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  • 抽象语法树到中间代码
    2021-03-01 08:03:29

    抽象语法树(AST)

    最近在做一个类JAVA语言的编译器,整个开发过程,用抽象语法树(Abstract SyntaxTree,AST)作为程序的一种中间表示,所以首先就要学会建立相对应源代码的AST和访问AST。Eclipse AST是Eclipse JDT的一个重要组成部分,定义在包org.eclipse.jdt.core.dom中,用来表示JAVA语言中的所有语法结构。

    Eclipse AST的总体结构

    1、org.eclipse.jdt.core.dom.AST(AST节点类)

    Eclipse AST的工厂类,用于创建表示各种语法结构的节点。

    2、org.eclipse.jdt.core.dom.ASTNode及其派生类(AST类)

    用于表示JAVA语言中的所有语法结构,在实际使用中常作为AST上的节点出现。

    3、org.eclipse.jdt.core.dom.ASTVisitor(ASTVisitor类)

    Eclipse AST的访问者类,定义了统一的访问AST中各个节点的方法。

    详细介绍:

    一、AST节点类

    整体结构包括CompilationUnit类(编译单元)、TypeDeclaration类(类型声明)、MethodDeclaration类(方法声明);

    语句包括Block类(语句块)、ExpressionStatement类(表达式)、IfStatement(if语句)、WhileStatement类(while语句)、EmptyStatement类(空语句)、BreakStatement类和ContinueStatement类;

    表达式包括MethodInvocation类(方法调用)、Assignment类(赋值表达式)(“=”、“+=”、“-=”、“*=”、“/=”)、InfixExpression类(中缀表达式)(“+”、“-”、“*”、“/”、“%”、“==”、“!=”、“=”、“&&”、“||”。)、 PrefixExpression类(前缀表达式)(“+”PLUS“-”MINUS“!”NOT)、ParenthesizedExpression类(带括号的表达式)、NumberLiteral类(整数)、Name类(simple)、MethodInvocation类(方法调用)。

    二、AST类

    关键是创建编译单元节点,创建类AST的实例。

    AST ast = AST.newAST(JLS3);

    三、ASTVisitor类

    它提供与节点类有关的visit()方法和endVisit()法,与节点类无关的preVisit()方法和postVisit()方法。

    booleanvisit( T node):这类方法如果返回true,则接着访问子节点。如果返回false,则不再访问子节点。

    void endVisit(T node):这类方法在节点node的子节点已经被访问或者是在visit(node)返回false后调用。

    void preVisit():这类方法在visit(node)之前被调用。

    void postVisit():这类方法在endVisit(node)之后被调用。

    在做简单解释器过程中,分析句子时我主要用到了上面的visit()和endVisit()方法,其中visit()方法是比较好理解的,主要是endVisit()方法在没有特定语法分析树的情况下分析是比较抽象的,所以下面我举几个例子分析。

    endVisit()在node的子节点已被访问后调用型:

    a、赋值语句分析为例:

    i1 = 1;

    i4 = i1;

    它们对应语法树结构:

    Expressionstatement

    Assignment

    simplename

    numberLiteral

    Expressionstatement

    Assignment

    simplename

    simplename

    实现程序:

    intrightis_num = 1;

    visit(Assignment n){

    return true;

    }

    publicvoidendVisit(Assignment n)//访问完所有的节点后,rightis_num已经能够确定

    {

    Expression string = n.getLeftHandSide();//返回表达式左部

    String simplename =((SimpleName) string).getIdentifier();//将变量串赋给simplename

    try

    {

    if(rightis_num== 1)

    {

    Expression data1 = n.getRightHandSide();//返回表达式右部

    System.out.println(simplename);

    hm.put(simplename,newInteger(((NumberLiteral) data1).getToken()));//将变量及值加入hashmap

    System.out.println(hm.get(simplename));

    }

    else//右部为标识符

    {

    Expression data2 = n.getRightHandSide();//返回表达式右部

    String rightname = ((SimpleName) data2).getIdentifier();

    hm.put(simplename,hm.get(rightname));

    System.out.println(hm.get(simplename));

    }

    }

    catch(Exception e)

    {}

    }

    对应源程序AST的建立

    class Program{

    static void main(){

    i = 10;

    }

    }

    /************实现方法************/

    AST ast = AST.newAST(JLS3);

    CompilationUnit cu = ast.newCompilationUnit();//CompilationUnit实例中包含一个TypeDeclaration

    TypeDeclaration type = ast.newTypeDeclaration();//TypeDeclaration实例表示程序中的类

    type.setName(ast.newSimpleName("Program"));

