打造自己的語言：從頭開始建立 JavaScript 轉譯器

讓我們透過建立自訂語言轉譯器來探索 JavaScript 中編譯器建構的迷人世界。這趟旅程將帶我們了解核心概念和實際實現，為我們提供創建自己的程式語言的工具。

首先，我們要了解什麼是轉譯器。它是一種將原始程式碼從一種程式語言翻譯為另一種程式語言的編譯器。在我們的例子中，我們將把自訂語言翻譯成 JavaScript。

建構轉譯器的過程涉及幾個關鍵步驟：詞法分析、解析和代碼生成。讓我們從詞法分析開始。

詞法分析或標記化是將輸入原始碼分解為一系列標記的過程。每個標記代表我們語言中的一個有意義的單元，例如關鍵字、標識符或運算符。這是一個簡單的詞法分析器實作：

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;
}

這個詞法分析器可以辨識括號、數字和名稱（識別碼）。這是一個基本的實現，但它為我們提供了一個很好的起點。

接下來，我們繼續解析。解析器取得詞法分析器產生的標記流並建立抽象語法樹 (AST)。 AST 以一種易於編譯器使用的方式表示程式的結構。這是一個簡單的解析器：

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;
}

這個解析器為帶有函數呼叫和數字文字的簡單語言創建了 AST。這是我們可以建立更複雜語言的良好基礎。

有了 AST，我們就可以繼續程式碼產生了。這是我們將 AST 轉換為有效 JavaScript 程式碼的地方。這是一個基本的程式碼產生器：

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);
  }
}

這個程式碼產生器採用我們的 AST 並產生 JavaScript 程式碼。這是一個簡化版本，但它演示了基本原理。

現在我們有了這些核心元件，我們可以開始考慮更進階的功能。例如，類型檢查對於許多程式語言至關重要。我們可以透過遍歷 AST 並驗證是否在相容類型上執行操作來實現基本類型檢查器。

最佳化是編譯器設計的另一個重要面向。我們可以實現簡單的最佳化，例如常數折疊（在編譯時評估常數表達式）或死程式碼消除（刪除對程式輸出沒有影響的程式碼）。

錯誤處理對於創建用戶友好的語言至關重要。當編譯器遇到問題時，我們應該提供清晰、有用的錯誤訊息。這可能涉及在詞法分析和解析期間追蹤行號和列號，並將此資訊包含在我們的錯誤訊息中。

讓我們看看如何實作一個簡單的自訂控制結構。假設我們要為我們的語言添加一個「重複」語句，該語句將程式碼區塊重複指定的次數：

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;
}

這展示了我們如何使用翻譯成標準 JavaScript 的自訂結構來擴展我們的語言。

來源映射是另一個重要的考慮因素。它允許我們將生成的 JavaScript 映射回原始原始程式碼，這對於調試至關重要。我們可以透過在生成程式碼時追蹤原始來源位置並在生成的 JavaScript 旁邊輸出來源映射來實現此目的。

將我們的轉譯器整合到建造過程中可以大大改善開發人員的體驗。我們可以為 Webpack 或 Rollup 等流行的構建工具創建插件，讓開發人員能夠在他們的專案中無縫地使用我們的語言。

隨著我們開發語言，我們可能會想要增加更多進階功能。我們可以實作一個模組系統，增加對物件導向程式設計的支持，或是建立一個內建函數的標準函式庫。

在整個過程中，牢記效能非常重要。編譯器效能會對開發人員的工作效率產生重大影響，尤其是對於大型專案。我們應該分析我們的編譯器並優化最耗時的部分。

建構轉譯器是一個複雜但有益的過程。它讓我們深入了解程式語言的工作原理，並讓我們能夠塑造在程式碼中表達想法的方式。無論我們是為特定問題領域創建特定領域的語言，還是嘗試新的語言功能，我們在這裡學到的技能都打開了一個充滿可能性的世界。

記住，最好的學習方法就是實踐。從小處開始，也許使用簡單的計算器語言，然後隨著您對這些概念越來越熟悉，逐漸添加更多功能。不要害怕嘗試和犯錯——這就是我們作為開發人員學習和成長的方式。

總之，JavaScript 中的編譯器建置是一個強大的工具，它允許我們創建適合我們需求的自訂語言。透過理解詞法分析、解析和代碼生成的原理，我們可以建構轉譯器，開啟思考和解決程式碼問題的新方法。所以去創造吧－－唯一的限制就是你的想像！

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