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 | Tint parseExpression() {int result = parseTerm(); // 解析 Twhile (pos < input.size() && input[pos] == '+') {pos++; // 跳过 '+'result += parseTerm(); // 解析下一个 T}return result;}// 解析项:T -> F * T | Fint parseTerm() {int result = parseFactor(); // 解析 Fwhile (pos < input.size() && input[pos] == '*') {pos++; // 跳过 '*'result *= parseFactor(); // 解析下一个 F}return result;}// 解析因子:F -> ( E ) | numberint 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: 20return 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。