Créez votre propre langage : créez un transpilateur JavaScript à partir de zéro

Explorons le monde fascinant de la construction de compilateurs en JavaScript en créant un transpilateur de langage personnalisé. Ce voyage nous fera découvrir les concepts de base et les implémentations pratiques, nous donnant les outils nécessaires pour créer notre propre langage de programmation.

Tout d’abord, nous devons comprendre ce qu’est un transpileur. C'est un type de compilateur qui traduit le code source d'un langage de programmation à un autre. Dans notre cas, nous traduirons notre langage personnalisé en JavaScript.

Le processus de création d'un transpileur implique plusieurs étapes clés : l'analyse lexicale, l'analyse syntaxique et la génération de code. Commençons par l'analyse lexicale.

L'analyse lexicale, ou tokenisation, est le processus de décomposition du code source d'entrée en une série de jetons. Chaque jeton représente une unité significative dans notre langage, comme des mots-clés, des identifiants ou des opérateurs. Voici une implémentation simple de Lexer :

function lexer(input) {
  const tokens = [];
  let current = 0;

  while (current < input.length) {
    let char = input[current];

    if (char === '(') {
      tokens.push({ type: 'paren', value: '(' });
      current++;
      continue;
    }

    if (char === ')') {
      tokens.push({ type: 'paren', value: ')' });
      current++;
      continue;
    }

    if (/\s/.test(char)) {
      current++;
      continue;
    }

    if (/[0-9]/.test(char)) {
      let value = '';
      while (/[0-9]/.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'number', value });
      continue;
    }

    if (/[a-z]/i.test(char)) {
      let value = '';
      while (/[a-z]/i.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'name', value });
      continue;
    }

    throw new TypeError('Unknown character: ' + char);
  }

  return tokens;
}

Ce lexer reconnaît les parenthèses, les nombres et les noms (identifiants). C'est une implémentation basique, mais cela nous donne un bon point de départ.

Ensuite, nous passons à l'analyse. L'analyseur prend le flux de jetons produit par le lexer et construit un arbre de syntaxe abstraite (AST). L'AST représente la structure de notre programme d'une manière facile à utiliser pour le compilateur. Voici un analyseur simple :

function parser(tokens) {
  let current = 0;

  function walk() {
    let token = tokens[current];

    if (token.type === 'number') {
      current++;
      return {
        type: 'NumberLiteral',
        value: token.value,
      };
    }

    if (token.type === 'paren' && token.value === '(') {
      token = tokens[++current];

      let node = {
        type: 'CallExpression',
        name: token.value,
        params: [],
      };

      token = tokens[++current];

      while (
        (token.type !== 'paren') ||
        (token.type === 'paren' && token.value !== ')')
      ) {
        node.params.push(walk());
        token = tokens[current];
      }

      current++;

      return node;
    }

    throw new TypeError(token.type);
  }

  let ast = {
    type: 'Program',
    body: [],
  };

  while (current < tokens.length) {
    ast.body.push(walk());
  }

  return ast;
}

Cet analyseur crée un AST pour un langage simple avec des appels de fonction et des littéraux numériques. C'est une bonne base sur laquelle nous pouvons nous appuyer pour des langages plus complexes.

Avec notre AST en main, nous pouvons passer à la génération de code. C'est ici que nous traduisons notre AST en code JavaScript valide. Voici un générateur de code de base :

function codeGenerator(node) {
  switch (node.type) {
    case 'Program':
      return node.body.map(codeGenerator).join('\n');

    case 'ExpressionStatement':
      return codeGenerator(node.expression) + ';';

    case 'CallExpression':
      return (
        codeGenerator(node.callee) +
        '(' +
        node.arguments.map(codeGenerator).join(', ') +
        ')'
      );

    case 'Identifier':
      return node.name;

    case 'NumberLiteral':
      return node.value;

    case 'StringLiteral':
      return '"' + node.value + '"';

    default:
      throw new TypeError(node.type);
  }
}

Ce générateur de code prend notre AST et produit du code JavaScript. C'est une version simplifiée, mais elle démontre le principe de base.

