創建自己的可編譯為 JavaScript 的程式語言是一段迷人的旅程。這個專案將把您的技能推向極限，並讓您更深入地了解語言的底層工作原理。
讓我們從基礎開始。 JavaScript 的自訂語言編譯器通常涉及三個主要階段：詞法分析、解析和程式碼產生。
詞法分析是第一步。在這裡，我們將原始碼分解為令牌。這些是我們語言中最小的意義單位。例如，在語句「let x = 5;」中，我們有「let」、「x」、「=」、「5」和「;」的標記。
這是一個簡單的 JavaScript 詞法分析器：
function lexer(input) {
let tokens = [];
let current = 0;
while (current < input.length) {
let char = input[current];
if (char === '=' || char === ';') {
tokens.push({ type: 'operator', value: char });
current++;
continue;
}
if (/\s/.test(char)) {
current++;
continue;
}
if (/[a-z]/i.test(char)) {
let value = '';
while (/[a-z]/i.test(char)) {
value += char;
char = input[++current];
}
tokens.push({ type: 'identifier', value });
continue;
}
if (/\d/.test(char)) {
let value = '';
while (/\d/.test(char)) {
value += char;
char = input[++current];
}
tokens.push({ type: 'number', value });
continue;
}
throw new Error('Unknown character: ' + char);
}
return tokens;
}
這個詞法分析器可以處理簡單的賦值，例如「let x = 5;」。它很基礎，但它讓您了解詞法分析的工作原理。
接下來是解析。這是我們獲取令牌流並建立抽象語法樹（AST）的地方。 AST 代表了我們程式的結構。
這是我們語言的一個簡單解析器：
function parser(tokens) {
let current = 0;
function walk() {
let token = tokens[current];
if (token.type === 'identifier' && token.value === 'let') {
let node = {
type: 'VariableDeclaration',
name: tokens[++current].value,
value: null
};
current += 2; // Skip the '='
node.value = walk();
return node;
}
if (token.type === 'number') {
current++;
return { type: 'NumberLiteral', value: token.value };
}
throw new TypeError(token.type);
}
let ast = {
type: 'Program',
body: []
};
while (current < tokens.length) {
ast.body.push(walk());
}
return ast;
}
這個解析器可以處理簡單的變數宣告。它不是很強大，但它說明了這個概念。
最後一步是程式碼產生。這是我們將 AST 轉換為 JavaScript 程式碼的地方。這是一個簡單的程式碼產生器：
function codeGenerator(node) {
switch (node.type) {
case 'Program':
return node.body.map(codeGenerator).join('\n');
case 'VariableDeclaration':
return 'let ' + node.name + ' = ' + codeGenerator(node.value) + ';';
case 'NumberLiteral':
return node.value;
default:
throw new TypeError(node.type);
}
}
現在我們可以把它們放在一起：
function compile(input) {
let tokens = lexer(input);
let ast = parser(tokens);
let output = codeGenerator(ast);
return output;
}
console.log(compile('let x = 5;'));
// Outputs: let x = 5;
這只是表面現象。真正的語言編譯器需要處理更多內容：函數、控制結構、運算子等等。但這可以讓您體驗所涉及的內容。
隨著我們擴展語言，我們需要在詞法分析器中添加更多標記類型，向解析器添加更多節點類型，並為程式碼產生器添加更多案例。我們可能還想在解析和程式碼產生之間添加一個中間表示 (IR) 階段，這可以更輕鬆地執行最佳化。
讓我們加入簡單算術表達式的支援：
// Add to lexer
if (char === '+' || char === '-' || char === '*' || char === '/') {
tokens.push({ type: 'operator', value: char });
current++;
continue;
}
// Add to parser
if (token.type === 'number' || token.type === 'identifier') {
let node = { type: token.type, value: token.value };
current++;
if (tokens[current] && tokens[current].type === 'operator') {
node = {
type: 'BinaryExpression',
operator: tokens[current].value,
left: node,
right: walk()
};
current++;
}
return node;
}
// Add to code generator
case 'BinaryExpression':
return codeGenerator(node.left) + ' ' + node.operator + ' ' + codeGenerator(node.right);
case 'identifier':
return node.value;
現在我們的編譯器可以處理像「let x = 5 3;」這樣的表達式。
隨著我們繼續建立我們的語言，我們將面臨有趣的挑戰。我們如何處理運算子優先級？我們如何實作 if 語句和迴圈等控制結構？我們如何處理函數和變數範圍？
這些問題引導我們進入更進階的主題。我們可以實作一個符號表來追蹤變數及其範圍。我們可以添加類型檢查以在運行前捕獲錯誤。我們甚至可以實現自己的執行環境。
一個特別有趣的領域是最佳化。一旦我們有了 AST，我們就可以對其進行分析和轉換，以使生成的程式碼更有效率。例如，我們可以實現常數折疊，在編譯時評估常數表達式：
function lexer(input) {
let tokens = [];
let current = 0;
while (current < input.length) {
let char = input[current];
if (char === '=' || char === ';') {
tokens.push({ type: 'operator', value: char });
current++;
continue;
}
if (/\s/.test(char)) {
current++;
continue;
}
if (/[a-z]/i.test(char)) {
let value = '';
while (/[a-z]/i.test(char)) {
value += char;
char = input[++current];
}
tokens.push({ type: 'identifier', value });
continue;
}
if (/\d/.test(char)) {
let value = '';
while (/\d/.test(char)) {
value += char;
char = input[++current];
}
tokens.push({ type: 'number', value });
continue;
}
throw new Error('Unknown character: ' + char);
}
return tokens;
}
我們可以在程式碼產生階段在每個節點上呼叫此函數。
另一個進階主題是來源映射產生。來源映射允許偵錯器在生成的 JavaScript 和我們的原始原始程式碼之間進行映射，從而使偵錯變得更加容易。
隨著我們深入研究語言設計，我們開始理解其中的細微差別和權衡。我們的語言應該是強型別的還是動態型別的？我們如何平衡表現力和安全性？什麼語法將使我們的語言直觀且易於使用？
建構一種可編譯為 JavaScript 的語言也讓我們對 JavaScript 本身有了獨特的視角。我們開始明白為什麼要做出某些設計決策，並且我們對語言的怪癖和功能有了更深入的了解。
此外，這個計畫可以顯著增強我們對其他語言和工具的理解。我們遇到的許多概念——詞法作用域、類型系統、垃圾收集——都是程式語言設計和實現的基礎。
值得注意的是，當我們編譯為 JavaScript 時，其中許多原則也適用於其他目標語言。一旦您了解了基礎知識，您就可以調整編譯器以輸出 Python、Java 甚至機器碼。
當我們結束時，很明顯地建立語言轉譯器並不是一件容易的事。這是一個可以與您一起成長的項目，始終提供新的挑戰和學習機會。無論您是想為特定問題創建特定於領域的語言，還是只是對語言的工作原理感到好奇，這個專案都是加深您的程式設計知識的絕佳方式。
請記住，目標不一定是創建下一個大型程式語言。真正的價值在於旅程——你獲得的理解、你解決的問題以及你發展的新思維方式。因此，不要害怕嘗試、犯錯，並突破你認為可能的界線。快樂編碼！
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