基于llvm自制编译器（2）：解析器、抽象语法树

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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1.概述

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

本章，我们将基于词法分析器，为Kaleidoscope构建一个完整的解析器（Parser）。通过解析器，我们可以定义并构造抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）。
我们构造的解析器使用两种方法进行语法分析：

• 递归下降分析法（Recursive Descent Parsing）：用于基本表达式的解析。
• 算符优先分析法（Operator-Precedence Parsing）：用于二元表达式的解析。

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在实现解析器之前，我们先介绍一下解析器的输出——抽象语法树。

2.抽象语法树

抽象语法树（AST）为编译器后续的哥哥阶段提供了一种异域解析的表示形式，比如：代码生成。通常，我们希望编程语言中的每一种结构都有一个对应的表示对象。为了实现这种映射关系，我们使用AST对语言进行分析建模。
在Kaleidoscope的AST中，我们设计了三种结构，分别是：

• 表达式
• 原型
• 函数

2.1表达式

如下所示，ExprAST是AST中表达式的基类定义，其中包含了多种子类定义，分别用于对应不同的具体表达式。由于Kaleidoscope只有一种数据类型——双精度浮点类型，因此我们没必要存储类型信息。当然，现实的编程语言通常都包含多种类型，这种情况下ExprAST会包含一个用于存储类型信息的字段。

/// ExprAST - Base class for all expression nodes.
class ExprAST {
   
   
public:
    virtual ~ExprAST() = default;
};

如下所示为ExprAST的各种子类定义，分别是：

• NumberExprAST:用于表示数值表达式，其捕获字面量的数值保存于Val中。
• VariableExprAST:用于表示变量表达式，其捕获变量名保存于Name中。
• BinaryExprAST:用于表示二元表达式，其使用Op保存操作符，如：+。使用LHS和RHS 分别保存坐子表达式和右子表达式。
• CallExprAST:用于表示函数调用表达式，其使用Callee保存函数名。使用Args 数组变量保存函数的各个参数。
  

/// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
class NumberExprAST : public ExprAST {
   
   
    double Val;

public:
    NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {
   
   }
};

/// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
class VariableExprAST : public ExprAST {
   
   
    std::string Name;

public:
    VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {
   
   }
};

/// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
class BinaryExprAST : public ExprAST {
   
   
    char Op;
    std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;

public:
    BinaryExprAST(char op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS, std::unique_ptr<ExprAST> RHS) : Op(op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {
   
   }
};

/// CallExprAST - Expression class for function calls.
class CallExprAST : public ExprAST {
   
   
    std::string Callee;
    std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;

public:
    CallExprAST(const std::string &Callee, std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args) : Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {
   
   }
};

由于初步的Kaleidoscope仅仅包含基本功能，所以上述为全部的AST表达式节点定义。由于不包含条件控制流，因此这并不是图灵完整的；对此后续会再做进一步优化。

2.2原型

如下所示，PrototypeAST为AST中原型（Prototype）的定义。原型用于表示一个函数的原型，用于捕获函数的名称、各个函数的参数等。

class PrototypeAST{
   
   
	std::string Name;
	std::vector<std::string> Args;

public:
	PrototypeAST(const std::string &name, std::vector<std::string> Args):Name(name), Args(std::move(Args)){
   
   }
	
	const std::string &getName() const{
   
   return name;}
};

2.3函数

如下所示，FunctionAST为AST中的函数定义。函数由函数原型和函数组成，其分别使用Proto和Body进行存储。其中函数体是一个AST表达式结构。

class FunctionAST{
   
   
	std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
	std::unique_ptr<ExprAST> Body;
public:
	FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto, std::unique_ptr<ExprAST> Body): Proto(std::move(Proto)), Body(std