C语言结构体struct的语法解析

本节内容需要结合视频讲解才能更容易理解，视频播放地址如下：
用java开发编译器

本节，我们着重研究结构体定义，也就是struct 这种变量定义，C语言编译器是如何解析的，本节我们要解析的结构体定义如下：

struct tag {int x;long y;char z;struct tag* p;
}name;

1.1 结构体定义的解析语法

     * TYPE_SPECIFIER -> STRUCT_SPECIFIER* * STTUCT_SPECIFIER -> STRUCT OPT_TAG LC DEF_LIST RC*                     | STRUCT TAG* * OPT_TAG -> TAG* * TAG -> NAME* * DEF_LIST ->  DEF* * DEF_LIST ->  DEF_LIST DEF*           *             * * *            * DEF -> SPECIFIERS  DECL_LIST SEMI*        | SPECIFIERS SEMI*       *        * DECL_LIST -> DECL*             | DECL_LIST COMMA DECL*             * DECL -> VAR_DECL* * VAR_DECL -> NEW_NAME*             | VAR_DECL LP RP*             | VAR_DECL LP VAR_LIST RP*             | LP VAR_DECL RP*             | START VAR_DECL*

我们先看这一句定义：
STTUCT_SPECIFIER -> STRUCT OPT_TAG LC DEF_LIST RC

STRUCT 是关键字struct 对应的标签, OPT_TAG 对应的是结构体变量的名字tag, LC 对应左大括号， DEF_LIST 对应结构体内部变量的定义序列，RC就是右大括号。这一句语法就已经描述了整个结构体的定义，解析的终点其实在 DEF_LIST，这个非终结符描述的是结构体内部变量的定义规则，对DEF_LIST的解析是整个解析过程的难点。

1.2语法解析流程描述

解析开始时，词法解析器会把关键字struct读入，并返回一个STRUCT标签。

读入struct 后面的变量名tag, 返回对应标签NAME.

根据表达式 TAG -> NAME, 将NAME转换成非终结符TAG.

通过表达式 OPT_TAG -> TAG , 将TAG转换成非终结符OPT_TAG.

读入左大括号{, 并返回对应标签LC.

*读入关键字int, 并返回对应的标签TYPE

*根据表达式TYPE_SPECIFIER -> TYPE, 将TYPE替换成非终结符TYPE_SPECIFIER. 这个表达式在前面的章节中讲解过，本节没有列出来。

*根据表达式 TYPE_OR_CLASS -> TYPE_SPECIFIER 将非终结符TYPE_SPECIFIER 转换成TYPE_OR_CLASS.

*通过表达式 SPECIFIER -> TYPE_OR_CLASS, 将非终结符TYPE_OR_CLASS转换成SPECIFIERS.

上面几步完成了对关键字int 的解析。

接着读入变量名x, 返回对应的标签NAME.

*根据表达式NEW_NAME -> NAME, 将非终结符NEW_NAME 压入堆栈。

*根据表达式VAR_DECL -> NEW_NAME 将非终结符换成VAR_DECL.

*通过表达式DECL -> VAR_DECL 将非终结符DECL替换掉VAR_DECL.

*通过表达式DECL_LIST -> DECL 将非终结符DECL_LIST 压入堆栈。

*读入分号，并返回对应的标签SEMI

*根据表达式DEF -> SPECIFIERS DECL_LIST SEMI 将解析堆栈上的符号全部弹出，换成非终结符DEF.

再次通过 DEF_LIST -> DEF 将非终结符压入堆栈。

在这一步我们可以看到，”int x ; “，这一个变量定义语句可以被非终结符DEF_LIST所描述。

接下来，解析器读入语句 “long y ;”，该语句的解析也同样经历前面带*号的解析步骤，最后”long y;” 会解析成非终结符DEF，此时解析堆栈顶部有两个非终结符DEF, DEF_LIST.

通过表达式 DEF_LIST -> DEF_LIST DEF 将两个非终结符归纳成一个非终结符DEF_LIST.

解析器继续读入 “char z;”, 同样经历带*号的解析步骤后，把该语句解析成非终结符DEF, 这时解析堆栈头部又在此含有两个非终结符 DEF_LIST, DEF, 于是又可以通过表达式 DEF_LIST -> DEF_LIST DEF 将两个非终结符归纳为一个非终结符DEF_LIST.

接下来解析器再次遇到关键字struct, 读入后返回对应标签STRUCT.

入读struct 后面的变量名tag,返回对应标签NAME.

