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何为语法树

什么是语法树？

你是否曾想过，这个世界存在这么多语言的意义。

假如现在你面前有一个物体，它是一个不规则的圆体，整个身体通红，头部还有一根细长稍微弯曲偏右呈棕色的圆柱体。

在中文我们称之为「苹果」，

在英文我们称之为「Apple」，

在日文中我们称之为「アップル」，

在法语中我们称之为「pomme」，

在德语中我们称之为「Apfel」，

无论用不同的语言，针对这个物体在文字上、发音上都完全不一样，但这个物体确确实实的存在这个时空上，颜色、气味、形状都不曾因为语言而改变过。

无论这个世界存在多少语言，它们所描述的真理都不曾改变过。

或者说，真理就存在那里，可以用不同的语言的不同表达方式描述出来。那么计算机的世界，这么多编程的语言，C、C++、Java、C#、JavaScript、Python、Go、Ruby等等等，它们共同所描述的真理是什么？

我们知道人类语言上，无论什么语种，都会有「主语」「动词」「宾语」「标点符号」来描述一个现实世界所发生的事件。而在计算机编程语言上，无论什么语种，都会有「类型」「运算符」「流程语句」「函数」「对象」等概念来表达计算机中存在内存中的0和1，以及背后运算与逻辑。

语法树，计算机描述世界真理的树状结构。

不同的语言，都会配之不同的语法分析器，而语法分析器是把源代码作为字符串读入、解析，并建立语法树的程序。语法的设计和语法分析器的实现是决定语言外在表现的重要因素。什么是语法树？摘自Wiki一段：

在计算机科学中，抽象语法树（abstract syntax tree 或者缩写为 AST），或者语法树（syntax tree），是源代码的抽象语法结构的树状表现形式，这里特指编程语言的源代码。树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。之所以说语法是「抽象」的，是因为这里的语法并不会表示出真实语法中出现的每个细节。

一则简单的例子

如果我们需要让计算机帮忙算一下「1加2再乘以3」的结果，该怎么表达呢？现在我们大多数的现代编程语言，都是使用「中缀表达式」的方式来编写运算，比如JavaScript：

(1 + 2) * 3

而FORTH语言则使用「后缀表达式」，这基本上与日语中的语序是一致的：

1 2 + 3 *

LISP语言使用的「前缀表达式」：

( * (+ 1 2) 3)

我们再看一下这三种表达式的语法树：

可以看出，对于这三种简单的语言，它们只是在这个语法树上按不同的规则遍历而已。三者的代码看起来差别很大，但实际上所用的树结构是相同的。

先来看看Python的语法树

通过Python语言自带的库文件ast，我们可以查看特定的代码被转换成怎样的语法树。

>>> import ast >>> ast.dump(ast.parse("1 + 2 * 3")) 'Module(     body=[         Expr(             value=BinOp(                 left=Num(n=1),                  op=Add(),                  right=BinOp(                     left=Num(n=2),                     op=Mult(),                      right=Num(n=3)                 )             )         )     ] )'

BinOp op = Mult() 表示乘法运算，与 * 相对应；

BinOp op = Add() 表示加法运算，与 + 相对应；

Num n = 1 既为数值1。

再窥视一下JavaScript的语法树

在语法复杂的语言中，语法树是包含很多细节的语法结果表达式，我们需要靠语法树把这种形式以更简洁的形式表达出来。

Javascript 有不少工具可以把代码构造出清晰的语法树，比如 esprima 、 v8 、 SpiderMonkey 、 UglifyJS 、 AST explorer 等。

这里，我使用「esprima」来探讨一下JavaScript运算 (1 + 2) * 3 的语法树。

javascript code:

(1 + 2)* 3;

ast for json:

{     "type": "Program",     "body": [         {             "type": "ExpressionStatement",             "expression": {                 "type": "BinaryExpression",                 "operator": "*",                 "left": {                     "type": "BinaryExpression",                     "operator": "+",                     "left": {                         "type": "Literal",                         "value": 1,                         "raw": "1"                     },                     "right": {                         "type": "Literal",                         "value": 2,                         "raw": "2"                     }                 },                 "right": {                     "type": "Literal",                     "value": 3,                     "raw": "3"                 }             }         }     ],     "sourceType": "script" }

body 表示程序体，而程序体中包含了一则表达式 ExpressionStatement , 表达式体里包含了操作符 * ,以及左右两边表达式，其中右边是数字 3 ,而左边表达式还包含一层表达式，里面是一个 + 操作符，以及左右两边分别为 1 和 2 的数字。

如果还没有看懂，你可以到这里看一下这段代码所生成的语法树： AST for (1 + 2)* 3; *%203%0A)

我们可以利用语法树做些什么？

看到这里你可能会问，知道语法是又有什么用呢？跟我日常编写代码貌似半毛钱关系都没有。其实语法树还是很有用的，想一下如果想做「语法高亮」、「关键字匹配」、「作用域判断」、以及「代码压缩」等等，都是最好把代码解构成语法树之后再去各种操作，当然仅仅解构还不够，还需要提供各种函数去遍历与修改语法树。

另一方面，去研究、去探讨计算机真实的世界不是一个很精彩很刺激的过程么？

原文 https://segmentfault.com/a/1190000004607288

正文到此结束

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