前一陣做了個編譯器（僅詞法分析、語法分析、部分語義分析，所以說是前端），拿來分享一下，如有錯誤，歡迎批評指教！
整個代碼庫具有如下功能：
提供編譯器所需基礎數據結構、計算流程框架類，可供繼承使用；
提供基礎數據結構的可視化控件；
提供類似YACC的詞法分析器、語法分析器自動生成功能；
提供Winform程序，集成和擴展上述功能，方便研究和應用。
本文及其后續系列將逐步給出所有工程源代碼（visual studio 2010版本）。
上圖展示一下先。
圖1 詞法、語法分析和結點匹配
圖2 自動生成詞法分析器、語法分析器
圖3 自動生成詞法分析器、語法分析器
圖4 自動打印語法樹
為了說清楚編譯器這種東西，我想最好還是舉例。
比如我們要為數學計算的表達式（Expression）設計一個編譯器。（當然有很多方法可以實現讀取數學表達式並計算結果的算法，未必使用編譯原理）
來看一些數學表達式的例子：
37
19 * 19 - 18 * 18
(19 + 18) * (19 - 18)
18 +19 / (18 / 18)
a + (a + 1) + (a + 2) + (a + 3)
好了夠了，大家能夠了解本文所討論的Expression的范圍了。那么我們引入“文法”（Grammar）的概念。Expression的文法就是這樣的：
<Expression> ::= <Multiply> <PlusOpt>;
<PlusOpt> ::= "+" <Multiply> | "-" <Multiply> | null;
<Multiply> ::= <Unit> <MultiplyOpt>;
<MultiplyOpt> ::= "*" <Unit> | "/" <Unit> | null;
<Unit> ::= identifier | "(" <Expression> ")" | number;
我們分別展示出上述幾個例子用文法展開的過程。
37: <Expression>
=> <Multiply> <PlusOpt>
=> <Unit> <MultiplyOpt>
=> number
19 * 19 - 18 * 18: <Expression>
=> <Multiply> <PlusOpt>
=> <Unit> <MultiplyOPt> "-" <Multiply>
=> number "*" <Unit> "-" <Unit> <MultiplyOpt>
=> number "*" number "-" number "*" <Unit>
=> number "*" number "-" number "*" number
(19 + 18) * (19 - 18): <Expression>
=> <Multiply> <PlusOpt>
=> <Unit> <MultiplyOpt>
=> "(" <Expression> ")" "*" <Unit>
=> "(" <Multiply> <PlusOpt> ")" "*" "(" <Expression> ")"
=> "(" <Unit> <MultiplyOpt> "+" <Multiply> ")" "*" "(" <Multiply> <PlusOpt> ")"
=> "(" number "+" <Unit> <MultiplyOpt> ")" "*" "(" <Unit> <MultiplyOpt> "-" <Multiply> ")"
=> "(" number "+" number ")" "*" "(" number "-" number <MultiplyOpt> ")"
=> "(" number "+" number ")" "*" "(" number "-" number ")"
寫到這里就，其余例子大家自己試試~如果寫不出來，后面的部分可能就不太容易看了。（試試寫寫，很快就寫的比較熟練了）
總結一下“文法”（Grammar）。文法就是描述Expression的構成的，和英語的語法類似吧。 有了文法，我們就可以寫編譯器了。
Expression的文法有5個式子，這5個式子就叫做“產生式”（Production），因為他們能從左邊的結構產生（推導）出右邊的結構來。一個文法至少有一個產生式，第一個產生式的左邊的結點是初始結點，所有的推導都必須從初始結點（即第一個產生式）開始。
產生式（Production）左邊叫做左部（左部只有始終一個結點），右邊叫做右部（廢話），中間用【::=】這個符號隔開。
右部由符號【|】分為若干部分，每一部分都是產生式可能推導出的一個結果，且每次只能選擇其中一個進行推導。【null】表示什么也不推導出來。（這是個霸氣的符號，不要覺得什么都不推導出來就不重要，恰恰相反，這個符號很重要）
為簡化后文的說明，繼續舉例：<PlusOpt> ::= "+" <Multiply> | "-" <Multiply> | null;
對於這個產生式，其實是由三部分<PlusOpt> ::= "+" <Multiply>;和<PlusOpt> ::= "-" <Multiply>和<PlusOpt> ::= null;組成的，每一部分都稱為一個“推導式”（Derivation）。
像【(19 + 18) * (19 - 18)】這樣一個具體的“東西”，我們稱之為一個“句子”（Sentence）。
明了了上述關於文法的東西，就可以進行編譯器的設計了。
我們先搞搞清楚，編譯器能做什么？以Expression的【19 * 19 - 18 * 18】為例，Expression的編譯器首先要讀取字符串格式的源代碼，即：
1 var sentence = “19 * 19 - 18 * 18”; 2 var expLexicalAnalyzer = new LexicalAnalyzerExpression(); 3 expLexicalAnalyzer.SetSourceCode(sentence);
然后，編譯器進行詞法分析，得到單詞流（TokenList）。“流”這個東西，其實就是數組。
1 var tokens = expLexicalAnalyzer.Analyze();
在此例中，得到的單詞流是這樣的：
[19]$[Number]$[0,0]$[False]$[]
[*]$[Multiply]$[0,3]$[False]$[]
[19]$[Number]$[0,5]$[False]$[]
[-]$[Minus_]$[0,8]$[False]$[]
[18]$[Number]$[0,10]$[False]$[]
[*]$[Multiply_]$[0,13]$[False]$[]
[18]$[Number]$[0,15]$[False]$[]
第一個單詞的意思是：這個單詞是【19】，類別是【Number】，在源代碼中第一個字符的位置是【行0, 列0】，是否錯誤的單詞【False】，其它描述信息為【】（空，即木有描述信息））
