Scheme 语言递归下降解析器【1】实战项目
递归下降解析器是一种基于文法规则的解析器，它通过递归函数【3】来匹配文法中的符号序列。在编译原理【4】和自然语言处理【5】等领域，递归下降解析器因其简洁性和易于实现而被广泛应用。本文将围绕Scheme语言，通过一个实战项目来构建一个简单的递归下降解析器。
Scheme 语言简介
Scheme是一种函数式编程【6】语言，它起源于Lisp语言。Scheme语言以其简洁的语法和强大的函数式编程特性而受到许多程序员的喜爱。在Scheme中，所有的数据都是通过列表来表示的，而函数是一等公民，可以接受任何类型的参数，包括函数本身。
自定义语法【7】
为了构建递归下降解析器，我们首先需要定义一个简单的语法。以下是一个简单的自定义语法示例：
expr := number | (expr op expr)
op := + | - | | /
number := [0-9]+
在这个语法中，`expr` 表示表达式，可以是数字或者两个表达式通过运算符【8】连接的结果。`op` 表示运算符，可以是加、减、乘或除。`number` 表示数字，由一个或多个数字字符组成。
解析【2】器设计
递归下降解析器的设计通常基于文法规则。以下是基于上述语法的递归下降解析器的设计：
1. 词法分析器【9】（Lexer）：将源代码【10】字符串转换为一系列的标记【11】（tokens）。
2. 语法分析器【12】（Parser）：根据定义的语法规则，递归地解析标记序列，构建抽象语法树【13】（AST）。
词法分析器
词法分析器负责将源代码字符串转换为标记。以下是一个简单的词法分析器的实现：
python
import re
TOKENS = {
'NUMBER': r'd+',
'LPAREN': r'(',
'RPAREN': r')',
'PLUS': r'+',
'MINUS': r'-',
'MUL': r'',
'DIV': r'/',
'EOF': r'$'
}
def lexer(source_code):
tokens = []
i = 0
while i < len(source_code):
matched = False
for token_type, pattern in TOKENS.items():
match = re.match(pattern, source_code[i:])
if match:
value = match.group(0)
tokens.append((token_type, value))
i += len(value)
matched = True
break
if not matched:
raise ValueError(f"Unexpected character: {source_code[i]}")
return tokens
示例
source_code = "(1 + 2) 3"
tokens = lexer(source_code)
print(tokens)
语法分析器
语法分析器根据定义的语法规则递归地解析标记序列。以下是基于上述语法的递归下降解析器的实现：
python
class Parser:
def __init__(self, tokens):
self.tokens = tokens
self.current_token = None
self.next_token()
def next_token(self):
self.current_token = self.tokens.pop(0)
def parse(self):
return self.expr()
def expr(self):
expr = self.term()
while self.current_token in ('PLUS', 'MINUS'):
if self.current_token == 'PLUS':
self.next_token()
expr = ('+', expr, self.term())
elif self.current_token == 'MINUS':
self.next_token()
expr = ('-', expr, self.term())
return expr
def term(self):
term = self.factor()
while self.current_token in ('MUL', 'DIV'):
if self.current_token == 'MUL':
self.next_token()
term = ('', term, self.factor())
elif self.current_token == 'DIV':
self.next_token()
term = ('/', term, self.factor())
return term
def factor(self):
if self.current_token[0] == 'NUMBER':
value = int(self.current_token[1])
self.next_token()
return ('NUMBER', value)
elif self.current_token[0] == 'LPAREN':
self.next_token()
expr = self.expr()
if self.current_token[0] == 'RPAREN':
self.next_token()
return expr
else:
raise ValueError("Expected ')'")
else:
raise ValueError("Unexpected token: " + self.current_token[0])
示例
source_code = "(1 + 2) 3"
tokens = lexer(source_code)
parser = Parser(tokens)
ast = parser.parse()
print(ast)
总结
通过上述实战项目，我们成功地构建了一个简单的递归下降解析器，用于解析自定义的Scheme语言语法。递归下降解析器的设计和实现过程展示了编译原理中的一些基本概念，如词法分析、语法分析和抽象语法树。这个项目可以作为进一步学习和实践编译原理的起点。
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