Java 中的屠龙之术:如何修改语法树?
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2021-10-20 19:30
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作者:不学无数的程序员
来源:https://juejin.cn/post/6844903701094596615
在网上关于如何修改Java的抽象语法树的相关API文档并不多,于是本篇记录一下相关的知识点,以便随后查阅。
JCTree的介绍
JCTree是语法树元素的基类,包含一个重要的字段pos,该字段用于指明当前语法树节点(JCTree)在语法树中的位置,因此我们不能直接用new关键字来创建语法树节点,即使创建了也没有意义。
此外,结合访问者模式,将数据结构与数据的处理进行解耦,部分源码如下:
public abstract class JCTree implements Tree, Cloneable, DiagnosticPosition {
public int pos = -1;
...
public abstract void accept(JCTree.Visitor visitor);
...
}
我们可以看到JCTree是一个抽象类,这里重点介绍几个JCTree的子类
JCStatement:声明语法树节点,常见的子类如下
JCBlock:语句块语法树节点 JCReturn:return语句语法树节点 JCClassDecl:类定义语法树节点 JCVariableDecl:字段/变量定义语法树节点 JCMethodDecl:方法定义语法树节点
JCModifiers:访问标志语法树节点
JCExpression:表达式语法树节点,常见的子类如下
JCAssign:赋值语句语法树节点 JCIdent:标识符语法树节点,可以是变量,类型,关键字等等
TreeMaker介绍
TreeMaker用于创建一系列的语法树节点,我们上面说了创建JCTree不能直接使用new关键字来创建,所以Java为我们提供了一个工具,就是TreeMaker,它会在创建时为我们创建的JCTree对象设置pos字段,所以必须使用上下文相关的TreeMaker对象来创建语法树节点。
具体的API介绍可以参照,TreeMakerAPI,接下来着重介绍一下常用的几个方法。
TreeMaker.Modifiers
TreeMaker.Modifiers
方法用于创建访问标志语法树节点(JCModifiers),源码如下
public JCModifiers Modifiers(long flags) {
return Modifiers(flags, List.< JCAnnotation >nil());
}
public JCModifiers Modifiers(long flags,
List annotations) {
JCModifiers tree = new JCModifiers(flags, annotations);
boolean noFlags = (flags & (Flags.ModifierFlags | Flags.ANNOTATION)) == 0;
tree.pos = (noFlags && annotations.isEmpty()) ? Position.NOPOS : pos;
return tree;
}
flags:访问标志 annotations:注解列表
其中flags可以使用枚举类com.sun.tools.javac.code.Flags
来表示,例如我们可以这样用,就生成了下面的访问标志了。
treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC + Flags.STATIC + Flags.FINAL);
public static final
TreeMaker.ClassDef
TreeMaker.ClassDef用于创建类定义语法树节点(JCClassDecl),源码如下:
public JCClassDecl ClassDef(JCModifiers mods,
Name name,
List typarams,
JCExpression extending,
List implementing,
List defs) {
JCClassDecl tree = new JCClassDecl(mods,
name,
typarams,
extending,
implementing,
defs,
null);
tree.pos = pos;
return tree;
}
mods:访问标志,可以通过 TreeMaker.Modifiers
来创建name:类名 typarams:泛型参数列表 extending:父类 implementing:实现的接口 defs:类定义的详细语句,包括字段、方法的定义等等
TreeMaker.MethodDef
TreeMaker.MethodDef用于创建方法定义语法树节点(JCMethodDecl),源码如下
public JCMethodDecl MethodDef(JCModifiers mods,
Name name,
JCExpression restype,
List typarams,
List params,
List thrown,
JCBlock body,
JCExpression defaultValue) {
JCMethodDecl tree = new JCMethodDecl(mods,
name,
restype,
typarams,
params,
thrown,
body,
defaultValue,
null);
tree.pos = pos;
return tree;
}
public JCMethodDecl MethodDef(MethodSymbol m,
Type mtype,
JCBlock body) {
return (JCMethodDecl)
new JCMethodDecl(
Modifiers(m.flags(), Annotations(m.getAnnotationMirrors())),
m.name,
Type(mtype.getReturnType()),
TypeParams(mtype.getTypeArguments()),
Params(mtype.getParameterTypes(), m),
Types(mtype.getThrownTypes()),
body,
null,
m).setPos(pos).setType(mtype);
}
mods:访问标志 name:方法名 restype:返回类型 typarams:泛型参数列表 params:参数列表 thrown:异常声明列表 body:方法体 defaultValue:默认方法(可能是interface中的哪个default) m:方法符号 mtype:方法类型。包含多种类型,泛型参数类型、方法参数类型、异常参数类型、返回参数类型。
返回类型restype填写null或者
treeMaker.TypeIdent(TypeTag.VOID)
都代表返回void类型。
TreeMaker.VarDef
TreeMaker.VarDef用于创建字段/变量定义语法树节点(JCVariableDecl),源码如下
public JCVariableDecl VarDef(JCModifiers mods,
Name name,
JCExpression vartype,
JCExpression init) {
JCVariableDecl tree = new JCVariableDecl(mods, name, vartype, init, null);
tree.pos = pos;
return tree;
}
public JCVariableDecl VarDef(VarSymbol v,
