巴科斯-诺尔范式与抽象语法树：CMake语法实例教程
巴科斯-诺尔范式与抽象语法树：CMake语法实例教程
在CMake的官方文档中，很多语法描述都借鉴了BNF（巴科斯-诺尔范式，Backus-Naur Form）。这是一种形式化语言描述工具，广泛用于编译器设计、解释器开发以及DSL（领域特定语言）的语法解析。
本教程将通过一个完整的CMake示例，一步步拆解BNF常见元素，并结合**BNF树（Parse Tree）与AST（抽象语法树）**的概念，助你快速掌握这门必备技能。
1️⃣ BNF基础与常用符号
✨ 基本概念
| 符号/术语 | 说明 |
|---|---|
<非终结符> | 语法结构的抽象表示，不直接出现在代码中。 |
"终结符" | 代码中必须完全一致出现的符号（含引号）。 |
| ` | ` |
* | 表示前面的元素可以重复0次或多次。 |
+ | 表示前面的元素必须至少出现1次。 |
? | 表示前面的元素最多出现1次（可选）。 |
[] | 常用于文档说明中，表示可选，但在BNF里一般不出现。 |
2️⃣ CMake示例：find_package
我们以CMake最常用的 find_package 语句作为示例，先给出一条示例调用：
find_package(Qt6 6.4 REQUIRED COMPONENTS Core Widgets)
这是一个典型的调用，告诉CMake需要找到Qt6版本6.4及其Core和Widgets组件。
3️⃣ BNF完整描述示例
以下是一个示范性的BNF（并非官方，仅作教学用途）：
<find_package_invocation> ::= "find_package" "(" <package_name> [<version>] [<options>] [<components>] ")"<package_name> ::= <identifier><version> ::= <number> ("." <number>)*<options> ::= <option>*<option> ::= "REQUIRED" | "QUIET" | "EXACT"<components> ::= "COMPONENTS" <component_name>+<component_name> ::= <identifier><identifier> ::= <letter> (<letter> | <digit>)*<letter> ::= "A" | ... | "Z" | "a" | ... | "z" | "_"<digit> ::= "0" | ... | "9"
🚀 一步步拆解BNF元素
-
非终结符（尖括号括起）：
例子：<find_package_invocation>、<package_name>、<version>等。 -
终结符（用引号括起）：
例子："find_package"、"("、"REQUIRED"、"COMPONENTS"。 -
管道符（|）：
例子："REQUIRED" | "QUIET" | "EXACT"表示三选一。 -
星号（*）：
例子：<option>*表示<option>可以重复0次或多次。 -
加号（+）：
例子：<component_name>+表示至少一个<component_name>。 -
中括号（[]）：
这里表示可选，并非严格BNF符号，而是文档中的辅助说明。
4️⃣ 解析示例：BNF树与AST
🌳 BNF树（Parse Tree）
对示例 find_package(Qt6 6.4 REQUIRED COMPONENTS Core Widgets)，BNF树如下（简化）：
<find_package_invocation>├── "find_package"├── "("├── <package_name>: Qt6├── <version>│ ├── <number>: 6│ └── "." <number>: 4├── <options>│ └── "REQUIRED"├── <components>│ ├── "COMPONENTS"│ ├── <component_name>: Core│ └── <component_name>: Widgets└── ")"
BNF树完整地展示了每一步的解析过程，包括括号和所有中间节点。
🌟 AST（抽象语法树）
相比BNF树，AST更关注语义，省略了括号等不重要的符号：
FindPackageInvocation├── PackageName: Qt6├── Version: 6.4├── Options:│ └── REQUIRED└── Components:├── Core└── Widgets
5️⃣ 小结：BNF与AST的意义
✅ 通过BNF可以：
- 精确描述语言的语法规则。
- 为工具（如CMake）提供严格的语法校验。
✅ 通过BNF树可以：
- 看到每一步推导过程，适合调试语法分析器。
✅ 通过AST可以：
- 聚焦程序的实际结构（省略括号、标点等）。
- 为编译器/解释器提供语义分析的输入。
6️⃣ 为什么要掌握这些？
🌟 读者学了BNF及AST后，可以：
- 更快看懂CMake的文档，尤其是复杂的find_package用法。
- 编写自己的DSL语言或工具。
- 理解编译器、解释器的底层工作原理。
- 轻松跨语言迁移（BNF和AST是语言无关的）。
结语
BNF（巴科斯-诺尔范式）和AST（抽象语法树）是编程语言世界里的两把瑞士军刀，学会了它们，你就能快速解构任何语法描述，如同读懂一门新语言的说明书。🚀
如果你准备好踏上语言解析的旅程，不妨先用CMake试试手吧！