SwiftSyntax是基于libSyntax构建的Swift库，利用它可以分析，生成和转换Swift代码。现在已经有一些基于它开源的库，比如SwiftRewriter针对代码进行自动格式化(其中包括基于代码规范进行简单的代码优化)。
Swift 编译器
Swift编译器分为前端和后端，LLVM架构下的都是如此（Objective-C编译器的前端是Clang，后端是也是LLVM），下图是Swift的编译器结构：
下面来解释一下各个阶段
| 阶段 | 解释 | 作用 |
|---|---|---|
| Parse | 语法分析 | 语法分析器对Swift源码进行逐字分析，生成不包含语义和类型信息的抽象语法树，简称AST(Abstract Syntax Tree)。这个阶段生成的AST也不包含警告和错误的注入。 |
| Sema | 语义分析 | 语义分析器会进行工作并生成一个通过类型检查的AST，并且在源码中嵌入警告和错误等信息 |
| SILGen | Swift中级语言生成 | Swift中级语言生成（SILGen）阶段将通过语义分析生成的AST转换为Raw SIL，再对Raw SIL进行了一些优化（例如泛型特化，ARC优化等）之后生成了Canonical SIL。SIL是Swift定制的中间语言，针对Swift进行了大量的优化，使得Swift性能得到提升。SIL也是Swift编译器的精髓所在。 |
| IRGen | 生成LLVM的中间语言 | 将SIL降级为LLVM IR，LLVM的中间语言 |
| LLVM | LLVM编译器架构下的后端 | 前面几个阶段属于Swift编译器，相当于OC中的Clang，属于LLVM编译器架构下的前端，这里的LLVM是编译器架构下的后端，对LLVM IR进一步优化并生成目标文件（.o） |
SwiftSyntax
SwiftSyntax 的操作目标是编译过程第一步所生成的 AST，从上面了解到AST不包含语义和类型信息，本文的关注点也是AST，其实生成AST需要两步：
第一步，词法分析，也叫做扫描scanner（或者Lexer）。它读取我们的代码，然后把它们按照预定的规则合并成一个个的标识tokens。同时，它会移除空白符，注释等。最后，整个代码将被分割进一个tokens列表（或者说一维数组）。
当词法分析源代码的时候，它会一个一个字母地读取代码，所以很形象地称之为扫描-scans；当它遇到空格，操作符，或者特殊符号的时候，它会认为一个话已经完成了。
第二步，语法分析，也解析器。它会将词法分析出来的数组转化成树形的表达形式。当生成树的时候，解析器会删除一些没必要的标识tokens（比如不完整的括号），因此AST不是100%与源码匹配的，但是已经能让我们知道如何处理了。
xcrun swiftc -frontend -emit-syntax ./Cat.swift | python -m json.tool
可以在终端使用这个命令，结果为一串 JSON 格式的 AST，我截取了其中一部分，把开头import相关的移除了。
{
"id": 28,
"kind": "SourceFile",
"layout": [
{
"id": 27,
"kind": "CodeBlockItemList",
"layout": [
{
"id": 25,
"kind": "CodeBlockItem",
"layout": [
{
"id": 24,
"kind": "StructDecl",
"layout": [
null,
null,
{
"id": 7,
"leadingTrivia": [
{
"kind": "Newline",
"value": 2
}
],
"presence": "Present",
"tokenKind": {
"kind": "kw_struct"
},
"trailingTrivia": [
{
"kind": "Space",
"value": 1
}
]
},
{
"id": 8,
"leadingTrivia": [],
"presence": "Present",
"tokenKind": {
"kind": "identifier",
"text": "Cat"
},
"trailingTrivia": [
{
"kind": "Space",
"value": 1
}
]
},
null,
null,
null,
{
"id": 23,
"kind": "MemberDeclBlock",
"layout": [
{
"id": 9,
"leadingTrivia": [],
"presence": "Present",
"tokenKind": {
"kind": "l_brace"
},
"trailingTrivia": []
}
SwiftSyntax内部构造
RawSyntax
RawSyntax是所有Syntax的原始不可变后备存储，表示语法树基础的原始树结构。这些节点没有身份的概念，仅提供树的结构。它们是不可变的，可以在语法节点之间自由共享，因此它们不维护任何父母关系。最终，RawSyntax在以TokenSyntax类表示的Token中达到最低点，也就是叶子节点。
- RawSyntax 是所有语法的不可变后备存储。
- RawSyntax 是不可变的。
- RawSyntax 建立语法的树结构。
- RawSyntax 不存储任何父母关系，因此如果语法节点具有相同的内容，则可以在语法节点之间共享它们。
final class RawSyntax: ManagedBuffer<RawSyntaxBase, RawSyntaxDataElement> {
let data: RawSyntaxData
var presence: SourcePresence
}
/// 特定树或者Token节点的数据
fileprivate enum RawSyntaxData {
/// 一个token，包含tokenKind，leading trivia, and trailing trivia
case token(TokenData)
/// 一个树节点，包含syntaxKind和一个子节点数组
case layout(LayoutData)
}
Trivia
Trivia与程序的语义无关，以下是一些Trivia的“原子”例子：