JCExpression init) {
return (JCVariableDecl)
new JCVariableDecl(
Modifiers(v.flags(), Annotations(v.getAnnotationMirrors())),
v.name,
Type(v.type),
init,
v).setPos(pos).setType(v.type);
}
mods:访问标志 name:参数名称 vartype:类型 init:初始化语句 v:变量符号
TreeMaker.Ident
TreeMaker.Ident用于创建标识符语法树节点(JCIdent),源码如下
public JCIdent Ident(Name name) {
JCIdent tree = new JCIdent(name, null);
tree.pos = pos;
return tree;
}
public JCIdent Ident(Symbol sym) {
return (JCIdent)new JCIdent((sym.name != names.empty)
? sym.name
: sym.flatName(), sym)
.setPos(pos)
.setType(sym.type);
}
public JCExpression Ident(JCVariableDecl param) {
return Ident(param.sym);
}
TreeMaker.Return
TreeMaker.Return用于创建return语句(JCReturn),源码如下
public JCReturn Return(JCExpression expr) {
JCReturn tree = new JCReturn(expr);
tree.pos = pos;
return tree;
}
TreeMaker.Select
TreeMaker.Select用于创建域访问/方法访问(这里的方法访问只是取到名字,方法的调用需要用TreeMaker.Apply)语法树节点(JCFieldAccess),源码如下
public JCFieldAccess Select(JCExpression selected,
Name selector)
{
JCFieldAccess tree = new JCFieldAccess(selected, selector, null);
tree.pos = pos;
return tree;
}
public JCExpression Select(JCExpression base,
Symbol sym) {
return new JCFieldAccess(base, sym.name, sym).setPos(pos).setType(sym.type);
}
selected: .
运算符左边的表达式selector: .
运算符右边的表达式
下面给出一个例子,一语句生成的Java语句就是二语句
一. TreeMaker.Select(treeMaker.Ident(names.fromString("this")), names.fromString("name"));
二. this.name
TreeMaker.NewClass
TreeMaker.NewClass用于创建new语句语法树节点(JCNewClass),源码如下:
public JCNewClass NewClass(JCExpression encl,
List typeargs,
JCExpression clazz,
List args,
JCClassDecl def) {
JCNewClass tree = new JCNewClass(encl, typeargs, clazz, args, def);
tree.pos = pos;
return tree;
}
encl:不太明白此参数的含义,我看很多例子中此参数都设置为null typeargs:参数类型列表 clazz:待创建对象的类型 args:参数列表 def:类定义
TreeMaker.Apply
TreeMaker.Apply用于创建方法调用语法树节点(JCMethodInvocation),源码如下:
public JCMethodInvocation Apply(List typeargs,
JCExpression fn,
List args) {
JCMethodInvocation tree = new JCMethodInvocation(typeargs, fn, args);
tree.pos = pos;
return tree;
}
typeargs:参数类型列表 fn:调用语句 args:参数列表
TreeMaker.Assign
TreeMaker.Assign用户创建赋值语句语法树节点(JCAssign),源码如下:
ublic JCAssign Assign(JCExpression lhs,
JCExpression rhs) {
JCAssign tree = new JCAssign(lhs, rhs);
tree.pos = pos;
return tree;
}
lhs:赋值语句左边表达式 rhs:赋值语句右边表达式
TreeMaker.Exec
TreeMaker.Exec用于创建可执行语句语法树节点(JCExpressionStatement),源码如下:
public JCExpressionStatement Exec(JCExpression expr) {
JCExpressionStatement tree = new JCExpressionStatement(expr);
tree.pos = pos;
return tree;
}
TreeMaker.Apply以及TreeMaker.Assign就需要外面包一层TreeMaker.Exec来获得一个JCExpressionStatement。
TreeMaker.Block
TreeMaker.Block用于创建组合语句的语法树节点(JCBlock),源码如下:
public JCBlock Block(long flags,
List stats) {
JCBlock tree = new JCBlock(flags, stats);
tree.pos = pos;
return tree;
}
flags:访问标志 stats:语句列表
com.sun.tools.javac.util.List介绍
在我们操作抽象语法树的时候,有时会涉及到关于List的操作,但是这个List不是我们经常使用的java.util.List
而是com.sun.tools.javac.util.List
,这个List比较奇怪,是一个链式的结构,有头结点和尾节点,但是只有尾节点是一个List,这里作为了解就行了。
public class List extends AbstractCollection implements java.util.List {
public A head;
public List tail;
private static final List> EMPTY_LIST = new List
com.sun.tools.javac.util.ListBuffer
由于com.sun.tools.javac.util.List
使用起来不方便,所以又在其上面封装了一层,这个封装类是ListBuffer
,此类的操作和我们平时经常使用的java.util.List
用法非常类似。
public class ListBuffer extends AbstractQueue {
public static ListBuffer of(T x) {
ListBuffer lb = new ListBuffer();
lb.add(x);
return lb;
}
/** The list of elements of this buffer.
