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? ? ? ? 我們已經重新抽象描述了C語言的表達式、語句和聲明，并且進行了實現。如果大家對在實現中出現的并沒有過多解釋的Binop和Negative這樣的結構還有一些印象，那么這一部分，我們將解釋并且引入更多的類似的東西，讓它們幫助我們串接起詞法分析中得到的所有token。這就是語法分析第二步的內容：構建抽象語法樹（Abstract Syntax Tree, AST）。
? ? ? ? 概念性的東西這里就略過了，只需要記住這是一種層級表示關系，由眾多的節點組成，節點之間通過父節點產生關聯，包含了整個源代碼的結構信息。我們將要逐步介紹的所有過程，比如語義分析和產生匯編代碼，都將基于這棵樹進行的。
? ? ? ? 為了充分利用面向對象編程語言的特點，實現多態操作，首先定義一個模版節點：

class AST(object):
    """the base AST node"""
    pass

? ? ? ? 剩下的工作則是從這個節點派生出具有具體行為內容的節點。我們仍然按照表達式、語句和聲明的分類方法具體討論。

4.1 表達式（Expression）

? ? ? ? 回顧我們之前分析的表達式的描述，可以將它們簡單地總結為兩類：單目運算符和雙目運算符的表達式。

4.1.1 單目運算符

? ? ? ? 類似于包含取地址符（&）和解除引用符（*）這樣的表達式。它們由單目運算符和表達式組合而成。首先，定義一個針對該表達式的通用基類：

class UnaryOp(AST):
    """any generic unary operator"""
    def __init__(self, node):
        self.expr = node

表達式有了，如何知道具體的單目運算符呢？答案是：通過單獨為它們創建具體的節點來區別對待不同的運算符，例如：

class Pointer(UnaryOp):
    """a pointer refer, e.g. '*a'"""
    pass

class AddrOf(UnaryOp):
    """an address-of operator, e.g. '&a'"""
    pass

class Negative(UnaryOp):
    """A negative unary operator, e.g. '-5'."""
    pass

? ? ? ? 我們再考慮兩個特殊情況：

- +b
  顯然，+b和b是完全等價的，所以我們并沒有單獨派生出一個Positive的類，完全可以使用基類UnaryOp替代。
- **a
  對于這種嵌套的單目運算符表達式，也可以采用嵌套的方式得到具體的節點，比如使用Pointer(Pointer)來表示。
- !a
  我們這個編譯器忽略了這樣的結構，但是如果大家有興趣，完全可以再派生出一個新的類來表示。同時，記得抽象出具體的表達式描述。

4.1.2 雙目運算符

? ? ? ? 典型地，所有的四則運算、邏輯和條件操作都是雙目運算。與前面介紹的單目表達式節點定義策略不同，由于雙目運算符眾多，如果針對具體運算符派生節點，節點類將非常多。事實上，這些雙目運算符操作都非常類似，與單目運算符大不同。因此，直接將表達式中的運算符存在節點之中，這樣的節點可以定義為：

class BinOp(AST):
    """any binary operator, (+, -, *, /)"""
    def __init__(self, left, op, right):
        self.left = left
        self.op = op
        self.right = right

賦值操作也是一個雙目運算符，完全可以采用上面節點來表示。

4.1.3 特殊運算符

? ? ? ? 除了單目和雙目運算符，C語言中有且僅有一個三目運算符：?:，但我們這里不作考慮，因為它完全可以用條件語句來替代。這里重點考慮幾個特殊的運算符。在結構體中，我們通常用.或者->來指示具體的成員變量，雖然也可以當成一種雙目操作，但是含義上仍然與其不同，定義新的一個節點為：

class StructOp(AST):
    """any binary operator for struct, ., ->"""
    TO_OPS = ['.', '->']

    def __init__(self, left, op, right):
        self.parent = left
        self.op = op
        self.member = right