- 空格
- 标签
- 换行符
- // 注释
- /* ... */ 注释
- /// 注释
- /** ... */ 注释
- ` ` 反引号
解析或构造新的语法节点时，应遵循以下两个Trivia规则：
- Trailing trivia: 一个Token拥有它之后的所有Trivia，直到遇到下一个换行符，并且不包含这个换行符。
- Leading trivia: 一个Token拥有它之前的所有Trivia，直到遇到第一个换行符，并且包含这个换行符。
例子
func foo() {
var x = 2
}
我们来逐个Token分解
func
Leading trivia: 无
-
Trailing trivia: 占有之后的一个空格（根据规则1）
// Equivalent to: Trivia::spaces(1)
foo
- Leading trivia: 无，前一个
func占有了这个空格 - Trailing trivia: 无
(
- Leading trivia: 无
- Trailing trivia: 无
)
- Leading trivia: 无
- Trailing trivia: 占有之后的一个空格（根据规则1）
{
- Leading trivia: 无，前一个
(占有了这个空格 - Trailing trivia: 无，不占用下一个换行符（根据规则1）
var
-
Leading trivia: 一个换行符和两个空格（根据规则2）
``` // Equivalent to: Trivia::newlines(1) + Trivia::spaces(2) ``` Trailing trivia: 占有之后的一个空格（根据规则1）
x
- Leading trivia: 无，前一个
var占有了这个空格 - Trailing trivia: 占有之后的一个空格（根据规则1）
=
- Leading trivia: 无，前一个
x占有了这个空格 - Trailing trivia: 占有之后的一个空格（根据规则1）
2
- Leading trivia: 无，前一个
=占有了这个空格 - Trailing trivia: 无，不占用下一个换行符（根据规则1）
}
- Leading trivia: 一个换行符（根据规则2）
- Trailing trivia: 无
EOF
- Leading trivia: 无
- Trailing trivia: 无
SyntaxData
它用一些附加信息包装RawSyntax节点：指向父节点的指针，该节点在其父节点中的位置以及缓存的子节点。可以将SyntaxData视为“具体“或“已实现”语法节点。它们代表特定的源代码片段，具有绝对的位置，行和列号等。SyntaxData是每个Syntax节点的基础存储，私有的，不对外暴露。
Syntax
Syntax表示在叶子上带有Token的节点树，每个节点都有其已知子节点的访问器，并允许通过其children属性对子节点进行有效的迭代。
抽象语法树节点的类别有三个类：与声明有关、与表达式有关、与语句有关。Swift也是一样，只不过在实现的时候划分更加细
public protocol DeclSyntax: Syntax {}
public protocol ExprSyntax: Syntax {}
public protocol StmtSyntax: Syntax {}
public protocol TypeSyntax: Syntax {}
public protocol PatternSyntax: Syntax {}
- DeclSyntax：与声明有关，比如TypealiasDeclSyntax、ClassDeclSyntax、StructDeclSyntax、ProtocolDeclSyntax、ExtensionDeclSyntax、FunctionDeclSyntax、DeinitializerDeclSyntax、ImportDeclSyntax、VariableDeclSyntax、EnumCaseDeclSyntax等等。
- StmtSyntax：与语句有关，比如GuardStmtSyntax、ForInStmtSyntax、SwitchStmtSyntax、DoStmtSyntax、BreakStmtSyntax、ReturnStmtSyntax等等。
- ExprSyntax：与表达式有关，比如StringLiteralExprSyntax、IntegerLiteralExprSyntax、TryExprSyntax、FloatLiteralExprSyntax、TupleExprSyntax、DictionaryExprSyntax等等。
- TypeSyntax：与声明有关，表示类型，TupleTypeSyntax、FunctionTypeSyntax、DictionaryTypeSyntax、ArrayTypeSyntax、ClassRestrictionTypeSyntax、AttributedTypeSyntax等
- PatternSyntax：与模式匹配有关
swift中模式有以下几种：
- 通配符模式（WildcardPatternSyntax）
- 标识符模式（IdentifierPatternSyntax）
- 值绑定模式（ValueBindingPatternSyntax）
- 元组模式（TuplePatternSyntax）
- 枚举用例模式（EnumCasePatternSyntax）
- 可选模式（OptionalPatternSyntax）
- 类型转换模式（AsTypePatternSyntax）
- 表达式模式（ExpressionPatternSyntax）
- 未知模式（UnknownPatternSyntax）
除了以上几种大类型的Syntax，还有其他的Syntax：
- SourceFileSyntax
- FunctionParameterSyntax
- InitializerClauseSyntax
- MemberDeclListItemSyntax
- MemberDeclBlockSyntax
- TypeInheritanceClauseSyntax
- InheritedTypeSyntax
- ......