    MethodDeclaration method = ast.newMethodDeclaration();//TypeDeclaration实例中添加类Program中的方法main();

    method.setName(ast.newSimpleName("main"));

    type.bodyDeclarations().add(method);

    method.modifiers().add(

    ast.newModifier(Modifier.ModifierKeyword.STATIC_KEYWORD));//设置方法main()的modifier修饰语为static

    method.setReturnType2(ast.newPrimitiveType(PrimitiveType.VOID));//设置方法main()的返回类型为void

    Block mainBody = ast.newBlock();

    method.setBody(mainBody);//构造main函数的函数体mainBody

    //向方法main函数体mainBody中添加语句

    Assignment.assign = ast.newAssignment();//构建赋值表达式

    assign.setLeftHandSide(ast.newSimpleName("i"));//设置赋值表达式的左值为i

    assign.setOperator(Assignment.Operator.ASSIGN);//设置赋值表达式的赋值算符为=

    assign.setRightHandSide(ast.newNumberLiteral("10"));//设置赋值表达式的右值为数字10

    ExpressionStatement statement = ast.newExpressionStatement(assign);

    mainBody.statements().add(statement);//由赋值表达式构建语句,并把这个语句加入方法Main()的函数体。

    访问方法

    在Eclipse AST中,结合AST节点的accept()方法和ASTVisitor实例,假设待访问的AST树的根节点为root,则调用root.accept()就可以启动对这棵AST树的遍历。

    总结:做这个简单解释器的主要目的是熟悉程序源代码对应AST的映射,创建对应的AST方法都比较的固定,问题不大。难主是难在遍历树上,分析不同的语句结构,需要重写Visit()方法,同时要适当利用endVisit()方法增加一些控制变量,以决定应该解释句子的哪一分支。到现在对preVisit()和postVisit()方法仍然不怎么了解,在接下来的编译器开发中仍需慢慢摸索。熟悉了AST相关知识,后续工作可以展开了。

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  • 抽象语法树(AST)

    2021-04-20 13:30:06
    抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,这所以说是抽象的,是因为抽象语法树并不会表示出真实语法出现的每一个细节,比如说,嵌套...

    1.简介

    抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,这所以说是抽象的,是因为抽象语法树并不会表示出真实语法出现的每一个细节,比如说,嵌套括号被隐含在树的结构中,并没有以节点的形式呈现。抽象语法树并不依赖于源语言的语法,也就是说语法分析阶段所采用的上下文无文文法,因为在写文法时,经常会对文法进行等价的转换(消除左递归,回溯,二义性等),这样会给文法分析引入一些多余的成分,对后续阶段造成不利影响,甚至会使合个阶段变得混乱。因些,很多编译器经常要独立地构造语法分析树,为前端,后端建立一个清晰的接口。

    百度百科版本

    在计算机科学中,抽象语法树(Abstract Syntax Tree,AST),或简称语法树(Syntax tree),是源代码语法结构的一种抽象表示。它以树状的形式表现编程语言的语法结构,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,是因为这里的语法并不会表示出真实语法中出现的每个细节。比如,嵌套括号被隐含在树的结构中,并没有以节点的形式呈现;而类似于if-condition-then这样的条件跳转语句,可以使用带有两个分支的节点来表示。和抽象语法树相对的是具体语法树(通常称作分析树)。一般的,在源代码的翻译和编译过程中,语法分析器创建出分析树。一旦AST被创建出来,在后续的处理过程中,比如语义分析阶段,会添加一些信息。

    2.实例

    • 四则运算表达式:1+3*(4-1)+2

    其抽象语法树为:

    • 代码1:
    <letter>
      <address>
        <city>ShiChuang</city>
      </address>
      <people>
        <id>12478</id>
        <name>Nosic</name>
      </people>
    </letter>

    其抽象语法树为:

    • 代码2:
    while b != 0
    {
        if a > b
            a = a-b
        else
            b = b-a
    }
    return a

    其抽象语法树为:

    • 代码3:
    sum=0
    for i in range(0,100)
        sum=sum+i
    end

    其抽象语法树为:

    3.为什么需要抽象语法树

            当在源程序语法分析工作时,是在相应程序设计语言的语法规则指导下进行的。语法规则描述了该语言的各种语法成分的组成结构,通常可以用所谓的前后文无关文法或与之等价的Backus-Naur范式(BNF)将一个程序设计语言的语法规则确切的描述出来。前后文无关文法有分为这么几类:LL(1),LR(0),LR(1), LR(k) ,LALR(1)等。每一种文法都有不同的要求,如LL(1)要求文法无二义性和不存在左递归。当把一个文法改为LL(1)文法时,需要引入一些隔外的文法符号与产生式。