4.2 語句（Statement）

? ? ? ? 對于語句，我們重點突出它們的結構特征,仍然按照前面的分類進行討論。

4.2.1 空語句

? ? ? ? 單獨;組成的語句，雖然沒有實際意義，但具有特殊的含義。定義如下：

class EmptyStatement(AST):
    """empty statement"""
    pass

4.2.2 選擇語句

? ? ? ? 判斷條件和具體的執行內容就是我們關心的。于是，可以定義為：

class IfStatement(AST):
    """if else statement"""
    def __init__(self, expr, then_stmt, else_stmt):
        self.expr = expr
        self.then_stmt = then_stmt
        self.else_stmt = else_stmt

4.2.3 跳轉語句

? ? ? ? break和continue并不包含附屬的信息，但本身蘊涵著信息。因此，需要具體的節點表示。而return可能存在返回值，于是，它們可以表示為：

class BreakStatement(AST):
    """A break statement"""
    pass

class ContinueStatement(AST):
    """A continue statement"""
    pass

class ReturnStatement(AST):
    """return statement"""
    def __init__(self, expr=None):
        self.expr = expr if expr is not None else EmptyStatement()

4.2.4 迭代語句

? ? ? ? 和選擇語句類似，可以表示為：

class WhileLoop(AST):
    """while loop"""
    def __init__(self, expr, stmt):
        self.expr = expr
        self.stmt = stmt

class ForLoop(AST):
    """for loop"""
    def __init__(self, begin_stmt, expr, end_stmt, stmt):
        self.begin_stmt = begin_stmt
        self.end_stmt = end_stmt
        self.expr = expr
        self.stmt = stmt

4.2.5 復合語句

? ? ? ? 復合語句的大括號中包含著由一系列的聲明和語句組成的集合。對于這樣的集合，其實就是我們前面的描述中出現的各種xxx_list，比如：

statement_list : statement 
               | statement_list statement

我們將這些集合統一表示為一個list模板節點，抽象描述中介紹的所有list都從這個節點派生：

class NodeList(AST):
    """A list of nodes"""
    def __init__(self, node=None):
        self.nodes = []
        if node is not None:
            self.nodes.append(node)

    def add(self, node):
        self.nodes.append(node)

那么這里用到的declaration_list, statement_list就可以照貓畫虎了：

class statement_list(NodeList):
    """A list of nodes of statement"""
    pass

class declaration_list(NodeList):
    """A list of nodes of declaration"""
    pass

沒有具體對應的操作，只是方便我們記憶和處理。進而，符合語句就可以表示為：

class CompoundStatement(AST):
    """A compound statement, e.g. '{ int i; i += 1; }'."""
    def __init__(self, declaration_list, statement_list):
        self.declarations = declaration_list
        self.statements = statement_list

初始化復合語句時，將使用聲明和語句的集合。

4.2.6 表達式語句

? ? ? ? 表達式語句由表達式和分號組成，可表示為：

class ExpressionStatement(AST):
    """A expression statement"""
    def __init__(self, expr):
        self.expr = expr

4.3 聲明（Declaration）

? ? ? ? 聲明，簡單地理解就是由類型符和變量名組成。

4.3.1 類型符

? ? ? ? 為了表示數據的類型，我們仿照單目運算符的策略，定義一個模板類型的類：

class Type(AST):
    """assign a type node to variable"""
    pass

通過派生具體的數據類型，如int, char，就可以表示對應的類型。但是，由于指針類型的存在，比如：struct Point* point; int* array[3]; int** a;這樣的聲明變量的方式，必須對這個模板類做出一些調整，使得它能夠很好地表示這種嵌套的數據類型。為此，我們為這個模板類型增加一個child的成員變量，進而表示如下：

class Type(AST):
    """assign a type node to variable"""
    def __init__(self, child=None):
        self.child = child

    def set_base_type(self, type):
        if self.child is None:
            self.child = type
        else:
            self.child.set_base_type(type)

成員函數child的存在，方便了我們嵌套地包含更多的數據類型。對于int** a;，就可以表示為：Type(Type(Type)) -> * ( * ( int ))。其中，括號內的類型就是外層類型的child。此時，通過派生出的具體的類型，就可以逐層地描述變量。具體地，我們可以派生出如下的類型：

