M语言编程_所有编程语言大全

M语言编程_所有编程语言大全一直对技术有很强的兴趣,终于,决定要写自己的语言(m语言)。那就先从最简单的开始:解释执行器。一套完整的语言包含的肯定不止解释执行器了,还要有编译器和IDE,也就还要有语法高亮、智能提示等,不过还没

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一直对技术有很强的兴趣,终于,决定要写自己的语言(m语言)。那就先从最简单的开始:解释执行器。

一套完整的语言包含的肯定不止解释执行器了,还要有编译器和IDE,也就还要有语法高亮、智能提示等,不过还没学会那些,先搞个最基本的解释执行器。

思路如下:

  1. 定义好希望的语法(基本语句有:顺序执行、if语句、for语句、while语句、系统自有函数定义、用户函数定义、函数调用)
  2. 找一款词法语法解析器工具,让字符串流变成语法书(AST)
  3. 编写解释执行器
    1. 元数据收集
    2. 变量作用域定义、查找
    3. 解释执行

先设想我们的m语言语法要怎么牛b啊,比如下面这段demo语法代码:

go 计算标准体重(年龄)
{
    体重:年龄*3;
    体重;
}

体重:10;
a:10;
a:输出(体重);
b:25;
a:100+10+b;
输出(a);
(a==135)->
{
    a:a+a+a;
    输出(a);
}
else
{
    输出(b);
};
a:1;
while a<10 ->{
    a:a+2;
    输出(a);
};

输出("WHILE OK");



repeat i from 0 to 100 step 10->{
    输出(i);
}
init->{
    输出("FOR INIT");
}
onerror->{
    输出("FOR ERROR");
}
finally->{
    输出("FOR FINALLY");
};
输出('FOR OK');

a:10;
输出(计算标准体重(a));

 很显然,第一个语句块是用户函数的定义方式,以”go”字符串为函数定义的开始,接着是常规的函数名称、参数、函数方法块。

剩下的大致上就是顺序执行了,其中穿插着一些循环语句等,repeat循环自定义的比较厉害,好叼。。。感觉。。真的好叼。。。。

每个语句以封号后缀结束、赋值以冒号来标识。

接着来看看基于ANTLR的词法定义:

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m.g4:

grammar m;

import basic,function,assignStmt,ifStmt,forStmt,whileStmt;

nomalStmt
    :assignStmt
    |ifStmt
    |forStmt
    |whileStmt
    ;
declarationStmt
    :functionDeclare
    ;
stmt
    :nomalStmt LS
    |declarationStmt
    ;

program
    : stmt+
    ;  

 由于词法语法定义较多,不贴代码了,可以下载代码看全部的(基于ideas/需要安装antlr4插件)

接下来是时候让我们load进demo代码解析成AST树啦:

String code=Utils.readTxtFile("F:\\BaiduYunDownload\\mLanguage(4)\\m_code2.m");//这个是放demo代码的文件
code=code.substring(1);//去掉第一个特殊字符


CharStream is = CharStreams.fromString(code);                 //antlr对象,读入字符串
mLexer lexer = new mLexer(is);                          //mLexer是antlr自动生成的一个词法类
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);           //antlr对象
mParser parser = new mParser(tokens);                     //mParser是antlr自动生成的一个此法解析类

mParser.ProgramContext tree=parser.program();                //program是入口规则,根规则

program program= NodeParser.parseProgram(tree);               //自己写的NodeParser类,需要一堆自定义的节点类型配合解析整棵AST树

mRuntime runtime=new mRuntime(program);

runtime.plainInterpreter();                           //解释器执行

System.out.println("");

AST节点的定义:

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demo代码构建成AST树的效果图(antlr插件中能看):

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 转换成为AST树后,剩下的就是编写解释执行器,其实相当于前端编译器。

主要步骤是3步:

  1. 收集元数据
  2. 定义变量作用域
  3. 语句块的解释执行 
public void execute(program program) {
        //1. 先扫描函数定义,收集元数据
        collectMetaData(program);