SyntaxNode
表示语法树中的节点。这是比Syntax更有效的表示形式，因为它避免了对表示父层次结构的Syntax的强制转换。它提供一般信息，例如节点的位置，范围和uniqueIdentifier，同时在必要时仍允许获取关联的Syntax对象。SyntaxParser使用SyntaxNode来有效地报告在增量重新解析期间重新使用了哪些语法节点。
示例：{return 1}
这是{return 1}示例图的样子。
- 绿色：RawSyntax类型（TokenSyntax也是RawSyntax），这个图图是从Syntax拿来的，图中RawTokenSyntax在SwiftSyntax是TokenSyntax。
- 红色：SyntaxData类型
- 蓝色：Syntax类型
- 灰色：Trivia
- 实心箭头：强引用
- 虚线箭头：弱引用
SwiftSyntax API
Make APIs
let returnKeyword = SyntaxFactory.makeReturnKeyword(trailingTrivia: .spaces(1))
let three = SyntaxFactory.makeIntegerLiteralExpr(digits: SyntaxFactory.makeIntegerLiteral(String(3)))
let returnStmt = SyntaxFactory.makeReturnStmt(returnKeyword: returnKeyword, expression: three)
输出
return 3
With APIs
with API用于将节点转换为其他节点。 假设我们不返回3，而是希望语句返回“hello”。我们将使用expression方法来调用它，然后传入字符串。
let returnHello = returnStmt.withExpression(SyntaxFactory.makeStringLiteralExpr("Hello"))
Syntax Builders
对于每种语法，都有一个对应的构建器结构。这些提供了一种构建语法节点的增量方法。如果我们想从头开始构建该cat结构，只需要四个Token，struct关键字，cat标识符和两个大括号。
let structKeyword = SyntaxFactory.makeStructKeyword(trailingTrivia: .spaces(1))
let identifier = SyntaxFactory.makeIdentifier("Cat", trailingTrivia: .spaces(1))
let leftBrace = SyntaxFactory.makeLeftBraceToken()
let rightBrace = SyntaxFactory.makeRightBraceToken(leadingTrivia: .newlines(1))
let members = MemberDeclBlockSyntax { builder in
builder.useLeftBrace(leftBrace)
builder.useRightBrace(rightBrace)
}
let structureDeclaration = StructDeclSyntax { builder in
builder.useStructKeyword(structKeyword)
builder.useIdentifier(identifier)
builder.useMembers(members)
}
SyntaxVisitors
使用SyntaxVisitor，我们可以遍历语法树。当我们想要提取一些信息以对源代码进行分析时，这很有用。
class FindPublicExtensionDeclVisitor: SyntaxVisitor {
func visit(_ node: ExtensionDeclSyntax) -> SyntaxVisitorContinueKind {
if node.modifiers?.contains(where: { $0.name.tokenKind == .publicKeyword }) == true {
// Do something if you find a `public extension` declaration.
}
return .skipChildren
}
}
返回值是一种延续类型，指示是继续并访问语法树上的子节点（.visitChildren）还是跳过它（.skipChildren）
public enum SyntaxVisitorContinueKind {
/// The visitor should visit the descendents of the current node.
case visitChildren
/// The visitor should avoid visiting the descendents of the current node.
case skipChildren
}
SyntaxRewriters
SyntaxRewriter使我们可以通过仅重写visit方法并基于规则返回新节点来修改树的结构。
注意：所有节点都是不可变的，因此我们不修改节点，而是创建另一个节点并将其返回以替换当前节点。
class PigRewriter: SyntaxRewriter {
override func visit(_ token: TokenSyntax) -> Syntax {
guard case .stringLiteral = token.tokenKind else { return token }
return token.withKind(.stringLiteral("\"🐷\""))
}
}
在这个例子中，我们将代码中的所有字符串替换成表情🐷，官方示例是将所有数字加一，感兴趣可以去github上看看。
SwiftSyntax的使用
生成代码
通常我们不会用SwiftSyntax来大量生成代码，因为这需要写大量代码，工作量巨大，简直让人崩溃😂。我们可以用GYB，GYB（模板生成）是一个 Swift 内部使用的工具，可以用模板生成源文件。Swift标准库中的源码的很多代码就是用GYB生成的，其实SwiftSyntax很多代码也是用GYB生成的，包括SyntaxBuilders、SyntaxFactory、SyntaxRewriter等等。开源社区中另一个很棒的工具是 Sourcery，它允许你在Swift（通过Stencil）而不是Python中编写模板，SwiftGen也是使用Stencil生成Swift代码的。
分析和转换代码
现在有两个不错的库在使用SwiftSyntax，一个是periphery，检测未使用的Swift代码，比如未使用的Protocol和类，以及他们的方法和方法参数等等。另一个是SwiftRewriter，Swift代码格式化工具。你也可以写一个Swift语法高亮工具，SwiftGG有这么个例子。
参考：
Improving Swift Tools with libSyntax
An overview of SwiftSyntax
Swift编译器结构分析
libSyntax
编程语言的实现，从AST（抽象语法树）开始
