递归下降--自顶向下的解析方法
递归下降（Recursive Descent Parsing）是一种自顶向下的解析方法，用于解析编程语言的语法或表达式。
它通过使用一组递归的函数来处理文法规则（通常是上下文无关文法），从而将输入字符串解析为语法树或抽象语法树（AST）。
递归下降解析器是手工编写的，因此可以根据具体需要灵活地控制解析行为。
递归下降的基本思想
递归下降解析器的核心思想是：每个非终结符都对应一个解析函数，该函数负责根据文法规则处理相应的部分输入。
如果当前输入匹配文法规则，该函数会递归调用其他函数来解析子规则，并返回解析结果。
例如，考虑一个简单的四则运算表达式文法：
E -> T + E | T
T -> F * T | F
F -> ( E ) | number
其中：
E表示表达式（expression），T表示项（term），F表示因子（factor）。
在递归下降解析器中，每个文法规则都会有一个相应的函数。
递归下降的过程
以上面的四则运算为例，递归下降的过程如下：
- 启动解析：从最高层的非终结符
E（表达式）开始调用解析函数。E会尝试匹配T + E或T。 - 递归解析：如果
E的第一个规则（T + E）匹配，解析器会调用解析T的函数，然后期望遇到一个加号+，然后递归地解析下一个E。 - 处理子规则：解析函数会递归调用其他解析函数，直到匹配终结符（如数字）或遇到错误为止。
代码示例
以下是一个简化的递归下降解析器，用来解析简单的四则运算表达式：
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Parser {
public:
Parser(const string& input) : input(input), pos(0) {}
// 解析表达式
int parse() {
return parseExpression();
}
private:
string input;
size_t pos;
// 解析表达式：E -> T + E | T
int parseExpression() {
int result = parseTerm(); // 解析 T
while (pos < input.size() && input[pos] == '+') {
pos++; // 跳过 '+'
result += parseTerm(); // 解析下一个 T
}
return result;
}
// 解析项：T -> F * T | F
int parseTerm() {
int result = parseFactor(); // 解析 F
while (pos < input.size() && input[pos] == '*') {
pos++; // 跳过 '*'
result *= parseFactor(); // 解析下一个 F
}
return result;
}
// 解析因子：F -> ( E ) | number
int parseFactor() {
if (input[pos] == '(') {
pos++; // 跳过 '('
int result = parseExpression(); // 递归解析括号内的表达式
pos++; // 跳过 ')'
return result;
} else {
return parseNumber(); // 解析数字
}
}
// 解析数字
int parseNumber() {
int result = 0;
while (pos < input.size() && isdigit(input[pos])) {
result = result * 10 + (input[pos] - '0');
pos++;
}
return result;
}
};
int main() {
string input = "2 + 3 * (5 + 1)";
Parser parser(input);
cout << "Result: " << parser.parse() << endl; // 输出: Result: 20
return 0;
}
递归下降的关键特性
- 递归调用：解析器的每个函数都可能递归调用其他解析函数，以处理嵌套的语法规则。
- 自顶向下：解析器从文法的顶层非终结符开始解析，逐步向下递归处理子规则，直到匹配到终结符（如具体的数字或符号）。
- 回溯：有些递归下降解析器会进行回溯（即尝试不同的解析路径），但在常见的 LL(1) 文法中，通过简单的前瞻即可避免回溯。
递归下降的优缺点
优点：
- 易于实现：递归下降解析器通过递归函数自然地映射文法规则，手工编写相对简单。
- 可读性强：代码结构清晰，每个非终结符对应一个解析函数，易于维护。
- 灵活性：手工编写的解析器可以对不同的需求做出调整，比如处理错误、支持自定义的解析行为。
缺点：
- 左递归问题：递归下降解析器无法处理左递归文法（如
E -> E + T），因为会导致无限递归。 - 效率低于自动生成的解析器：递归下降解析器通常比自动生成的解析器慢，特别是在复杂文法中。
- 回溯问题：如果文法不具备单一前瞻解析（即 LL(1) 文法），可能会导致回溯解析，从而影响性能。
总结
递归下降是一种直观、易于实现的解析技术，适用于上下文无关文法的解析器实现。它通过函数递归来处理文法规则，并逐步解析输入，构建语法树。尽管它存在一些限制，如无法处理左递归，但其易读性和灵活性使得它在许多手工编写的解析器中被广泛使用。