    例如,四则运算表达式的文法为:

    文法1.1:

    E->T|EAT
    T->F|TMF
    F->(E)|i
    A->+|-
    M->*|/

    改为LL(1)后为:

    E->TE'
    E'->ATE'|e_symbol
    T->FT'
    T'->MFT'|e_symbol
    F->(E)|i
    A->+|-
    M->*|/

            例如,当在开发语言时,可能在开始的时候,选择LL(1)文法来描述语言的语法规则,编译器前端生成LL(1)语法树,编译器后端对LL(1)语法树进行处理,生成字节码或者是汇编代码。但是随着工程的开发,在语言中加入了更多的特性,用LL(1)文法描述时,感觉限制很大,并且编写文法时很吃力,所以这个时候决定采用LR(1)文法来描述语言的语法规则,把编译器前端改生成LR(1)语法树,但在这个时候,你会发现很糟糕,因为以前编译器后端是对LL(1)语树进行处理,不得不同时也修改后端的代码。

            抽象语法树的第一个特点为:不依赖于具体的文法。无论是LL(1)文法,还是LR(1),或者还是其它的方法,都要求在语法分析时候,构造出相同的语法树,这样可以给编译器后端提供了清晰,统一的接口。即使是前端采用了不同的文法,都只需要改变前端代码,而不用连累到后端。既减少了工作量,也提高的编译器的可维护性。

            抽象语法树的第二个特点为:不依赖于语言的细节。在编译器家族中,大名鼎鼎的gcc算得上是一个老大哥了,它可以编译多种语言,例如c,c++,java,ADA,Object C, FORTRAN, PASCAL, COBOL等等。在前端gcc对不同的语言进行词法,语法分析和语义分析后,产生抽象语法树形成中间代码作为输出,供后端处理。要做到这一点,就必须在构造语法树时,不依赖于语言的细节,例如在不同的语言中,类似于if-condition-then这样的语句有不同的表示方法

    在c中为:

    if(condition)
    {
        do_something();
    }

     在fortran中为:

    If condition then
        do_somthing()
    end if

    在构造if-condition-then语句的抽象语法树时,只需要用两个分支节点来表于,一个为condition,一个为if_body。如下图:

     在源程序中出现的括号,或者是关键字,都会被丢掉。

    把你的手放在滚热的炉子上一分钟,感觉起来像一小时。坐在一个漂亮姑娘身边整整一小时,感觉起来像一分钟。这就是相对论。

    ——爱因斯坦
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  • 抽象语法树AST的全面解析(一)

    千次阅读 2021-02-12 18:43:38
    3、分析语法树并生成字节码。javac编译过程.pngParse and Enter1.词法分析: 通过Scanner将源码的字符流解析成Token流通过词法分析器分析源文件中的所有字符,将所有的单词或字符都转化成符合规范的To...

    Javac编译概述

    将.java源文件编译成.class文件,这一步大致可以分为3个过程:

    1、把所有的源文件解析成语法树,输入到编译器的符号表;

    2、注解处理器的注解处理过程;

    3、分析语法树并生成字节码。

    ff8ec920f5b9

    javac编译过程.png

    Parse and Enter

    1.词法分析: 通过Scanner将源码的字符流解析成Token流

    通过词法分析器分析源文件中的所有字符,将所有的单词或字符都转化成符合规范的Token,规范化的token可以分成一下三种类型:

    java关键字:public, static, final, String, int等等;

    自定义的名称:包名,类名,方法名和变量名;

    运算符或者逻辑运算符等符号:+、-、*、/、&&,|| 等等。

    int x=y+1;

    这一行代码解析成token流如下:

    ff8ec920f5b9

    token流.png

    2.语法分析: 根据token流,利用TreeMaker,以JCTree的子类作为语法节点来构建抽象语法树

    抽象语法树(Abstract Syntax Tree)是一种用来描述程序代码语法结构的树形表示方式,语法树的每一个节点都代表着程序代码中的一个语法结构, 如包、类型、修饰符、运算符、接口、返回值都可以是一个语法结构。

    package com.example.adams.astdemo;

    public class TestClass {

    int x = 0;

    int y = 1;

    public int testMethod(){

    int z = x + y;

    return z;

