JavaScript词法:为什么12.toString会报错?

JavaScript词法:为什么12.toString会报错?


文法是编译原理中对语言的写法的一种规定,一般来说,文法分成词法和语法两种。

词法规定了语言的最小语义单元:token,可以翻译成“标记”或者“词”,在我的专栏文章中,我统一把 token 翻译成词。

从字符到词的整个过程是没有结构的,只要符合词的规则,就构成词,一般来说,词法设计不会包含冲突。词法分析技术上可以使用状态机或者正则表达式来进行,我们的课程主要是学习词法,关于它们实现的细节就不多谈了。

概述


我们先来看一看 JavaScript 的词法定义。JavaScript 源代码中的输入可以这样分类:

  • WhiteSpace 空白字符

  • LineTerminator 换行符

  • Comment 注释

  • Token 词

    • IdentifierName 标识符名称,典型案例是我们使用的变量名,注意这里关键字也包含在内了。

    • Punctuator 符号,我们使用的运算符和大括号等符号。

    • NumericLiteral 数字直接量,就是我们写的数字。

    • StringLiteral 字符串直接量,就是我们用单引号或者双引号引起来的直接量。

    • Template 字符串模板,用反引号` 括起来的直接量。



这个设计符合比较通用的编程语言设计方式,不过,JavaScript 中有一些特别之处,我下面就来讲讲特别在哪里。
首先是除法和正则表达式冲突问题。我们都知道,JavaScript 不但支持除法运算符“ / ”和“ /= ”,还支持用斜杠括起来的正则表达式“ /abc/ ”。

但是,这时候对词法分析来说,其实是没有办法处理的,所以 JavaScript 的解决方案是定义两组词法,然后靠语法分析传一个标志给词法分析器,让它来决定使用哪一套词法。

JavaScript 词法的另一个特别设计是字符串模板,模板语法大概是这样的:

1
`Hello, ${name}`

理论上,“ ${ } ”内部可以放任何 JavaScript 表达式代码,而这些代码是以“ } ” 结尾的,也就是说,这部分词法不允许出现“ } ”运算符。是否允许“ }”的两种情况,与除法和正则表达式的两种情况相乘就是四种词法定义,所以你在 JavaScript 标准中,可以看到四种定义:


  • InputElementDiv;

  • InputElementRegExp;

  • InputElementRegExpOrTemplateTail;

  • InputElementTemplateTail。


为了解决这两个问题,标准中还不得不把除法、正则表达式直接量和“ } ”从 token 中单独抽出来,用词上,也把原本的 Token 改为CommonToken。但是我认为,从理解的角度上出发,我们不应该受到影响,所以在本课,我们依然把它们归类到 token 来理解。

对一般的语言的词法分析过程来说,都会丢弃除了 token 之外的输入,但是对 JavaScript来说,不太一样,换行符和注释还会影响语法分析过程,这个我们将会在语法部分给你详细讲解(所以要实现 JavaScript 的解释器,词法分析和语法分析非常麻烦,需要来回传递信息)。

接下来我来给你详细介绍一下。

空白符号Whitespace


说起空白符号,想必给大家留下的印象就是空格,但是实际上,JavaScript 可以支持更多空白符号。


  • <HT>(或称<TAB>) 是 U+0009,是缩进 TAB 符,也就是字符串中写的 \t 。


  • <VT>是 U+000B,也就是垂直方向的 TAB 符 \v,这个字符在键盘上很难打出来,所以很少用到。


  • <FF>是 U+000C,Form Feed,分页符,字符串直接量中写作 \f ,现代已经很少有打印源程序的事情发生了,所以这个字符在 JavaScript 源代码中很少用到。


  • <SP>是 U+0020,就是最普通的空格了。


  • <NBSP>是 U+00A0,非断行空格,它是 SP 的一个变体,在文字排版中,可以避免因为空格在此处发生断行,其它方面和普通空格完全一样。多数的 JavaScript
    编辑环境都会把它当做普通空格(因为一般源代码编辑环境根本就不会自动折行……)。HTML 中,很多人喜欢用的 &nbsp; 最后生成的就是它了。


