JS实现递归下降解析器教程
本文深入解析了使用JS实现递归下降解析器的原理与实践。递归下降解析器是一种强大的语法分析工具,它通过将文法规则转化为函数间的相互调用来实现。文章首先介绍了递归下降解析器的基本概念,即如何将非终结符对应到函数,终结符对应到token匹配。然后,以一个简单的算术表达式为例,详细阐述了如何构建Parser类,实现expression、term、factor等函数,并生成抽象语法树(AST)。同时,文章还讨论了如何消除左递归,进行词法分析(Tokenization),处理运算符的优先级和结合性,以及实现错误恢复等关键问题。通过阅读本文,开发者能够全面理解并掌握JS递归下降解析器的核心技术,并将其应用于实际项目中。
递归下降解析器通过函数调用模拟文法规则推导,将非终结符转为函数,终结符匹配token,利用调用顺序体现优先级,循环实现左结合,消除左递归避免栈溢出,配合词法分析生成token流,并构建AST,错误恢复可采用跳过token至同步点。
递归下降解析器,说白了,就是利用函数之间的相互调用来模拟文法规则的推导过程。每个非终结符对应一个函数,函数内部根据产生式规则选择性地调用其他函数(对应其他非终结符)或者直接匹配终结符。
实现JS递归下降解析器,核心在于将文法规则转化为可执行的代码逻辑。
解决方案
首先,你需要定义好你的文法。举个例子,我们来解析一个简单的算术表达式,包含加法和乘法:
expression : term ((PLUS | MINUS) term)* term : factor ((MUL | DIV) factor)* factor : NUMBER | LPAREN expression RPAREN
这里 PLUS
, MINUS
, MUL
, DIV
, NUMBER
, LPAREN
, RPAREN
都是终结符,expression
, term
, factor
是非终结符。
接下来,为每个非终结符创建一个函数:
class Parser { constructor(tokens) { this.tokens = tokens; this.current = 0; } parse() { return this.expression(); } expression() { let left = this.term(); while (this.match("PLUS", "MINUS")) { let operator = this.previous(); let right = this.term(); left = { type: "Binary", operator, left, right }; // 构建抽象语法树 (AST) } return left; } term() { let left = this.factor(); while (this.match("MUL", "DIV")) { let operator = this.previous(); let right = this.factor(); left = { type: "Binary", operator, left, right }; } return left; } factor() { if (this.match("NUMBER")) { return { type: "Literal", value: this.previous().value }; } if (this.match("LPAREN")) { let expr = this.expression(); this.consume("RPAREN", "Expect ')' after expression."); return expr; } throw new Error("Expect expression."); } match(...types) { for (let type of types) { if (this.check(type)) { this.advance(); return true; } } return false; } consume(type, message) { if (this.check(type)) { return this.advance(); } throw new Error(message); } check(type) { if (this.isAtEnd()) return false; return this.peek().type === type; } advance() { if (!this.isAtEnd()) this.current++; return this.previous(); } isAtEnd() { return this.peek().type === "EOF"; } peek() { return this.tokens[this.current]; } previous() { return this.tokens[this.current - 1]; } }
代码中,expression
函数对应 expression
非终结符,内部调用 term
函数,并循环匹配 PLUS
或 MINUS
。term
函数类似,对应 term
非终结符。factor
函数处理数字和括号表达式。
关键点:
- 递归调用:
factor
函数中,如果遇到LPAREN
,会递归调用expression
函数,处理括号内的表达式。 - 错误处理:
consume
函数用于确保解析器按照预期找到特定的终结符,否则抛出错误。 - 抽象语法树 (AST): 代码构建了一个简单的 AST,用于后续的求值或者代码生成。 AST 的结构反映了表达式的语法结构。
如何处理左递归文法?
左递归文法是指文法规则中,某个非终结符直接或间接地推导出以自身开头的产生式。 例如:
expression : expression PLUS term | term
如果直接按照上面的方式写递归下降解析器,会导致无限递归,栈溢出。 解决办法是消除左递归。 上面的文法可以改写成:
expression : term (PLUS term)*
也就是上面的代码实现的方式。 本质上,是将左递归转换为右递归或者循环。
如何进行词法分析(Tokenization)?
在解析之前,需要将源代码转换成 token 流。 Tokenization 就是这个过程。 一个简单的 Tokenizer 如下:
class Tokenizer { constructor(source) { this.source = source; this.current = 0; this.tokens = []; } tokenize() { while (!this.isAtEnd()) { this.start = this.current; this.scanToken(); } this.tokens.push({ type: "EOF", lexeme: "", value: null, line: this.line }); return this.tokens; } scanToken() { let char = this.advance(); switch (char) { case '(': this.addToken("LPAREN"); break; case ')': this.addToken("RPAREN"); break; case '+': this.addToken("PLUS"); break; case '-': this.addToken("MINUS"); break; case '*': this.addToken("MUL"); break; case '/': this.addToken("DIV"); break; case ' ': case '\r': case '\t': // Ignore whitespace. break; default: if (this.isDigit(char)) { this.number(); } else { throw new Error("Unexpected character."); } } } number() { while (this.isDigit(this.peek())) this.advance(); this.addToken("NUMBER", Number(this.source.substring(this.start, this.current))); } isDigit(char) { return char >= '0' && char <= '9'; } addToken(type, literal = null) { const text = this.source.substring(this.start, this.current); this.tokens.push({ type, lexeme: text, value: literal, line: this.line }); } advance() { this.current++; return this.source[this.current - 1]; } peek() { if (this.isAtEnd()) return '\0'; return this.source[this.current]; } isAtEnd() { return this.current >= this.source.length; } }
Tokenizer 的作用是将字符串分解成 token 数组,例如 "(1 + 2) * 3"
会被分解成 [LPAREN, NUMBER(1), PLUS, NUMBER(2), RPAREN, MUL, NUMBER(3)]
。
如何处理优先级和结合性?
优先级和结合性是算术表达式解析中的重要概念。 优先级决定了运算符的运算顺序(例如,乘除优先于加减),结合性决定了相同优先级运算符的运算顺序(例如,左结合的加法 1 + 2 + 3
等价于 (1 + 2) + 3
)。
在递归下降解析器中,优先级通过函数的调用顺序来体现。 例如,expression
函数调用 term
函数,而 term
函数调用 factor
函数,就意味着 factor
中的运算符(例如括号)优先级最高,其次是 term
中的运算符(例如乘除),最后是 expression
中的运算符(例如加减)。
结合性通过循环的方向来控制。 例如,上面的 expression
和 term
函数中的 while
循环是从左到右的,因此加法和乘法都是左结合的。 如果要实现右结合,需要调整循环的方向或者使用递归。
如何进行错误恢复?
解析过程中难免会遇到错误,例如语法错误。 好的解析器应该能够尽可能地从错误中恢复,继续解析,而不是直接崩溃。
错误恢复的策略有很多种,例如:
- Panic Mode: 遇到错误后,跳过一些 token,直到遇到一个同步 token(例如分号、括号),然后继续解析。
- Rule Resynchronization: 在每个非终结符对应的函数中,定义一些同步 token。 遇到错误后,跳过一些 token,直到遇到同步 token,然后重新开始解析该非终结符。
错误恢复是一个比较复杂的问题,需要根据具体的文法和应用场景来选择合适的策略。
今天关于《JS实现递归下降解析器教程》的内容介绍就到此结束,如果有什么疑问或者建议,可以在golang学习网公众号下多多回复交流;文中若有不正之处,也希望回复留言以告知!

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