运用表达式 TAG -> NAME, 将非终结符TAG压入堆栈。

采用表达式STRUCT_SPECIFIER -> STRUCT TAG 将堆栈顶部的两个非终结符替换成STRUCT_SPECIFIER.

再通过TYPE_SPECIFIER -> STRUCT_SPECIFIER 将栈顶非终结符替换成TYPE_SPECIFIER.

接着分别通过两个表达式TYPE_OR_CLASS -> TYPE_SPECIFIER 和 SPECIFIERS -> TYPE_OR_CLASS, 将栈顶元素替换成SPECIFIERS.

然后把代表指针的* 读入，返回对应标签STAR.

读入星号后面的变量名p, 返回对应的标签NAME.

通过表达式NEW_NAME -> NAME, 将非终结符NEW_NAME压入解析堆栈。

通过VAR_DECL -> NEW_NAME 将栈顶元素替换成VAR_DECL.

此时栈顶元素包含VAR_DECL, 和 STAR, 这两个元素正好形成表达式:
VAR_DECL -> STAR VAR_DECL 的右边部分，于是经过一次reduce,将堆栈顶部的两个元素替换成VAR_DECL.

继续通过表达式DECL -> VAR_DECL, 将非终结符DECL压入堆栈。

DECL 可以通过表达式DECL_LIST -> DECL 替换成DECL_LIST.

接着读入变量p后面的分号，返回对应标签SEMI

此时，解析堆栈上含有三个元素：SEMI, DECL_LIST, SPECIFIERS, 他们正好构成表达式DEF -> SPECIFIERS DECL_LIST SEMI 的右边，于是通过该表达式进行一次reduce, 将DEF替换掉这三个符号。

此时，堆栈顶部有两个元素，DEF, DEF_LIST, 又正好构成表达式:
DEF_LIST -> DEF_LIST DEF 的右边，于是又可以用DEF_LIST 替换掉堆栈顶部的两个元素。

接着读入右括号 }, 返回对应标签RC.

这时，堆栈顶部的5个元素正好对应表达式：
STRUCT_SPECIFIER -> STRUCT OPT_TAG LC DEF_LIST RC 的右边，于是解析器可以一下子将这5个元素全部替换成STRUCT_SPECIFIER.

接着解析器可以通过TYPE_SPECIFIER -> STRUCT_SPECIFIER 将TYPE_SPECIFIER压入堆栈。

然后把}后面的变量名name,读入，解析流程跟前面讲解的流程一样。

读入最后的分号后，解析堆栈上的元素正好构成表达式：
EXT_DEF -> .OPT_SPECIFIERS EXT_DECL_LIST SEMI
的右边部分，于是整个解析堆栈顶部的元素全部弹出，换成符号EXT_DEF.

接下来的推导跟以前一样，经过一系列固定步骤后，全局非终结符PROGRAM会被压入堆栈，从而使得解析器接收输入文本。

由此可见，依赖本节给出的语法定义，解析器能够顺利的分解结构体的代码。

通过这几节的解析流程分析，我们可以看到，写的再繁杂，再杂乱无章的程序代码，只要符合语法，那么这些看似随机组合的字符或单词，本质上遵从着一种非常严谨的层次和结构，这种层次和结构可以通过语法定义的方式描述出来，大道至简，任何复杂的系统，其本质都可以归因为若干简单的原理。这就是科学之美，编译原理的算法之美，学习编译原理或任何科学知识，其实是一种享受美的过程。

要体验这种系统逻辑之美，需要巨大的耐心，和不厌其烦的探索，持之以恒的意志力，有这种恒心的人，才有可能“会当凌绝顶，一览众山小”，学习是一个不断攀爬，跌倒，再攀爬的过程，只有要紧牙，永不放弃的人，才有可能在光明顶感受到“荡胸生层云，决眦入归鸟”的人生成就感。

再次以王安石《游褒禅山记》为每一位愿意“吾将上下而求索”的同学共勉：

“古人之观于天地、山川、草木、虫鱼、鸟兽，往往有得，以其求思之深而无不在也。夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。而世之奇伟、瑰怪，非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。有志矣，不随以止也，然力不足者，亦不能至也。有志与力，而又不随以怠，至于幽暗昏惑而无物以相之，亦不能至也。然力足以至焉，于人为可讥，而在己为有悔；尽吾志也而不能至者，可以无悔矣，其孰能讥之乎？此余之所得也！”

相信我，你，并不孤独！