    }

    }

    对应的抽象语法树如下:

    ff8ec920f5b9

    抽象语法树.png

    3.将java类中的符号输入到符号表中

    符号表是由一组符号地址和符号信息构成的表格;符号表中所登记的信息在编译的不同阶段都要用到,在语法分析中, 符号表所登记的内容将用于语义检查和产生中间代码。在目标代码生成阶段, 符号表是当对符号名进行地址分配时的依据。

    将所有类中出现的符号输入到类自身的符号表中,所有类符号、类的参数类型符号(泛型参数类型)、超类符号和继承的接口类型符号等都存储到一个未处理的列表(To Do List)中;

    将这个未处理的列表中所有的类都解析到各自的类符号列表中,这个操作是在MemberEnter.complete()中完成(默认构造器也是在这里完成的)。

    Annotation Processing

    在JDK 1.5之后,Java语言提供了对注解(Annotation)的支持,注解与普通的Java关键字一样,而在JDK 1.6中实现了JSR-269规范JSR-269:Pluggable Annotations Processing API(插入式注解处理API)。提供了一组插入式注解处理器的标准API在编译期间对注解进行处理;在注解处理期间,我们可以获取到所有的抽象语法树,可以对抽象语法树进行增删改查;语法树被修改过之后,编译器将回到解析及填充符号表的过程重新处理,直到所有插入式注解处理器都没有再对语法树进行修改为止。

    Parse and Enter

    1.语义分析

    语义分析的主要任务是对结构正确的源程序进行上下文有关性质的审查,过程分为标注检查和数据及控制流分析两个步骤:

    标注检查

    检查语义合法性、进行逻辑判断,如变量使用前是否已被声明、变量与赋值之间的数据类型是否能够匹配等;

    数据及控制流分析

    在Javac的源码中,数据及控制流分析的入口是图中的flow(),由com.sun.tools.javac.comp.Flow类来完成,作用是对程序上下文逻辑更进一步的验证,检查局部变量在使用前是否有赋值、方法的每条路径是否都有返回值、是否所有的受查异常都被正确处理了等问题。

    2.解语法糖

    语法糖(Syntactic Sugar),也称糖衣语法,指在计算机语言中添加的某种语法,Java中最常用的语法糖主要是的泛型擦除、变长参数、自动装箱/拆箱、条件编译等,解语法糖就是还原回简单的基础语法结构。

    3.生成字节码

    字节码生成是Javac编译过程的最后一个阶段,由com.sun.tools.javac.jvm.Gen类来完成;把前面各个步骤所生成的信息(语法树、符号表)转化成字节码,再将字节码输出到*.class文件中。

    总结

    通过javac的编译原理可以得出:

    1.抽象语法树是一种描述程序代码语法结构的树形表示方式;

    2.对java源文件经过词语法分析,构建出抽象语法树;

    3.我们可以在注解处理器中获取到抽象语法树。

    展开全文
  • 抽象语法树简介(ZZ)

    2021-01-20 00:17:08
    转载自:http://www.cnblogs.com/cxihu/p/5836744.html(一)简介抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,这所以说是抽象的,是因为抽象...

    转载自:

    http://www.cnblogs.com/cxihu/p/5836744.html

    (一)简介

    抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,这所以说是抽象的,是因为抽象语法树并不会表示出真实语法出现的每一个细节,比如说,嵌套括号被隐含在树的结构中,并没有以节点的形式呈现。抽象语法树并不依赖于源语言的语法,也就是说语法分析阶段所采用的上下文无文文法,因为在写文法时,经常会对文法进行等价的转换(消除左递归,回溯,二义性等),这样会给文法分析引入一些多余的成分,对后续阶段造成不利影响,甚至会使合个阶段变得混乱。因些,很多编译器经常要独立地构造语法分析树,为前端,后端建立一个清晰的接口。

    抽象语法树在很多领域有广泛的应用,比如浏览器,智能编辑器,编译器。

    (二)抽象语法树实例

    (1)四则运算表达式

    表达式: 1+3*(4-1)+2

    抽象语法树为:

    5b78cf59f903494f4788aa831e4f4b4d.png

    (2)xml

    代码2.1:

    ShiChuang

    12478

    Nosic

    抽象语法树:

    d6914eb18993113d7207bc9ec8c33dd0.png

    (3)程序1

    代码2.2

    while b != 0

    {

    if a > b

    a = a-b

    else

    b = b-a

    }

    return a

    抽象语法树:

