号分放到符号表或文字 表
a 标识符 [ 左括号 记号 i n d e x 标识符 （t o k e n） ] 右括号 = 赋值 4 数字 + 加号 2 数字
public interface Visitor { /**
* 对应于NodeA的访问操作 */ public void visit(NodeA node); /** * 对应于NodeB的访问操作 */ public void visit(NodeB node); }
package com.tom.vistor;
2022/3/23
访问者模式(Visitor Pattern)
数据结构的每一个节点都可以接受一个访问者的调用，此节点向访问者对
象传入节点对象，而访问者对象则反过来执行节点对象的操作。这样的过
程叫做“双重分派”。节点调用访问者，将它自己传入，访问者则将某算法
针对此节点执行
结抽构象对节访象点问(O(者Nb(ojVedicest)iSt角otr色)u角c：t色ure：)
目标代码优化程序（target code optimizer）
MOV R0, index ;; value of index -> R0 SHL R0 ;; double value in R0 MOV &a[R0], 6 ;; constant 6 -> address a + R0
编译步骤
源代码
角声色明：一了有个一如接个下受或的操者责作多任，个，接方可
以受法遍一操历个作结访，构问形中者成的对所所象有有作的元为具素；
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以需合L具(实的具(实的CiCs访要对现接体ot现接体o或nn问，象了受节抽口访ccSrr每可或抽操e点e象，e问ttt一以者e。e象作访也者NV个设一节。问就oisd元计个i点者是teo)素成聚r所所抽角)角；一集规声象色色如个，定明访：：果复如 问者所声明的各个访问
在现代编译器的构造过程中，经常使用抽象语法树（Abstract Syntax Tree ）作为一种中间形式，这样做可以把翻译过程从语法分析过程中分离出来 ，使得层次非常清晰。
Agenda
• 编译步骤(Compile step) • 抽象语法树(Abstract Syntax Tree(AST)) • Eclipse AST • JavaCC AST • Clang AST
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优点： 1. 使用中间形式，可以比较容易地构造面向不同目标平台和不同语言的
编译器 2. 针对中间形式，可以进行独立于目标平台的代码优化。 缺点：产生中间代码的编译过程与不产生中间代码的编译过程相比在效率 上会显得有些低
编译器的中间形式
很多现代的编译器都使用了中间形式，比较常见的中间形式有: 逆波兰表示， N元表示， 树形表示
深度优化遍历与二叉树的前 （先）序遍历（DLR）相似， 有递归算法和非递归算法。
访问者模式(Visitor Pattern)
• 访问者模式(Visitor Pattern):提供一个作用于某对象结构中的各元素的 操作，它使我们可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元 素的新操作。访问者模式是一种对象行为型模式。
后端 （back end）
扫描程序（s c a n n e r）
词法分析 记号(Token)
语法分析程序 语法树
语义分析程序 注释树
源代码优化程序 中间代码
代码生成器 目பைடு நூலகம்代码
目标代码优化程序
前端 （front end）
目标代码
编译器构造模型
在现代编译器的构造过程中，前端主要实现从源程序到中间形式（ Intermediate Representation）的转换，而编译器的后端用来完成从中间形 式到具体目标机代码的转换，这是一种广泛采用的编译器构造模型。
一段英文翻译成中文，需经下列步骤：
1. 识别出句子中的单词
词法分析
2. 分析句子的语法结构
语法分析
3. 根据句子的含义初步分析
语义分析及中间代码生成
4. 对译文进行修饰
代码优化
5. 写出最后的译文
目标代码生成
编译步骤 – 词法分析
源代码 a [index] = 4 + 2
扫描程序（s c a n n e r）
符号表 文字表
编译步骤 – 语法分析
a [index] = 4 + 2
语法分析程序（p a r s e r）
从扫描程序中获取记号形式的源代 码，并完成定义程序结构的语法分 析，这与自然语言中句子的语法分 析类似。 语法分析定义了程序的结构元素及 其关系。通常将语法分析的结果表 示为分析树（ parse tree）或语法 树（syntax tree）