        //2. 变量作用域
        walkAST4Variables(program);

        //3. 解释执行代码
        runCode(program);
}

 

 1. 收集元数据,其实就是对自定义函数的收集,统一放到一个Dictionary里,以便到时候引用到了执行语句块(和参数的传递)

private void collectMetaData(program program) {
        for(com.mckay.language.m.core.nodes.m.stmt stmt:program.stmts)
            if(stmt.declarationStmt!=null)
                this.userDefinedFunctionSymbols.defineMethod(stmt.declarationStmt.functionDeclare.functionIdentifier.getIdentifier(), stmt.declarationStmt.functionDeclare);
    }


public class UserDefinedFunctionSymbols {
    private Dictionary<String, functionDeclare> methods=new Hashtable<>();
    public functionDeclare getMethod(String identifier) {
        return methods.get(identifier);
    }

    public void defineMethod(String identifier, functionDeclare ast) {
        methods.put(identifier, ast);
    }
}

 

 functionDeclare是具体的node,属于AST中众多节点类型中的一种,代表函数声明节点。

2. 定义变量作用域,由于存在函数(自定义函数、系统自带函数),因此需要有变量Scope的概念,存在局部变量覆盖全局变量现象

private void walkAST4Variables(program program)
    {
        program.VariableSymbols=globalVariableSymbol;
        for(com.mckay.language.m.core.nodes.m.stmt stmt:program.stmts)
        {
            stmt.VariableSymbols=program.VariableSymbols;
            if(stmt.declarationStmt!=null)
            {
                stmt.declarationStmt.VariableSymbols=stmt.VariableSymbols;
                VarWalker.walk(stmt.declarationStmt);
            }

            if(stmt.nomalStmt!=null)
            {
                stmt.nomalStmt.VariableSymbols=stmt.VariableSymbols;
                VarWalker.walk(stmt.nomalStmt);
            }
        }
    }




public class VariableSymbol {
    private Dictionary<String, Variable> variables=new Hashtable<>();
    private VariableSymbol parentVariableSymbol;

    public void setParentVariableSymbol(VariableSymbol parentVariableSymbol)
    {
        this.parentVariableSymbol=parentVariableSymbol;
    }

    public void defineVariable(String name, Variable variable) {
        variables.put(name, variable);
    }

    public void setValue(String name, Object value)
    {
        Variable variable=getVariable(name);
        variable.Value=value;
    }
    public Object getValue(String name)
    {
        Variable variable=getVariable(name);
        return variable.Value;
    }

    private Variable getVariable(String name) {
        List<String> keys=Collections.list(variables.keys());
        if(keys.contains(name))
            return this.variables.get(name);

        if(this.parentVariableSymbol!=null)
            return this.parentVariableSymbol.getVariable(name);

        throw new RuntimeException("变量未定义");
    }
}  

 当局部变量中没有找到本地变量定义时,会根据parent关联向上找变量,直到为null。

3. 语句块的解释执行,这个可以说是最容易理解的地方了

private void runCode(program program) {
        StmtExecutor executor=new StmtExecutor(this);

        for(com.mckay.language.m.core.nodes.m.stmt stmt:program.stmts)
            if(stmt.nomalStmt!=null)
                executor.execute(stmt.nomalStmt);
}

 StmtExecutor.execute(nomalStmt)会调用一系列子语句,如下图就一图就懂:

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如上图中,针对expression是调用calc的,一堆calc,expression中套expression。

system built-in函数的定义,是通过NativeMethodNode.setCode来标识的,比如当前实现的code为OUTPUT,功能如下:System.out.print/Console.Write()

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第一个红框是native node中判断code是哪个system built-in函数的编码代号

第二个红框是对应built-in函数的java语句执行。

demo m代码对应的解释执行输出:

10 
135 
405 
3 
5 
7 
9 
11 
WHILE OK 
FOR INIT 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100 
FOR FINALLY 
FOR OK 
30 
ok  

 

代码下载(基于java)

 

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