然后是根據這個單詞流分析出語法樹：
1 var expSyntaxParser = new SyntaxParserExpression(); 2 expSyntaxParser.SetTokenList(tokens); 3 var syntaxTree = expSyntaxParser.Parse();
得到的語法樹是一個樹的結構，可以表示如下：
<Expression>
├─<Multiply>
│ ├─<Unit>
│ │ └─number(19)
│ └─<MultiplyOpt>
│ ├─*
│ └─<Unit>
│ └─number(19)
└─<PlusOpt>
├─-
└─<Multiply>
├─<Unit>
│ └─number(18)
└─<MultiplyOpt>
├─*
└─<Unit>
└─number(18)
從此樹中可以看到，樹的結構和上文的文法展開過程是對應的，並且樹的葉結點從上到下組成了我們的例子【19 * 19 - 18 * 18】
然后就是語義分析了。到目前為止（據我所學到的），人類還沒有完善的自動生成語義分析代碼的能力。我們在此處就把”計算結果“作為語義分析的任務。仍以上例進行說明。各個葉結點的含義我們是知道的，【+】【-】【*】【/】代表運算，【number】代表數值，【identifier】代表變量名。那么在沒有【identifier】的時候，數和數就直接算出結果來，有【identifier】就保留着不動。我們分別為Expression文法的各類結點都賦予語義：
<Expression>：將它的兩個子結點進行運算或保留。
<Multiply>：將它的兩個子結點進行運算或保留。
<PlusOpt>：去掉自己，用自己的子結點代替自己的位置。
<Unit>：去掉自己，用自己的子結點代替自己的位置。
<MultiplyOpt>：去掉自己，用自己的子結點代替自己的位置。
“+”：對自己的左右結點進行加法運算。
“-”：對自己的左右結點進行減法運算。
“*”：對自己的左右結點進行乘法運算。
“/”：對自己的左右結點進行除法運算。
identifier：保持不變。
number：保持不變。
“(“：若自己右部的<Expression>成為數字或單一的【identifier】，則去掉自己，去掉<Expression>右部的”)”；否則不變。
“)”：保持不變。
上例經過語義分析（對語法樹自頂向下進行遞歸分析其語義），就得到一個數值”37“。
語義分析的偽代碼如下：
語義分析偽代碼
1 SyntaxTreeExpression SemanticAnalyze(SyntaxTree root) 2 3 { 4 5 switch(root.NodeType) 6 7 { 8 9 case EnumTreeNodeType.Expression: 10 11 return Cacul(SemanticAnalyze(root.Children[0]),SemanticAnalyze(root.Children[1])); 12 13 break; 14 15 case EnumTreeNodeType.Multiply: 16 17 return Cacul(SemanticAnalyze(root.Children[0]),SemanticAnalyze(root.Children[1])); 18 19 break; 20 21 case EnumTreeNodeType.PlusOpt: 22 23 var child = SemanticAnalyze(root.Children[0]); 24 25 var child2 = SemanticAnalyze(root.Children[1]); 26 27 root.parent.Children[1] = child; root.parent.Children[2] = child2; 28 29 break; 30 31 case EnumTreeNodeType.Unit: 32 33 root.parent.Children[0] = root.Children[0]; 34 35 break; 36 37 //… 38 39 case EnumTreeNodeType.Plus:// “+” 40 41 return Calcu(SemanticAnalyze(root.parent.Children[0]), SemanticAnalyze(root.parent.Children[2])); 42 43 break; 44 45 //… 46 47 }
語義分析完成，我們這個編譯器前端也就大功告成了。
所以這個編譯器要實現的東西大體感覺就是這樣的。雖然單單對Expression進行編譯分析是沒多大意思的，但是這個例子在足夠簡單的同時，又足夠典型，等我們把這個例子實現了，再復雜的編譯器也都能做出來了。編譯器制作步驟比較多，工作量也大，如果一上來就抱着完整的C語言文法來做，等於把自己埋在深不見底的BUG海洋中活活淹死。
以后實現了編譯器的語法分析后，就可以自動生成示例中的語法樹了，其實這也算是一種語義分析。
后面系列文章將給出具體的設計和實現過程，以及完整的工程代碼。敬請關注！
關於本系列有什么好的建議，也請提出來，O(∩_∩)O謝謝！
PS：下面給出【(19 + 18) * (19 - 18)】的語法樹，供大家學習參考，也方便后續文章講解。
<Expression>
├─<Multiply>
│ ├─<Unit>
│ │ ├─(
│ │ ├─<Expression>
│ │ │ ├─<Multiply>
│ │ │ │ ├─<Unit>
│ │ │ │ │ └─number(19)
│ │ │ │ └─<MultiplyOpt>
│ │ │ │ └─null
│ │ │ └─<PlusOpt>
│ │ │ ├─+
│ │ │ └─<Multiply>
│ │ │ ├─<Unit>
│ │ │ │ └─number(18)
│ │ │ └─<MultiplyOpt>
│ │ │ └─null
│ │ └─)
│ └─<MultiplyOpt>
│ ├─*
│ └─<Unit>
│ ├─(
│ ├─<Expression>
│ │ ├─<Multiply>
│ │ │ ├─<Unit>
│ │ │ │ └─number(19)
│ │ │ └─<MultiplyOpt>
│ │ │ └─null
│ │ └─<PlusOpt>
│ │ ├─-
│ │ └─<Multiply>
│ │ ├─<Unit>
│ │ │ └─number(18)
│ │ └─<MultiplyOpt>
│ │ └─null
│ └─)
└─<PlusOpt>
└─null