Maintenant que nous disposons de ces composants de base, nous pouvons commencer à réfléchir à des fonctionnalités plus avancées. La vérification de type, par exemple, est cruciale pour de nombreux langages de programmation. Nous pouvons implémenter un vérificateur de type de base en parcourant notre AST et en vérifiant que les opérations sont effectuées sur des types compatibles.

L'optimisation est un autre aspect important de la conception du compilateur. Nous pouvons implémenter des optimisations simples comme le pliage constant (évaluer les expressions constantes au moment de la compilation) ou l'élimination du code mort (supprimer le code qui n'a aucun effet sur la sortie du programme).

La gestion des erreurs est cruciale pour créer un langage convivial. Nous devons fournir des messages d'erreur clairs et utiles lorsque le compilateur rencontre des problèmes. Cela peut impliquer de garder une trace des numéros de ligne et de colonne pendant le lexage et l'analyse, et d'inclure ces informations dans nos messages d'erreur.

Voyons comment nous pourrions implémenter une structure de contrôle personnalisée simple. Supposons que nous souhaitions ajouter une instruction « repeat » à notre langage qui répète un bloc de code un nombre de fois spécifié :

function lexer(input) {
  const tokens = [];
  let current = 0;

  while (current < input.length) {
    let char = input[current];

    if (char === '(') {
      tokens.push({ type: 'paren', value: '(' });
      current++;
      continue;
    }

    if (char === ')') {
      tokens.push({ type: 'paren', value: ')' });
      current++;
      continue;
    }

    if (/\s/.test(char)) {
      current++;
      continue;
    }

    if (/[0-9]/.test(char)) {
      let value = '';
      while (/[0-9]/.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'number', value });
      continue;
    }

    if (/[a-z]/i.test(char)) {
      let value = '';
      while (/[a-z]/i.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'name', value });
      continue;
    }

    throw new TypeError('Unknown character: ' + char);
  }

  return tokens;
}

Cela montre comment nous pouvons étendre notre langage avec des constructions personnalisées qui sont traduites en JavaScript standard.

Le mappage source est une autre considération importante. Cela nous permet de mapper le JavaScript généré à notre code source d'origine, ce qui est crucial pour le débogage. Nous pouvons implémenter cela en gardant une trace des positions des sources d'origine au fur et à mesure que nous générons du code et en produisant une carte source avec notre JavaScript généré.

L'intégration de notre transpilateur dans les processus de construction peut grandement améliorer l'expérience des développeurs. Nous pourrions créer des plugins pour des outils de construction populaires comme Webpack ou Rollup, permettant aux développeurs d'utiliser de manière transparente notre langage dans leurs projets.

Au fur et à mesure que nous développons notre langage, nous souhaiterons probablement ajouter des fonctionnalités plus avancées. Nous pourrions implémenter un système de modules, ajouter la prise en charge de la programmation orientée objet ou créer une bibliothèque standard de fonctions intégrées.

Tout au long de ce processus, il est important de garder la performance à l'esprit. Les performances du compilateur peuvent avoir un impact significatif sur la productivité des développeurs, en particulier pour les grands projets. Nous devrions profiler notre compilateur et optimiser les parties les plus chronophages.

Construire un transpileur est un processus complexe mais enrichissant. Cela nous donne une compréhension approfondie du fonctionnement des langages de programmation et nous permet de façonner la façon dont nous exprimons nos idées dans le code. Que nous créions un langage spécifique à un domaine problématique particulier ou que nous expérimentions de nouvelles fonctionnalités linguistiques, les compétences que nous avons acquises ici ouvrent un monde de possibilités.

N'oubliez pas que la meilleure façon d'apprendre est de faire. Commencez petit, peut-être avec un simple langage de calculatrice, et ajoutez progressivement plus de fonctionnalités à mesure que vous vous familiarisez avec les concepts. N'ayez pas peur d'expérimenter et de faire des erreurs : c'est ainsi que nous apprenons et grandissons en tant que développeurs.

En conclusion, la construction d'un compilateur en JavaScript est un outil puissant qui nous permet de créer des langages personnalisés adaptés à nos besoins. En comprenant les principes de l'analyse lexicale, de l'analyse syntaxique et de la génération de code, nous pouvons créer des transpilateurs qui ouvrent de nouvelles façons de réfléchir et de résoudre les problèmes de code. Alors allez-y et créez – la seule limite est votre imagination !

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