  • <ZWNBSP>(旧称<BOM>) 是 U+FEFF,这是 ES5 新加入的空白符,是 Unicode 中的零宽非断行空格,在以 UTF格式编码的文件中,常常在文件首插入一个额外的 U+FEFF,解析 UTF 文件的程序可以根据 U+FEFF 的表示方法猜测文件采用哪种 UTF 编码方式。这个字符也叫做“bit order mark”。


此外,JavaScript 支持所有的 Unicode 中的空格分类下的空格,我们可以看下表:
很多公司的编码规范要求JavaScript 源代码控制在 ASCII 范围内,那么,就只有<TAB> <VT> <FF><SP> <NBSP>五种空白可用了。

换行符 LineTerminator

接下来我们来看看换行符,JavaScript 中只提供了 4种字符作为换行符。

  • <LF>

  • <CR>

  • <LS>

  • <PS>


其中,
<LF>是 U+000A,就是最正常换行符,在字符串中的\n

<CR>是U+000D,这个字符真正意义上的“回车”,在字符串中是\r,在一部分 Windows 风格文本编辑器中,换行是两个字符\r\n

<LS>是U+2028,是 Unicode 中的行分隔符。

<PS>是 U+2029,是 Unicode 中的段落分隔符。

大部分 LineTerminator在被词法分析器扫描出之后,会被语法分析器丢弃,但是换行符会影响 JavaScript 的两个重要语法特性:自动插入分号和“no line terminator”规则。

注释 Comment


JavaScript的注释分为单行注释和多行注释两种:

1
2
/* MultiLineCommentChars */
// SingleLineCommentChars

多行注释中允许自由地出现MultiLineNotAsteriskChar,也就是除了之外的所有字符。而每一个之后,不能出现正斜杠符/。除了四种LineTerminator 之外,所有字符都可以作为单行注释。我们需要注意,多行注释中是否包含换行符号,会对 JavaScript 语法产生影响,对于“no line terminator”规则来说,带换行的多行注释与换行符是等效的。

标识符名称 IdentifierName


IdentifierName可以以美元符“$”、下划线“_”或者 Unicode字母开始,除了开始字符以外,IdentifierName中还可以使用 Unicode 中的连接标记、数字、以及连接符号。

IdentifierName的任意字符可以使用JavaScript 的 Unicode 转义写法,使用 Unicode转义写法时,没有任何字符限制。

IdentifierName可以是IdentifierNullLiteralBooleanLiteral或者keyword,在ObjectLiteral中,IdentifierName还可以被直接当做属性名称使用。

仅当不是保留字的时候,IdentifierName会被解析为Identifier

注意<ZWNJ><ZWJ>是ES5 新加入的两个格式控制字符,它们都是 0 宽的。

我在前面提到了,关键字也属于这个部分,在 JavaScript 中,关键字有:

1
2
await break case catch class const continue debugger default delete do else export extends finally for function if
import ininstance of new return super switch this throw try typeof var void while with yield

除了上述的内容之外,还有 1 个为了未来使用而保留的关键字:

1
enum

在严格模式下, 有一些额外的为未来使用而保留的关键字:

1
implements package protected interface private public

除了这些之外,NullLiteralnull)和BooleanLiteraltrue false)也是保留字,不能用于Identifier

符号 Punctuator

因为前面提到的除法和正则问题, / 和 /= 两个运算符被拆分为DivPunctuator,因为前面提到的字符串模板问题,}也被独立拆分。加在一起,所有符号为:

1
2
{ ( ) [ ] . ... ; , <>
<=>= == != === !== + - * % ** ++ -- <<>> >>> & | ^ ! ~ && || ? : = += -= *= %= **= <<=>>= >>>= &= |= ^= => / /= }

数字直接量 NumericLiteral


我们来看看今天标题提出的问题,JavaScript 规范中规定的数字直接量可以支持四种写法:十进制数、二进制整数、八进制整数和十六进制整数。十进制的 Number可以带小数,小数点前后部分都可以省略,但是不能同时省略,我们看几个例子:

