打造你自己的语言：从头开始构建 JavaScript 转译器

让我们通过构建自定义语言转译器来探索 JavaScript 中编译器构建的迷人世界。这次旅程将带我们了解核心概念和实际实现，为我们提供创建自己的编程语言的工具。

首先，我们需要了解什么是转译器。它是一种将源代码从一种编程语言翻译为另一种编程语言的编译器。在我们的例子中，我们将把自定义语言翻译成 JavaScript。

构建转译器的过程涉及几个关键步骤：词法分析、解析和代码生成。让我们从词法分析开始。

词法分析或标记化是将输入源代码分解为一系列标记的过程。每个标记代表我们语言中的一个有意义的单元，例如关键字、标识符或运算符。这是一个简单的词法分析器实现：

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;
}

此词法分析器可识别括号、数字和名称（标识符）。这是一个基本的实现，但它为我们提供了一个很好的起点。

接下来，我们继续解析。解析器获取词法分析器生成的标记流并构建抽象语法树 (AST)。 AST 以一种易于编译器使用的方式表示程序的结构。这是一个简单的解析器：

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;
}

此解析器为带有函数调用和数字文字的简单语言创建 AST。这是我们可以构建更复杂语言的良好基础。

有了 AST，我们就可以继续代码生成了。这是我们将 AST 转换为有效 JavaScript 代码的地方。这是一个基本的代码生成器：

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);
  }
}

这个代码生成器采用我们的 AST 并生成 JavaScript 代码。这是一个简化版本，但它演示了基本原理。

现在我们有了这些核心组件，我们可以开始考虑更高级的功能。例如，类型检查对于许多编程语言至关重要。我们可以通过遍历 AST 并验证是否在兼容类型上执行操作来实现基本类型检查器。

优化是编译器设计的另一个重要方面。我们可以实现简单的优化，例如常量折叠（在编译时评估常量表达式）或死代码消除（删除对程序输出没有影响的代码）。

错误处理对于创建用户友好的语言至关重要。当编译器遇到问题时，我们应该提供清晰、有用的错误消息。这可能涉及在词法分析和解析期间跟踪行号和列号，并将此信息包含在我们的错误消息中。

让我们看看如何实现一个简单的自定义控制结构。假设我们要向我们的语言添加一个“重复”语句，该语句将代码块重复指定的次数：

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;
}

这展示了我们如何使用翻译成标准 JavaScript 的自定义结构来扩展我们的语言。

源映射是另一个重要的考虑因素。它允许我们将生成的 JavaScript 映射回原始源代码，这对于调试至关重要。我们可以通过在生成代码时跟踪原始源位置并在生成的 JavaScript 旁边输出源映射来实现此目的。

将我们的转译器集成到构建过程中可以极大地改善开发人员的体验。我们可以为 Webpack 或 Rollup 等流行的构建工具创建插件，让开发人员能够在他们的项目中无缝地使用我们的语言。

随着我们开发语言，我们可能会想要添加更多高级功能。我们可以实现一个模块系统，添加对面向对象编程的支持，或者创建一个内置函数的标准库。

在整个过程中，牢记性能非常重要。编译器性能会对开发人员的工作效率产生重大影响，尤其是对于大型项目。我们应该分析我们的编译器并优化最耗时的部分。

构建转译器是一个复杂但有益的过程。它让我们深入了解编程语言的工作原理，并让我们能够塑造在代码中表达想法的方式。无论我们是为特定问题领域创建特定领域的语言，还是尝试新的语言功能，我们在这里学到的技能都打开了一个充满可能性的世界。

记住，最好的学习方法就是实践。从小处开始，也许使用简单的计算器语言，然后随着您对这些概念越来越熟悉，逐渐添加更多功能。不要害怕尝试和犯错误——这就是我们作为开发人员学习和成长的方式。

总之，JavaScript 中的编译器构建是一个强大的工具，它允许我们创建适合我们需求的自定义语言。通过理解词法分析、解析和代码生成的原理，我们可以构建转译器，开辟思考和解决代码问题的新方法。所以去创造吧——唯一的限制就是你的想象力！

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