可配置语法分析器开发纪事(二)——构造符号表
上一篇博客讲到了构造语法树的问题。有朋友在留言问我,为什么一定要让语法分析器产生语法树,而不是让用户自己决定要怎么办呢?在这里我先解答这个问题。
1、大部分情况下都是真的需要有语法树
2、如果要直接返回计算结果之类的事情的话,只需要写一个visitor运行一下语法树就好了,除去自动生成的代码以外(反正这不用人写,不计入代价),代码量基本上没什么区别
3、加入语法树可以让文法本身描述起来更简单,如果要让程序员把文法单独放在一边,然后自己写完整的语义函数来让他生成语法树的话,会让大部分情况(需要语法树)变得特别复杂,而少数情况(不需要语法树)又没有获得什么好处。
尽管类似yacc这样的东西的确是不包含语法树的内容而要你自己写的,但是用起来难道不是很难受吗?
现在转入正题。这一篇文章讲的主要是构造符号表的问题。想要把符号表构造的好是一件很麻烦的问题。我曾经尝试过很多种方法,包括强类型的符号表,弱类型的符号表,基于map的符号表等等,最后还是挑选了跟Visual Studio自带的用来读pdb文件的DIA类其中的IDIASymbol(http://msdn.microsoft.com/en-us/library/w0edf0x4.aspx)基本上一样的结构:所有的符号都只有这么一个symbol类,然后包罗万象,什么都有。为什么最后选择这么做呢?因为在做语义分析的时候,其实做的最多的事情不是构造符号表,而是查询符号表。如果符号表是强类型的画,譬如说类型要一个类,变量要一个类,函数要一个类之类的,总是需要到处cast来cast去,也找不到什么好方法来在完成相同事情的情况下,保留强类型而不在代码里面出现cast。为什么语法树就要用visitor来解决这个问题,而符号表就不行呢?因为通常我们在处理语法树的时候都是递归的形式,而符号表并不是。在一个上下文里面,实际上我们是知道那个symbol对象究竟是什么东西的(譬如说我们查询了一个变量的type,那这返回值肯定只能是type了)。这个时候我们要cast才能用,本身也只是浪费表情而已。这个时候,visitor模式就不是和面对这种情况了。如果硬要用visitor模式来写,会导致语义分析的代码分散得过于离谱导致可读性几乎就丧失了。这是一个辩证的问题,大家可以好好体会体会。
说了这么一大段,实际上就是怎么样呢?让我们来看“文法规则”本身的符号表吧。既然这个新的可配置语法分析器也是通过parse一个文本形式的文法规则来生成parser,那实际上就跟编译器一样要经历那么多阶段,其中肯定有符号表:
class ParsingSymbol : public Object { public:enum SymbolType{Global,EnumType,ClassType, // descriptor == base typeArrayType, // descriptor == element type TokenType,EnumItem, // descriptor == parentClassField, // descriptor == field typeTokenDef, // descriptor == token typeRuleDef, // descriptor == rule type }; public:~ParsingSymbol();ParsingSymbolManager* GetManager();SymbolType GetType();const WString& GetName();vint GetSubSymbolCount();ParsingSymbol* GetSubSymbol(vint index);ParsingSymbol* GetSubSymbolByName(const WString& name);ParsingSymbol* GetDescriptorSymbol();ParsingSymbol* GetParentSymbol();bool IsType();ParsingSymbol* SearchClassSubSymbol(const WString& name);ParsingSymbol* SearchCommonBaseClass(ParsingSymbol* classType); };
因为文法规则本身的东西也不多,所以这里的symbol只能是上面记载的9种对象。这些对象其实特别的相似,所以我们可以看出唯一的区别就是当GetType返回值不一样的时候,GetDescriptorSymbol返回的对象的意思也不一样。而这个区别记载在了enum SymbolType的注释里面。实际上这种做法在面对超级复杂的符号表(考虑一下C++编译器)的时候并不太好。那好的做法究竟是什么呢?看上面IDIASymbol的链接,那就是答案。
不可否认,微软设计出来的API大部分还是很有道理的,除了Win32的原生GUI部分。
我们还可以看到,这个ParsingSymbol类的几乎所有成员函数都是用来查询这个Symbol的内容的。这里还有两个特殊的函数,就是SearchClassSubSymbol和SearchCommonBaseClass——当且仅当symbol是ClassType的时候才起作用。为什么有了GetSubSymbolByName,还要这两个api呢?因为我们在搜索一个类的成员的时候,是要搜索他的父类的。而一个类的父类的sub symbol并不是类自己的sub symbol,所以就有了这两个api。所谓的sub symbol的意思现在也很明了了。enum类型里面的值就是enum的sub symbol,成员变量是类的sub symbol,总之只要是声明在一个符号内部的符号都是这个符号的sub symbol。这就是所有符号都有的共性。
当然,有了ParsingSymbol,还要有他的manager才可以完成整个符号表的操作:
