分析器

概述

Hulo 的分析器采用分层架构设计，在 ANTLR4 生成的词法分析器和语法分析器基础上，增加了自定义的分析层来处理复杂的语法特性。

ANTLR4 简介

ANTLR (ANother Tool for Language Recognition) 是一个强大的解析器生成器，用于读取、处理、执行或翻译结构化文本或二进制文件。它被广泛用于构建语言、工具和框架。

核心特性

• 语法驱动：从语法定义自动生成解析器
• 多目标支持：支持 Java、C#、Python、JavaScript 等多种目标语言
• 强大的语法表达能力：支持复杂的语法规则和语义动作
• 丰富的工具链：提供语法可视化、调试、测试等工具
• 活跃的社区：拥有庞大的用户社区和丰富的文档资源

工作原理

1. 语法定义：使用 ANTLR 语法文件（.g4）定义语言规则
2. 代码生成：ANTLR 根据语法文件生成词法分析器和语法分析器
3. 解析树构建：生成的解析器将输入文本转换为解析树
4. 访问者模式：提供 Listener 和 Visitor 接口，便于遍历和处理解析树

为什么选择 ANTLR4

选择原因

• 语法复杂性：Hulo 语法相对复杂，从零开始构建解析器会消耗大量精力
• 开发效率：专注于语言实现而非解析器构建，快速验证语言设计
• 成熟稳定：ANTLR4 是业界成熟的解析器生成器，有丰富的工具链支持
• 强大的语法表达能力：支持复杂的语法特性，如左递归、语义谓词等

面临的挑战

• 节点控制困难：ANTLR 生成的 AST 节点操作不如手写解析器灵活
• 定制化限制：难以精确控制 AST 的结构和节点类型
• 性能开销：生成的代码可能不如手写解析器高效
• 学习曲线：需要掌握 ANTLR 的语法定义和工具使用

分层架构设计

第一层：ANTLR4 生成层

源代码 → Token → ANTLR AST

• Lexer（词法分析器）：将源代码字符流转换为标记流
• Parser（语法分析器）：将标记流转换为 ANTLR 的语法树
• Token：词法单元，包含类型、值、位置等信息

第二层：Hulo 分析层

ANTLR AST → Hulo AST

• Analyzer（分析器）：将 ANTLR AST 转换为 Hulo 自定义的 AST
• Tracer（追踪器）：记录 AST 转换的调用过程，便于调试和优化

核心组件

Token

词法分析的基本单位，包含：

• 类型（关键字、标识符、字面量等）
• 值（具体的字符串或数值）
• 位置信息（行号、列号）
• 上下文信息

Lexer（词法分析器）

• 识别关键字、标识符、字面量、运算符
• 处理注释、空白字符、换行符
• 生成标记流供语法分析器使用

Parser（语法分析器）

• 验证语法结构的正确性
• 构建 ANTLR 语法树
• 处理语法错误和恢复

Analyzer（Hulo 分析器）

• 将 ANTLR AST 转换为 Hulo AST
• 处理复杂的语义分析
• 类型检查和类型推导
• 作用域分析

Tracer（追踪器）

• 记录 AST 转换的完整调用链
• 提供详细的调试信息
• 性能分析和优化建议

设计优势

开发效率

• 快速实现复杂的语法特性
• 专注于语言设计和语义分析
• 减少解析器相关的 bug

可维护性

• 清晰的职责分离
• 便于测试和调试
• 易于扩展新功能

灵活性

• 自定义 AST 结构
• 精确控制节点类型
• 支持复杂的语义分析

未来规划

随着项目发展，可能会考虑：

• 逐步替换 ANTLR 为手写解析器
• 优化 AST 转换性能
• 增强错误处理和恢复机制