自制指令碼語言（5） 自制的編譯器——LR(1) parser
摘要：針對自定義的指令碼語言，設計LR(1) parser。LR(1) parser利用之前的parser generator生成的action table和grammar表格，生成抽象語法樹(AST)作為中間語言(IR)。
程式碼地址：https://github.com/nklofy/Compiler
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先說LR的自動生成的parser和LL的手寫的parser。業界上常用的語言的編譯器，往往手寫的LL的較多。這是因為LR的編譯器，狀態數特別多，複雜度過高，人腦往往不能直觀的思考，這樣就依賴於parser generator自動生成。而parser generator自動生成，必須保證語法產生式設計合理，無衝突，無bug，如果是作為練手的玩具還好，如果業界實用的程式語言，往往corner case太多，難以用一張語法表清晰地歸納出來。除錯也較困難，因為往往問題出在語法產生式的設計上。手寫的LL編譯器，程式碼結構即反映了語法規則，corner case可以隨意發揮，除錯起來也容易定位。但是缺點是正確性難以保證，而LR parser只需保證語法產生式的正確性。
前面已經寫好了lex analyzer和parser generator，接下來的任務就是定義語法式。這個版本的指令碼語言，支援的語言特性有：
1，基本型別。int(內部實現為long，只支援64位)；double；bool；string；char。以後會再增加class型別、陣列型別。對應TypeExp，產生語法樹的型別是AST_TypeExp。
2，變數定義與賦值。與C的基本型別操作相似。對應VarDef和VarAssign。意為definition和assignment。產生語法樹的型別是AST_VarDef和AST_VarAssign。
3，函式定義。與C相似，支援遞迴函式。但不支援函式宣告。對應FuncDef。產生語法樹的型別是AST_FuncDef。
4，函式呼叫。與C相似。歸到ApplyExp中。產生語法樹的型別是AST_Apply。
5，If表示式與while表示式。與C相似。歸到If_Exp和While_Exp。產生語法樹的型別是AST_IfExp和AST_WhileExp。
6，continue，break，return語句。這都屬於control flow。產生語法樹的型別是AST_CtrFlw。
7，加減乘除四則運算、布林運算、圓括號。屬於Calc_Exp。表示calculation。產生語法樹的型別是AST_Calc。
具體語法定義見grammar.txt檔案。
語法產生式通過parser generator轉換為一張狀態轉移表，包含goto和reduce兩種操作。Parser是一個帶棧的有限狀態機，tokenizer讀取檔案，依序返回各個token。Parser根據token查表，轉移新的狀態。同時，查表得到shift或reduce操作。觸發shift操作時，token被壓棧，當前狀態編號也被壓棧。並觸發reduce操作時，就有一個語法產生式發生作用，若干語法符號及對應數量的狀態編號從棧中退出，一個非終結符號產生並壓入棧中。同時，根據當前棧頂的狀態編號和非終結符號，檢視goto表，轉移到新的狀態並將狀態號壓棧。當最終讀取eof符號狀態回到0時，則全文編譯完成。
為實現上述功能，設計了一些類。首先是抽象類AST類。這是所有具體語法樹型別的祖先。具體語法樹型別，則命名為AST_StmtList、AST_Stmt、AST_TypeExp等。有關具體語法樹型別的資料結構，都把物件的引用型別設定為AST再放入資料結構中。前面提到的reduce操作，在grammar_AST.txt檔案中定義了相應的String名稱以對應每條操作。當reduce執行時，由對應的String名稱匹配函式，並從棧中特定位置找到已存在的AST，由該函式組裝產生新的AST。編譯完成後，生成一棵整體的AST語法樹。後續或者解釋執行，或者生成三地址碼，都可以。
另外，我用到了一個工廠設計模式。這是為了解耦。順便插一句，我認為分層和解耦是最重要的軟體設計思想。有機會可以展開談。
我設計了一個AST工廠類ASTGenerator。AST的種類數（24種）遠小於語法產生式的數量（81條）。因為很多語法產生式都可以歸併到同一個非終結符號。而每一條語法產生式，都對應一個reduce操作函式。如果在每個reduce操作函式裡直接組裝AST，不夠靈活，也不夠清晰。reduce操作函式統一通過這個工廠類組裝新的AST。工廠在組裝時，設定每種具體型別的AST的屬性，並返回一個AST引用型別。隨著非終結符號的不停壓棧出棧，AST越來越大，直到分析完整個檔案。
以上是我這個編譯器的設計思路。
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