抽象语法树 (AST) 与解析树

软件工程和计算机科学建立在两个基本概念之上：语法分析树 (PTs) 和抽象语法树 (ASTs)。编写可靠有效的代码需要理解它们的区别。

尽管它们的目的和独特性有所不同，但两者对于语言的解析和解释都至关重要。本文将详细探讨这些区别，让读者对这两个概念都有一个很好的掌握。

语法分析树 (Concrete Syntax Tree)

语法分析树，或称 PT，是一种以树状结构表示编程语言语法结构的结构。它由节点组成，每个节点代表一个不同的语言元素，如术语、运算符或变量。与 AST 不同，PT 不会消除语言语法的细节。这意味着 PT 是代码的一种更详尽的表示，有助于调试。

a + b * c 的语法分析树

语法分析树的特征

1. 完整表示：它们捕获了所有语法规则和语法结构。
2. 详细：包含每个标记和中间语法元素。
3. 歧义解决：它们展示了如何应用歧义的语法规则。
4. 复杂性：由于包含了所有语法细节，通常更大、更复杂。

抽象语法树 (AST)

抽象语法树是对源代码结构的一种简化、抽象的表示。与语法分析树不同，AST 不包含语法中的所有细节。它们不关注标点符号和特定语法规则等无关或多余的信息，而是侧重于基本的语法部分及其层次关系。

a + b * c 的抽象语法树

AST 的特征

1. 简化表示：仅表示有意义的构造。
2. 紧凑：排除不必要的语法细节。
3. 侧重语义：更侧重于代码的含义而不是语法。
4. 易于操作：便于编译器优化和转换。

AST 和语法分析树之间的区别

特征 语法分析树 (Concrete Syntax Tree) 抽象语法树 (AST)

• 表示 语法分析树是具体且详细的，并严格遵循语法规则。AST 是抽象且简化的，侧重于基本构造。
• 包含的细节：所有语法细节，包括语法符号 仅包含重要的语法元素。
• 大小：更大、更复杂 更小、更紧凑。
• 目的：用于语法检查和语法验证 用于语义分析和代码生成。
• 歧义表示 显示所有可能的解析路径 表示单一的解释。
• 节点 包含所有中间语法规则 仅包含表达式、语句等有意义的构造。
• 操作的便捷性 由于结构详细，操作难度较大 由于结构简化，操作更为容易。
• 编译器阶段 主要用于解析阶段 用于语义分析和代码生成阶段。

使用难度 与语法分析树相比，AST 更容易理解，因为它提供了更多的源代码信息。由于比 AST 包含的源代码信息更少，因此语法分析树更难理解。

错误 AST 有助于检测语义错误，如类型不匹配、未定义变量或运算符使用不当。语法分析树对于检测语法错误至关重要。如果源代码不符合语法规则，解析器将无法生成有效的语法分析树。

错误定位 虽然 AST 抽象掉了一些细节，但它保留了足够的上下文信息，可以提供与程序逻辑相关的有意义的错误消息。详细的结构有助于精确定位语法错误的具体位置。

应用 LLVM (Low-Level Virtual Machine)：LLVM 严重依赖 AST 作为其中间表示 (IR)，从而能够进行复杂的优化和代码转换。GCC (GNU Compiler Collection)：GCC 在其编译过程中同时使用语法分析树和 AST。语法分析树是确保语法正确性的中间步骤，然后才使用 AST 进行优化和代码生成。

结论

AST 和语法分析树都代表了源代码的语法结构，只是抽象级别不同。语法分析树提供了与语言语法密切相关的详细视图。而 AST 提供了一种更抽象、简化的视角，更适合编译的后期阶段，例如语义分析和代码生成。对于任何从事编译器或解释器设计或操作的人来说，理解它们之间的区别至关重要。