Golang实现微型数学运算解释器

mebiusashan · · 1036 次点击 · 开始浏览    置顶
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原文链接 :[https://ashan.org/archives/942](https://ashan.org/archives/942) 对于一般的解释器来说,通常需要三个步骤: 1. 词法分析 1. 语法分析 1. 指令执行 这篇文章所介绍的小型数学解释器则没有这么复杂的过程,原因在于语法设计及其简单。我们来看一下最终的使用效果。最终打包的可执行文件名称为mc。 ``` linux ~ $ ./mc Fatal error: no input file linux ~ $ ``` 当没有任何参数输入时候,工具会提示错误。如果添加了对应代码文件,即可正常执行,如下: ``` linux ~ $ ./mc t.m 112 45 3015 45 14 linux ~ $ ``` 上面的实例中出现的数字都是我们计算后的结果,`t.m`文件真是我们的源代码,来看一下`t.m`文件内容: ``` MOV x 45 MOV y 67 ADD x y OUT x SUB x y OUT x MUT x y OUT x DIV x y OUT x MOV u 2 MOV i 7 MUT u i OUT u ``` 上面的代码我们后面还会继续讲解其作用,现在只需要知道的是所有大写字母均为设定的指令,当我们的指令编写错误怎么处理呢?我们将第四行执行修改为`aOUT`,这个修改后的指令是不存在的,再来运行一下查看效果: ``` linux ~ $ ./mc t.m Error: line 4: unknown command: aOUT x linux ~ $ ``` 此时可以看到,当解释器当遇到错误的时候会给我们一个相对友好的提示。由此我们来看一下这个即将要实现的数学计算解释器的功能: 1. 从外部流读取源码 1. 解释程序时需要错误检测 1. 运行解释程序 ## 指令设计 当前这个小解释器一共实现了6个指令,其中4个计算指令,2个流操作指令,指令使用也非常简单。 ### 运算指令 ADD指令负责加法运算,指令包含两个参数,假如输入指令为`ADD x y`,则对应的伪代码为`x = x + y`。也就是说,两个参数相加后的结果会赋值给第一个参数。 同理,SUB指令负责减法运算,MUT指令负责乘法运算,DIV指令负责除法运算。对应的伪代码如下: ``` SUB x y 对应 x = x - y MUT x y 对应 x = x * y DIV x y 对应 x = x / y ``` ### 赋值指令 赋值指令为MOV,与运算指令一样,也需要两个参数,它所执行的操作是将第二个参数的值赋值给第一个参数。在当前的版本中,所有的数字在实现的时候均使用int类型,当然你也可以将其修改为float类型,让整个计算过程支持小数。 ### 打印指令 当我们计算完结果之后,需要将结果显示在终端里,这个操作类似于C当中的printf函数,这里我设计了`OUT`指令。该指令仅需要一个参数,会将该参数值打印出来。 ## 解释器实现 ### 源文件读取 读取源文件是非常简单的操作,在Golang中可以借助已有的io流操作可快速读取本地文本文件。在当前这个项目中,我们仅用一个函数完成对代码文件的读取。 ``` func readFile() ([]byte, error) { if len(os.Args) == 1 { return nil, errors.New("nil") } f, err := os.Open(os.Args[1]) if err != nil { return nil, err } return ioutil.ReadAll(f) } ``` ### 词法分析 说到词法分析,在当前这个项目里,由于语法设计超级简单,所以词法分析也非常简单,没有括号,不存在优先级,所生成的token也无需考虑后期的语法分析过程,因为根本就没有语法分析。这里所生成的token,事实上就是后面runtime所需要的指令集。 我们先来看一下最终要解析后的token结构: ``` type token struct { action int left string right string } ``` 当源代码字符串被传递进来后,我们先按照行进行拆分,因为每条指令都占用一行,所以再针对每一行代码进行分析,并解析生成对应的token,代码如下: ``` func line(str string) (token, bool) { strs := strings.Split(str, " ") var cmd token cmd.action = setcmd(strs[0]) if cmd.action == 0 { return cmd, false } cmd.left = strs[1] if cmd.action != OUT { cmd.right = strs[2] } return cmd, true } func setcmd(str string) int { switch str { case "MOV": return MOV case "SUB": return SUB case "ADD": return ADD case "MUT": return MUT case "DIV": return DIV case "OUT": return OUT } return 0 } func isNumber(str string) (int, bool) { num, err := strconv.Atoi(str) if err != nil { return 0, false } return num, true } var errorList []string func la(str string) { errorList = make([]string, 0) strs := strings.Split(str, "\n") cmds = make([]token, len(strs)) for i, val := range strs { var rel bool cmds[i], rel = line(val) if rel == false { var str = "Error: line " + strconv.Itoa(i+1) + ": unknown command: " + val errorList = append(errorList, str) } } } ``` 至此,我们的词法分析工作已经完成。 ### 运行时 由于前面我们已经生成了token,并且token又是顺序执行的,这里runtime其实是遍历数组,按照顺序执行每一条指令。存在一个问题是,我们可以设定很多变量。这些变量并没有显式声明。我们创建一个map,当做程序运行时的堆,所有对象均放到这个堆中。来看一下实现代码: ``` var dui map[string]int func runtime() { dui = make(map[string]int) for _, cmd := range cmds { switch cmd.action { case MOV: mov(cmd.left, cmd.right) case SUB: sub(cmd.left, cmd.right) case OUT: out(cmd.left) case ADD: add(cmd.left, cmd.right) case DIV: div(cmd.left, cmd.right) case MUT: mut(cmd.left, cmd.right) } } } ``` 针对每个指令,在编写不同的处理函数,这块实现也相对简单: ``` func mov(l string, r string) { num, bo := isNumber(r) if bo == true { dui[l] = num } else { dui[l] = dui[r] } } func sub(l string, r string) { num, bo := isNumber(r) if bo == true { dui[l] = dui[l] - num } else { dui[l] = dui[l] - dui[r] } } func add(l string, r string) { num, bo := isNumber(r) if bo == true { dui[l] = dui[l] + num } else { dui[l] = dui[l] + dui[r] } } func div(l string, r string) { num, bo := isNumber(r) if bo == true { dui[l] = dui[l] / num } else { dui[l] = dui[l] / dui[r] } } func mut(l string, r string) { num, bo := isNumber(r) if bo == true { dui[l] = dui[l] * num } else { dui[l] = dui[l] * dui[r] } } func out(l string) { fmt.Println(dui[l]) } ``` ### 完成 到此为止,我们所有的逻辑都编写完成,接下来编写main函数,将所有逻辑串联起来: ``` func main() { code, err := readFile() if err != nil { fmt.Println("Fatal error: no input file") return } la(string(code)) if len(errorList) != 0 { for _, val := range errorList { fmt.Println(val) } return } runtime() } ``` ## 存在的问题 这仅是一个小示例,里面存在很多不完善的地方。例如,当我们在源码中存在一个空行,那么运行时会报错,提示未定义的指令等等。但对于理解编译原理来说是个不错的尝试。 enjoy!

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1 回复  |  直到 2017-11-26 07:52:51
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