自定义语言的实现——解释器模式(二)

18.2 文法规则和抽象语法树

解释器模式描述了如何为简单的语言定义一个文法,如何在该语言中表示一个句子,以及如何解释这些句子。在正式分析解释器模式结构之前,我们先来学习如何表示一个语言的文法规则以及如何构造一棵抽象语法树。

在前面所提到的加法/减法解释器中,每一个输入表达式,例如“1 + 2 + 3 – 4 + 1”,都包含了三个语言单位,可以使用如下文法规则来定义:

expression ::= value | operation
operation ::= expression '+' expression | expression '-'  expression
value ::= an integer //一个整数值

该文法规则包含三条语句,第一条表示表达式的组成方式,其中value和operation是后面两个语言单位的定义,每一条语句所定义的字符串如operation和value称为语言构造成分或语言单位,符号“::=”表示“定义为”的意思,其左边的语言单位通过右边来进行说明和定义,语言单位对应终结符表达式和非终结符表达式。如本规则中的operation是非终结符表达式,它的组成元素仍然可以是表达式,可以进一步分解,而value是终结符表达式,它的组成元素是最基本的语言单位,不能再进行分解。

在文法规则定义中可以使用一些符号来表示不同的含义,如使用“|”表示或,使用“{”和“}”表示组合,使用“*”表示出现0次或多次等,其中使用频率最高的符号是表示“或”关系的“|”,如文法规则“boolValue ::= 0 | 1”表示终结符表达式boolValue的取值可以为0或者1。

除了使用文法规则来定义一个语言,在解释器模式中还可以通过一种称之为抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)的图形方式来直观地表示语言的构成,每一棵抽象语法树对应一个语言实例,如加法/减法表达式语言中的语句“1+ 2 + 3 – 4 + 1”,可以通过如图18-2所示抽象语法树来表示:

图18-2 抽象语法树示意图

在该抽象语法树中,可以通过终结符表达式value和非终结符表达式operation组成复杂的语句,每个文法规则的语言实例都可以表示为一个抽象语法树,即每一条具体的语句都可以用类似图18-2所示的抽象语法树来表示,在图中终结符表达式类的实例作为树的叶子节点,而非终结符表达式类的实例作为非叶子节点,它们可以将终结符表达式类的实例以及包含终结符和非终结符实例的子表达式作为其子节点。抽象语法树描述了如何构成一个复杂的句子,通过对抽象语法树的分析,可以识别出语言中的终结符类和非终结符类。

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