*/
private List elems;
/** A pointer pointing to the last element of 'elems' containing data,
* or null if the list is empty.
*/
private List last;
/** The number of element in this buffer.
*/
private int count;
/** Has a list been created from this buffer yet?
*/
private boolean shared;
/** Create a new initially empty list buffer.
*/
public ListBuffer() {
clear();
}
/** Append an element to buffer.
*/
public ListBuffer append(A x) {
x.getClass(); // null check
if (shared) copy();
List newLast = List.of(x);
if (last != null) {
last.tail = newLast;
last = newLast;
} else {
elems = last = newLast;
}
count++;
return this;
}
........
}
com.sun.tools.javac.util.Names介绍
这个是为我们创建名称的一个工具类,无论是类、方法、参数的名称都需要通过此类来创建。它里面经常被使用到的一个方法就是fromString()
,一般使用方法如下所示。
Names names = new Names()
names. fromString("setName");
实战演练
上面我们大概了解了如何操作抽象语法树,接下来我们就来写几个真实的案例加深理解。
变量相关
在类中我们经常操作的参数就是变量,那么如何使用抽象语法树的特性为我们操作变量呢?接下来我们就将一些对于变量的一些操作。
生成变量
例如生成private String age;
这样一个变量,借用我们上面讲的VarDef
方法
// 生成参数 例如:private String age;
treeMaker.VarDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PRIVATE), names.fromString("age"), treeMaker.Ident(names.fromString("String")), null);
对变量赋值
例如我们想生成private String name = "BuXueWuShu"
,还是利用VarDef
方法
// private String name = "BuXueWuShu"
treeMaker.VarDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PRIVATE),names.fromString("name"),treeMaker.Ident(names.fromString("String")),treeMaker.Literal("BuXueWuShu"))
两个字面量相加
例如我们生成String add = "a" + "b";
,借用我们上面讲的Exec
方法和Assign
方法
// add = "a"+"b"
treeMaker.Exec(treeMaker.Assign(treeMaker.Ident(names.fromString("add")),treeMaker.Binary(JCTree.Tag.PLUS,treeMaker.Literal("a"),treeMaker.Literal("b"))))
+=语法
例如我们想生成add += "test"
,则和上面字面量差不多。
// add+="test"
treeMaker.Exec(treeMaker.Assignop(JCTree.Tag.PLUS_ASG, treeMaker.Ident(names.fromString("add")), treeMaker.Literal("test")))
++语法
例如想生成++i
treeMaker.Exec(treeMaker.Unary(JCTree.Tag.PREINC,treeMaker.Ident(names.fromString("i"))))
方法相关
我们对于变量进行了操作,那么基本上都是要生成方法的,那么如何对方法进行生成和操作呢?我们接下来演示一下关于方法相关的操作方法。
无参无返回值
我们可以利用上面讲到的MethodDef
方法进行生成
/*
无参无返回值的方法生成
public void test(){
}
*/
// 定义方法体
ListBuffer testStatement = new ListBuffer<>();
JCTree.JCBlock testBody = treeMaker.Block(0, testStatement.toList());
JCTree.JCMethodDecl test = treeMaker.MethodDef(
treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), // 方法限定值
names.fromString("test"), // 方法名
treeMaker.Type(new Type.JCVoidType()), // 返回类型
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
testBody, // 方法体
null
);
有参无返回值
我们可以利用上面讲到的MethodDef
方法进行生成
/*
无参无返回值的方法生成
public void test2(String name){
name = "xxxx";
}
*/
ListBuffer testStatement2 = new ListBuffer<>();
testStatement2.append(treeMaker.Exec(treeMaker.Assign(treeMaker.Ident(names.fromString("name")),treeMaker.Literal("xxxx"))));
JCTree.JCBlock testBody2 = treeMaker.Block(0, testStatement2.toList());
// 生成入参
JCTree.JCVariableDecl param = treeMaker.VarDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PARAMETER), names.fromString("name"),treeMaker.Ident(names.fromString("String")), null);
com.sun.tools.javac.util.List parameters = com.sun.tools.javac.util.List.of(param);
JCTree.JCMethodDecl test2 = treeMaker.MethodDef(
treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), // 方法限定值
names.fromString("test2"), // 方法名
treeMaker.Type(new Type.JCVoidType()), // 返回类型
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
parameters, // 入参
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