基本數據類型

class BaseType(Type):
    """A base type representing ints, chars, etc..."""
    def __init__(self, type_str, child=None):
        Type.__init__(self, child)
        self.type_str = type_str

指針類型

class PointerType(Type):
    """A type representing a pointer to another (nested) type."""
    def __init__(self, child=None):
        Type.__init__(self, child)

結構體類型

class StructType(Type):
    """A type represent a struct"""
    def __init__(self, struct_name, expr_list=None, child=None):
        Type.__init__(self, child)
        self.name = struct_name
        self.exprs = expr_list

枚舉類型

class EnumType(Type):
    """A type represent an enum"""
    def __init__(self, enum_name=None, expr_list=None, child=None):
        Type.__init__(self, child)
        self.name = enum_name
        self.exprs = expr_list

4.3.2 聲明

? ? ? ? 有了類型符，加上變量的名字，就構成了廣義的聲明，可以表示為：

class Declaration(AST):
    """A node representing a declaration of a function or variable."""
    def __init__(self, name, type=None):
        self.type = type
        self.name = name

    def set_type(self, type):
        if self.type is None:
            self.type = type
        else:
            self.type.set_base_type(type)

? ? ? ? 但是，變量不單單是名字而已，還可以有其它的類型，比如還可以是數組或者函數：

direct_declarator : ID
                  | direct_declarator ( parameter_type_list ) 
                  | direct_declarator ( )
                  | direct_declarator [ const_expression ] 
                  | direct_declarator [ ]

因此，為了能夠表示這兩種后綴形式的變量，在聲明中定義下面的方法來添加這些后綴，并且是以上面定義的類型符來表示的：

    def add_type(self, type):
        type.set_base_type(self.type)
        self.type = type

這樣，就需要對應地添加數組或者函數類型：

class ArrayType(Type):
    """A type representing an array, e.g. a[], a[5]"""
    def __init__(self, index, child=None):
        Type.__init__(self, child)
        self.index = index

class FunctionType(Type):
    """A type representing a function"""
    def __init__(self, parms=None, child=None):
        Type.__init__(self, child)
        self.parms = parms

    def get_return_type(self):
        """Returns the return type of the function."""
        return self.child

雖然沒有數組類型或者函數類型這樣一種說法，但是將變量前（類型符）后（數組或函數）都當成一種類型，方便我們可以靈活地處理聲明。

4.3.3 函數定義

? ? ? ? 有了前面關于類型與變量的定義和理解，我們可以單獨用一個類來表示函數的定義：

class FunctionDefn(AST):
    """A node representing a function definition"""
    def __init__(self, declaration, body):
        self.name = declaration.name
        self.function = declaration.type
        self.return_type = declaration.type.child
        self.body = body

這里就可以看出，函數類型的返回值也是一個類型，我們就可以從聲明中直接獲得，簡化了編程的過程。

? ? ? ? 準備工作終于做好，下一部分，我們將解決如何用這些抽象出的具體的AST節點組成整個語法結構的高樓，也就是語法樹。

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4.1 表達式（Expression）

4.1.1 單目運算符

4.1.2 雙目運算符

4.1.3 特殊運算符

4.2 語句（Statement）

4.2.1 空語句

4.2.2 選擇語句

4.2.3 跳轉語句

4.2.4 迭代語句

4.2.5 復合語句

4.2.6 表達式語句

4.3 聲明（Declaration）

4.3.1 類型符

4.3.2 聲明

4.3.3 函數定義

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4.1 表達式（Expression）

4.1.1 單目運算符

4.1.2 雙目運算符

4.1.3 特殊運算符

4.2 語句（Statement）

4.2.1 空語句

4.2.2 選擇語句

4.2.3 跳轉語句

4.2.4 迭代語句

4.2.5 復合語句

4.2.6 表達式語句

4.3 聲明（Declaration）

4.3.1 類型符

4.3.2 聲明

4.3.3 函數定義

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