class ParsingSymbolManager : public Object { public:ParsingSymbolManager();~ParsingSymbolManager();ParsingSymbol* GetGlobal();ParsingSymbol* GetTokenType();ParsingSymbol* GetArrayType(ParsingSymbol* elementType);ParsingSymbol* AddClass(const WString& name, ParsingSymbol* baseType, ParsingSymbol* parentType=0);ParsingSymbol* AddField(const WString& name, ParsingSymbol* classType, ParsingSymbol* fieldType);ParsingSymbol* AddEnum(const WString& name, ParsingSymbol* parentType=0);ParsingSymbol* AddEnumItem(const WString& name, ParsingSymbol* enumType);ParsingSymbol* AddTokenDefinition(const WString& name);ParsingSymbol* AddRuleDefinition(const WString& name, ParsingSymbol* ruleType);ParsingSymbol* CacheGetType(definitions::ParsingDefinitionType* type, ParsingSymbol* scope);bool CacheSetType(definitions::ParsingDefinitionType* type, ParsingSymbol* scope, ParsingSymbol* symbol);ParsingSymbol* CacheGetSymbol(definitions::ParsingDefinitionGrammar* grammar);bool CacheSetSymbol(definitions::ParsingDefinitionGrammar* grammar, ParsingSymbol* symbol);ParsingSymbol* CacheGetType(definitions::ParsingDefinitionGrammar* grammar);bool CacheSetType(definitions::ParsingDefinitionGrammar* grammar, ParsingSymbol* type); };
这个ParsingSymbolManager有着符号表管理器的以下两个典型作用
1、创建符号。
2、讲符号与语法树的对象绑定起来。譬如说我们在一个context下面推导了一个expression的类型,那下次对于同样的context同样的expression就不需要再推导一次了(语义分析有很多个pass,对同一个expression求类型的操作经常会重复很多次),把它cache下来就可以了。
3、搜索符号。具体到这个符号表,这个功能被做进了ParsingSymbol里面。
4、保存根节点。GetGlobal函数就是干这个作用的。所有的根符号都属于global符号的sub symbol。
因此我们可以怎么使用他呢?首先看上面的Add函数。这些函数不仅会帮你在一个符号表里面添加一个sub symbol,还会替你做一些检查,譬如说阻止你添加相同名字的sub symbol之类的。语法树很复杂的时候,很多时候我们有很多不同的方法来给一个符号添加子符号,譬如说C#的成员变量和成员函数。成员变量不能同名,成员函数可以,但是成员函数和成员变量却不能同名。这个时候我们就需要把这些添加操作封装起来,这样才可以在处理语法树(声明一个函数的方法可以有很多,所以添加函数符号的地方也可以有很多)的时候不需要重复写验证逻辑。
其次就是Cache函数。其实Cache函数这么写,不是用来直接调用的。举个例子,在分析一个文法的时候,我们需要把一个“类型”语法树转成一个“类型”符号(譬如说要决定一个文法要create什么类型的语法树节点的时候)。因此就有了下面的函数:
ParsingSymbol* FindType(Ptr<definitions::ParsingDefinitionType> type, ParsingSymbolManager* manager, ParsingSymbol* scope, collections::List<Ptr<ParsingError>>& errors) {ParsingSymbol* result=manager->CacheGetType(type.Obj(), scope);if(!result){FindTypeVisitor visitor(manager, (scope?scope:manager->GetGlobal()), errors);type->Accept(&visitor);result=visitor.result;manager->CacheSetType(type.Obj(), scope, result);}return result; }
很明显,这个函数做的事情就是,查询一个ParsingDefinitionType节点有没有被查询过,如果有直接用cache,没有的话再从头计算他然后cache起来。因此这些Cache函数就是给类似FindType的函数用的,而语义分析的代码则直接使用FindType,而不是Cache函数,来获取一个类型的符号。聪明的朋友们可以看出来,这种写法蕴含着一个条件,就是语法树创建完就不会改了(废话,当然不会改!)。
这一篇的内容就讲到这里了。现在的进度是正在写文法生成状态机的算法。下一篇文章应该讲的就是状态机究竟是怎么运作的了。文法所需要的状态机叫做下推状态机(push down automaton),跟regex用的NFA和DFA不太一样,理解起来略有难度。所以我想需要用单独的一篇文章来通俗的讲一讲。
转载于:https://www.cnblogs.com/geniusvczh/archive/2012/11/29/2793905.html
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