    4e17284520266fe709fe2834d9d77f71.png

    (4)程序2

    代码2.3

    sum=0

    for i in range(0,100)

    sum=sum+i

    end

    抽象语法树

    769e48c0c06a7c82c3563bb6cf7d5ecd.png

    (三)为什么需要抽象语法树

    当在源程序语法分析工作时,是在相应程序设计语言的语法规则指导下进行的。语法规则描述了该语言的各种语法成分的组成结构,通常可以用所谓的前后文无关文法或与之等价的Backus-Naur范式(BNF)将一个程序设计语言的语法规则确切的描述出来。前后文无关文法有分为这么几类:LL(1),LR(0),LR(1), LR(k) ,LALR(1)等。每一种文法都有不同的要求,如LL(1)要求文法无二义性和不存在左递归。当把一个文法改为LL(1)文法时,需要引入一些隔外的文法符号与产生式。

    例如,四则运算表达式的文法为:

    文法1.1

    E->T|EAT

    T->F|TMF

    F->(E)|i

    A->+|-

    M->*|/

    改为LL(1)后为:

    文法1.2

    E->TE'

    E'->ATE'|e_symbol

    T->FT'

    T'->MFT'|e_symbol

    F->(E)|i

    A->+|-

    M->*|/

    例如,当在开发语言时,可能在开始的时候,选择LL(1)文法来描述语言的语法规则,编译器前端生成LL(1)语法树,编译器后端对LL(1)语法树进行处理,生成字节码或者是汇编代码。但是随着工程的开发,在语言中加入了更多的特性,用LL(1)文法描述时,感觉限制很大,并且编写文法时很吃力,所以这个时候决定采用LR(1)文法来描述语言的语法规则,把编译器前端改生成LR(1)语法树,但在这个时候,你会发现很糟糕,因为以前编译器后端是对LL(1)语树进行处理,不得不同时也修改后端的代码。

    抽象语法树的第一个特点为:不依赖于具体的文法。无论是LL(1)文法,还是LR(1),或者还是其它的方法,都要求在语法分析时候,构造出相同的语法树,这样可以给编译器后端提供了清晰,统一的接口。即使是前端采用了不同的文法,都只需要改变前端代码,而不用连累到后端。即减少了工作量,也提高的编译器的可维护性。

    抽象语法树的第二个特点为:不依赖于语言的细节。在编译器家族中,大名鼎鼎的gcc算得上是一个老大哥了,它可以编译多种语言,例如c,c++,Java,ADA,Object C, FORTRAN, PASCAL, COBOL等等。在前端gcc对不同的语言进行词法,语法分析和语义分析后,产生抽象语法树形成中间代码作为输出,供后端处理。要做到这一点,就必须在构造语法树时,不依赖于语言的细节,例如在不同的语言中,类似于if-condition-then这样的语句有不同的表示方法

    在c中为:

    if(condition)

    {

    do_something();

    }

    在fortran中为:

    If condition then

    do_somthing()

    end if

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  • 抽象语法树简介(一)简介抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,这所以说是抽象的,是因为抽象语法树并不会表示出真实语法出现的每一...
  • 实验课上写的编译原理的语义分析和四元式代码的生成。
  • 语法分析与中间代码生成

    千次阅读 2020-12-27 21:28:19
      这章和上一章(属性文法和语法制导翻译)是紧密联系的,共同完成了编译过程的第三步——语义分析与中间代码产生。   开篇先解释两个问题:     1. 什么是语义分析?它和之前几部分有什么不同呢?     ...
  • 1.语法制导定义 语法制导定义是一个上下文无关文法和属性及规则的结合。属性和文法符号相关联,而规则和产生式相关联。如果X是一个符号而a是X的一个属性,那么我们用X.a来表示在某个标号为X的分析结点的值。 2...
  • 老虎编译器这是一个Java 编译器,用于小老虎语言。 Tiger 支持基本运算、自定义数据类型和浮点运算。 目标平台为MIPS,目前未实现函数... 编译器前端采用ANTLR构建,采用抽象语法树、四元组指令表等多种中间代码形式。
  • 一个简单的编辑器 编译原理课设 对简单的程序进行语义分析并将中间代码生成
  • 实验三:语义分析和中间代码生成:生成抽象语法树,进行语义分析,实现类型检查和控制语句目标地址计算,生成中间代码中间代码的形式可以采用不同形式,但实验中要求定义自己的中间形式。 实验四:目标代码生成:...
  • 编译原理与技术讲义 第9章 语法制导的中间代码翻译.ppt
  • 使用C++开发一个小型的C语言编译器,实现词法分析,语法分析,语法制导翻译,语义分析和中间代码生成。 数据结构都是使用的C++ STL,语法分析使用的LR(1)分析法。

空空如也

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抽象语法树到中间代码