在前兩篇博客中，我們完成了源碼的詞法分析，將代碼拆解為 Token 流，接下來就進(jìn)入理解如何用代碼結(jié)構(gòu)來表示程序中的表達(dá)式，也就是抽象語法樹（AST）的構(gòu)建。

本篇重點(diǎn)圍繞書中核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Expr 類展開，結(jié)合 C# 實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)講解它的設(shè)計(jì)理念、組成部分及其作用。理解了它，就為后續(xù)語法分析器和解釋器實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

為什么需要抽象語法樹（AST）？

編程語言的源代碼本質(zhì)上是字符串，但解釋器需要有“結(jié)構(gòu)化”語義才能理解執(zhí)行。抽象語法樹正是將線性文本轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化、樹狀的模型。

舉例：

(1 + 2) * 3

文本難以直接表達(dá)操作順序和層次，但 AST 會(huì)明確表達(dá)“先計(jì)算括號(hào)內(nèi)的加法，再乘以3”：

        *
       / \
      +   3
     / \
    1   2

Expr 類的設(shè)計(jì)理念

Expr 是一個(gè)抽象基類，代表所有表達(dá)式的通用類型。不同的具體表達(dá)式繼承自它：

• Literal：字面量表達(dá)式，比如數(shù)字、字符串等
• Binary：二元運(yùn)算表達(dá)式，如加法、乘法
• Grouping：用括號(hào)分組的表達(dá)式
• Unary：一元運(yùn)算表達(dá)式，如取負(fù)
• Variable、Assign 等（后續(xù)）

訪問者模式在 Expr 中的應(yīng)用

為了對(duì)表達(dá)式做各種操作（打印、求值、編譯等），書中采用了訪問者模式（Visitor Pattern），它能避免在表達(dá)式類里寫死所有邏輯，而是分離操作和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Visitor接口定義

public interface Visitor<T>
{
    T VisitBinaryExpr(Binary expr);
    T VisitGroupingExpr(Grouping expr);
    T VisitLiteralExpr(Literal expr);
    T VisitUnaryExpr(Unary expr);
}

• 這里的泛型 <T> 表示訪問方法的返回類型，可以是字符串、求值結(jié)果等。

Expr 抽象基類的 Accept 方法

public abstract T Accept<T>(Visitor<T> visitor);

• 每個(gè)具體表達(dá)式類都實(shí)現(xiàn)此方法，調(diào)用對(duì)應(yīng)的訪問者方法。

具體表達(dá)式類詳解

1. Binary（二元表達(dá)式）

public class Binary : Expr
{
    public Expr Left { get; }
    public Token Operator { get; }
    public Expr Right { get; }

    public Binary(Expr left, Token op, Expr right)
    {
        Left = left;
        Operator = op;
        Right = right;
    }

    public override T Accept<T>(Visitor<T> visitor)
    {
        return visitor.VisitBinaryExpr(this);
    }
}

• Left 和 Right 是操作數(shù)，均為 Expr 類型，支持嵌套表達(dá)式。
• Operator 是 Token，記錄運(yùn)算符本身，比如 +。

2. Literal（字面量表達(dá)式）

public class Literal : Expr
{
    public object Value { get; }

    public Literal(object value)
    {
        Value = value;
    }

    public override T Accept<T>(Visitor<T> visitor)
    {
        return visitor.VisitLiteralExpr(this);
    }
}

• 保存字面量值，可以是數(shù)字、字符串、布爾等。
• 訪問時(shí)直接返回該值。

3. Grouping（分組表達(dá)式）

public class Grouping : Expr
{
    public Expr Expression { get; }

    public Grouping(Expr expression)
    {
        Expression = expression;
    }

    public override T Accept<T>(Visitor<T> visitor)
    {
        return visitor.VisitGroupingExpr(this);
    }
}

• 表示括號(hào)內(nèi)的表達(dá)式，用于明確優(yōu)先級(jí)。

4. Unary（一元表達(dá)式）

public class Unary : Expr
{
    public Token Operator { get; }
    public Expr Right { get; }

    public Unary(Token op, Expr right)
    {
        Operator = op;
        Right = right;
    }

    public override T Accept<T>(Visitor<T> visitor)
    {
        return visitor.VisitUnaryExpr(this);
    }
}

• 一元操作符，如負(fù)號(hào) -。

Expr 的作用和價(jià)值

• 表達(dá)式樹是解釋器的核心數(shù)據(jù)模型，它將文本代碼轉(zhuǎn)換為層次分明的結(jié)構(gòu)。
• 使用訪問者模式后，我們可以靈活地?cái)U(kuò)展各種表達(dá)式操作，比如打印、求值、靜態(tài)分析。
• Expr 的設(shè)計(jì)讓代碼清晰且易維護(hù)，符合面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則。