1
2
3
.01
12.
12.01

这都是合法的数字直接量。这里就有一个问题,也是我们标题提出的问题,我们看一段代码:

1
12.toString()

这时候12. 会被当做省略了小数点后面部分的数字而看成一个整体,所以我们要想让点单独成为一个 token,就要加入空格,这样写:

1
12 .toString()

数字直接量还支持科学计数法,例如:

1
2
3
0xFA
0o73
0b10000

这里 e 后面的部分,只允许使用整数。当以0x 0b 或者0o 开头时,表示特定进制的整数:

1
2
3
0xFA
0o73
0b10000

上面这几种进制都不支持小数,也不支持科学计数法。

字符串直接量 StringLiteral

JavaScript 中的 StringLiteral 支持单引号和双引号两种写法。

1
2
" DoubleStringCharacters "
' SingleStringCharacters '

单双引号的区别仅仅在于写法,在双引号字符串直接量中,双引号必须转义,在单引号字符串直接量中,单引号必须转义。字符串中其他必须转义的字符是\和所有换行符。JavaScript中支持四种转义形式,还有一种虽然标准没有定义,但是大部分实现都支持的八进制转义。第一种是单字符转义。

即一个反斜杠\后面跟一个字符这种形式。有特别意义的字符包括有SingleEscapeCharacter所定义的 9 种,见下表:除了这 9 种字符、数字、x 和 u 以及所有的换行符之外,其它字符经过\转义后都是自身。

正则表达式直接量 RegularExpressionLiteral


正则表达式由 Body 和Flags 两部分组成,例如:

1
/RegularExpressionBody/g

其中 Body 部分至少有一个字符,第一个字符不能是 (因为 /跟多行注释有词法冲突)。正则表达式有自己的语法规则,在词法阶段,仅会对它做简单解析。正则表达式并非机械地见到/就停止,在正则表达式[]中的/就会被认为是普通字符。我们可以看一个例子:

1
/[/]/.test("/");

除了\/[ 三个字符之外,JavaScript 正则表达式中的字符都是普通字符。用\和一个非换行符可以组成一个转义,[]中也支持转义。正则表达式中的 flag 在词法阶段不会限制字符。虽然只有 ig 几个是有效的,但是任何 IdentifierPart(Identifier中合法的字符)序列在词法阶段都会被认为是合法的。

字符串模板 Template


从语法结构上,Template 是个整体,其中的 ${ } 是并列关系。但是实际上,在JavaScript 词法中,包含 ${ } 的 Template,是被拆开分析的,如:

1
`a${b}c${d}e`

它在 JavaScript 中被认为是:

1
2
3
4
5
`a${
b
}c${
d
}e`

它被拆成了五个部分:


  • a${</code> 这个被称为模板头</li> <li><code>}c${</code> 被称为模板中段</li> <li><code>}e 被称为模板尾

  • bd 都是普通标识符


实际上,这里的词法分析过程已经跟语法分析深度耦合了。不过我们学习的时候,大可不必按照标准和引擎工程师这样去理解,可以认为模板就是一个由反引号括起来的、可以在中间插入代码的字符串。模板支持添加处理函数的写法,这时模板的各段会被拆开,传递给函数当参数:

1
2
3
4
5
6
function f(){
console.log(arguments);
}

var a = "world"
f`Hello ${a}!`; // [["Hello", "!"], world]

模板字符串不需要关心大多数字符的转义,但是至少 ${` 还是需要处理的。模板中的转义跟字符串几乎完全一样,都是使用 \

总结


今天我们一起学习 JavaScript的词法部分,这部分的内容包括了空白符号、换行符、注释、标识符名称、符号、数字直接量、字符串直接量、正则表达式直接量、字符串模板。掌握词法对我们平时调试代码至关重要。最后,留一个问题:用零宽空格和零宽连接符、零宽非连接符,写一段好玩的代码。

# js, 前端
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