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。