抽象語法樹簡介

(一)簡介

抽象語法樹（abstract syntax code，AST）是源代碼的抽象語法結構的樹狀表示，樹上的每個節點都表示源代碼中的一種結構，這所以說是抽象的，是因為抽象語法樹並不會表示出真實語法出現的每一個細節，比如說，嵌套括號被隱含在樹的結構中，並沒有以節點的形式呈現。抽象語法樹並不依賴於源語言的語法，也就是說語法分析階段所采用的上下文無文文法，因為在寫文法時，經常會對文法進行等價的轉換（消除左遞歸，回溯，二義性等），這樣會給文法分析引入一些多余的成分，對后續階段造成不利影響，甚至會使合個階段變得混亂。因些，很多編譯器經常要獨立地構造語法分析樹，為前端，后端建立一個清晰的接口。

抽象語法樹在很多領域有廣泛的應用，比如瀏覽器，智能編輯器，編譯器。

 

(二)抽象語法樹實例

 

(1)四則運算表達式

表達式: 1+3*(4-1)+2

抽象語法樹為：

 

(2)xml

代碼2.1：

 

<letter>
  <address>
    <city>ShiChuang</city>
  </address>
  <people>
    <id>12478</id>
    <name>Nosic</name>
  </people>
</letter>

 

抽象語法樹

 

 

 

 

(3)程序1

代碼2.2

 

while b != 0
{
    if a > b
        a = a-b
    else
        b = b-a
}
return a

 

抽象語法樹

 

(4)程序2

代碼2.3

 

sum=0
for i in range(0,100)
    sum=sum+i
end

 

抽象語法樹

 

(三)為什么需要抽象語法樹

當在源程序語法分析工作時，是在相應程序設計語言的語法規則指導下進行的。語法規則描述了該語言的各種語法成分的組成結構，通常可以用所謂的前后文無關文法或與之等價的Backus-Naur范式(BNF)將一個程序設計語言的語法規則確切的描述出來。前后文無關文法有分為這么幾類：LL(1)，LR(0)，LR(1)， LR(k) ,LALR(1)等。每一種文法都有不同的要求，如LL(1)要求文法無二義性和不存在左遞歸。當把一個文法改為LL(1)文法時，需要引入一些隔外的文法符號與產生式。

例如，四則運算表達式的文法為：

文法1.1

 

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

 

改為LL(1)后為：

文法1.2

 

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

例如，當在開發語言時，可能在開始的時候，選擇LL(1)文法來描述語言的語法規則，編譯器前端生成LL(1)語法樹，編譯器后端對LL(1)語法樹進行處理，生成字節碼或者是匯編代碼。但是隨着工程的開發，在語言中加入了更多的特性，用LL(1)文法描述時，感覺限制很大，並且編寫文法時很吃力，所以這個時候決定采用LR(1)文法來描述語言的語法規則，把編譯器前端改生成LR(1)語法樹，但在這個時候，你會發現很糟糕，因為以前編譯器后端是對LL(1)語樹進行處理，不得不同時也修改后端的代碼。

抽象語法樹的第一個特點為:不依賴於具體的文法。無論是LL(1)文法，還是LR(1)，或者還是其它的方法，都要求在語法分析時候，構造出相同的語法樹，這樣可以給編譯器后端提供了清晰，統一的接口。即使是前端采用了不同的文法，都只需要改變前端代碼，而不用連累到后端。即減少了工作量，也提高的編譯器的可維護性。

抽象語法樹的第二個特點為:不依賴於語言的細節。在編譯器家族中，大名鼎鼎的gcc算得上是一個老大哥了，它可以編譯多種語言，例如c，c＋＋，java，ADA，Object C， FORTRAN， PASCAL，COBOL等等。在前端gcc對不同的語言進行詞法，語法分析和語義分析后，產生抽象語法樹形成中間代碼作為輸出，供后端處理。要做到這一點，就必須在構造語法樹時，不依賴於語言的細節，例如在不同的語言中，類似於if－condition－then這樣的語句有不同的表示方法

在c中為：

 

if(condition)
{
    do_something();
}

 

     在fortran中為：

 

If condition then
    do_somthing()
end if

 

在構造if－condition－then語句的抽象語法樹時，只需要用兩個分支節點來表於，一個為condition，一個為if_body。如下圖：

在源程序中出現的括號，或者是關鍵字，都會被丟掉。

 

參考：https://www.jianshu.com/p/6a2f4ae4e099

轉自：http://blog.chinaunix.net/uid-26750235-id-3139100.html