testBody2,
null
);
有参有返回值
/*
有参有返回值
public String test3(String name){
return name;
}
*/
ListBuffer testStatement3 = new ListBuffer<>();
testStatement3.append(treeMaker.Return(treeMaker.Ident(names.fromString("name"))));
JCTree.JCBlock testBody3 = treeMaker.Block(0, testStatement3.toList());
// 生成入参
JCTree.JCVariableDecl param3 = treeMaker.VarDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PARAMETER), names.fromString("name"),treeMaker.Ident(names.fromString("String")), null);
com.sun.tools.javac.util.List parameters3 = com.sun.tools.javac.util.List.of(param3);
JCTree.JCMethodDecl test3 = treeMaker.MethodDef(
treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), // 方法限定值
names.fromString("test4"), // 方法名
treeMaker.Ident(names.fromString("String")), // 返回类型
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
parameters3, // 入参
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
testBody3,
null
);
特殊的
我们学完了如何进行定义参数,如何进行定义方法,其实还有好多语句需要学习,例如如何生成new语句,如何生成方法调用的语句,如何生成if语句。j接下来我们就学习一些比较特殊的语法。
new一个对象
// 创建一个new语句 CombatJCTreeMain combatJCTreeMain = new CombatJCTreeMain();
JCTree.JCNewClass combatJCTreeMain = treeMaker.NewClass(
null,
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
treeMaker.Ident(names.fromString("CombatJCTreeMain")),
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
null
);
JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl1 = treeMaker.VarDef(
treeMaker.Modifiers(Flags.PARAMETER),
names.fromString("combatJCTreeMain"),
treeMaker.Ident(names.fromString("CombatJCTreeMain")),
combatJCTreeMain
);
方法调用(无参)
JCTree.JCExpressionStatement exec = treeMaker.Exec(
treeMaker.Apply(
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
treeMaker.Select(
treeMaker.Ident(names.fromString("combatJCTreeMain")), // . 左边的内容
names.fromString("test") // . 右边的内容
),
com.sun.tools.javac.util.List.nil()
)
);
方法调用(有参)
// 创建一个方法调用 combatJCTreeMain.test2("hello world!");
JCTree.JCExpressionStatement exec2 = treeMaker.Exec(
treeMaker.Apply(
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
treeMaker.Select(
treeMaker.Ident(names.fromString("combatJCTreeMain")), // . 左边的内容
names.fromString("test2") // . 右边的内容
),
com.sun.tools.javac.util.List.of(treeMaker.Literal("hello world!")) // 方法中的内容
)
);
if语句
/*
创建一个if语句
if("BuXueWuShu".equals(name)){
add = "a" + "b";
}else{
add += "test";
}
*/
// "BuXueWuShu".equals(name)
JCTree.JCMethodInvocation apply = treeMaker.Apply(
com.sun.tools.javac.util.List.nil(),
treeMaker.Select(
treeMaker.Literal("BuXueWuShu"), // . 左边的内容
names.fromString("equals") // . 右边的内容
),
com.sun.tools.javac.util.List.of(treeMaker.Ident(names.fromString("name")))
);
// add = "a" + "b"
JCTree.JCExpressionStatement exec3 = treeMaker.Exec(treeMaker.Assign(treeMaker.Ident(names.fromString("add")), treeMaker.Binary(JCTree.Tag.PLUS, treeMaker.Literal("a"), treeMaker.Literal("b"))));
// add += "test"
JCTree.JCExpressionStatement exec1 = treeMaker.Exec(treeMaker.Assignop(JCTree.Tag.PLUS_ASG, treeMaker.Ident(names.fromString("add")), treeMaker.Literal("test")));
JCTree.JCIf anIf = treeMaker.If(
apply, // if语句里面的判断语句
exec3, // 条件成立的语句
exec1 // 条件不成立的语句
);
源码地址:https://github.com/modouxiansheng/Doraemon
总结
纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。
希望大家看完此篇文章能够自己在本机上自己试验一下。
自己设置几个参数,自己学的Lombok学着生成一下get、set方法,虽然本篇知识在日常开发中基本上不会用到,但是万一用到了这些知识那么别人不会而你会,差距其实就慢慢的给拉开了。
本篇涉及到的所有代码都在github上面有,拉下来以后全局搜CombatJCTreeProcessor
类就可以看到了。