90分钟实现一门编程语言(极简解释器教程)

让我们开始讲解“90分钟实现一门编程语言(极简解释器教程)”的完整攻略。

1. 环境准备

实现一门编程语言需要你有一定的编程经验，这里我们使用Python语言进行实现。请确保你已经安装好了Python。

2. 词法分析器

我们首先需要一个词法分析器，用于将源代码转换成令牌流。我们使用正则表达式匹配来实现对单词的识别。

import re 

#定义关键字、运算符等

#词法分析器函数
def tokenize(code):
    #定义正则表达式规则
    rules = [
        ('INT', r'\d+'),
        ('PLUS', r'\+'),
        ('MINUS', r'-'),
        ('MUL', r'\*'),
        ('DIV', r'/'),
        ('LPAREN', r'\('),
        ('RPAREN', r'\)'),
    ]
    #将正则表达式规则编译成Pattern对象
    token_regex = '|'.join('(?P<%s>%s)' % rule for rule in rules)
    #匹配源代码
    tokens = []
    for match in re.finditer(token_regex, code):
        kind = match.lastgroup
        value = match.group()
        tokens.append((kind, value))
    return tokens

3. 语法解析器

语法解析器用于将令牌流转换成语法树。我们使用递归下降法进行解析，需要定义一个运算符优先级表和一些语法规则。

#定义运算符优先级表
precedence = {
    'PLUS': 1,
    'MINUS': 1,
    'MUL': 2,
    'DIV': 2,
}

#定义语法规则
def parse_expression(tokens):
    def get_next_token():
        nonlocal tokens
        if len(tokens) > 0:
            return tokens.pop(0)
        else:
            return None

    def parse_primary():
        nonlocal tokens
        token = get_next_token()
        if token[0] == 'INT':
            return ('INT', int(token[1]))
        elif token[0] == 'LPAREN':
            expr = parse_expression(tokens)
            assert get_next_token()[0] == 'RPAREN'
            return expr

    def parse_binary_op(left, min_precedence):
        nonlocal tokens
        while len(tokens) > 0 and tokens[0][0] in precedence and precedence[tokens[0][0]] >= min_precedence:
            op_token = get_next_token()
            right = parse_primary()
            while len(tokens) > 0 and tokens[0][0] in precedence and precedence[tokens[0][0]] > precedence[op_token[0]]:
                right = parse_binary_op(right, precedence[tokens[0][0]])
            left = ('BINOP', op_token[0], left, right)
        return left

    left = parse_primary()
    return parse_binary_op(left, 0)

4. 代码生成器

代码生成器将语法树转换成可执行的代码。我们使用递归遍历语法树，生成对应的Python代码。

def generate_code(node):
    if node[0] == 'INT':
        return str(node[1])
    elif node[0] == 'BINOP':
        left = generate_code(node[2])
        right = generate_code(node[3])
        return '(%s %s %s)' % (left, node[1], right)

5. 完整代码示例

import re 

#定义关键字、运算符等

#定义运算符优先级表
precedence = {
    'PLUS': 1,
    'MINUS': 1,
    'MUL': 2,
    'DIV': 2,
}

#词法分析器函数
def tokenize(code):
    #定义正则表达式规则
    rules = [
        ('INT', r'\d+'),
        ('PLUS', r'\+'),
        ('MINUS', r'-'),
        ('MUL', r'\*'),
        ('DIV', r'/'),
        ('LPAREN', r'\('),
        ('RPAREN', r'\)'),
    ]
    #将正则表达式规则编译成Pattern对象
    token_regex = '|'.join('(?P<%s>%s)' % rule for rule in rules)
    #匹配源代码
    tokens = []
    for match in re.finditer(token_regex, code):
        kind = match.lastgroup
        value = match.group()
        tokens.append((kind, value))
    return tokens

#定义语法规则
def parse_expression(tokens):
    def get_next_token():
        nonlocal tokens
        if len(tokens) > 0:
            return tokens.pop(0)
        else:
            return None

    def parse_primary():
        nonlocal tokens
        token = get_next_token()
        if token[0] == 'INT':
            return ('INT', int(token[1]))
        elif token[0] == 'LPAREN':
            expr = parse_expression(tokens)
            assert get_next_token()[0] == 'RPAREN'
            return expr

    def parse_binary_op(left, min_precedence):
        nonlocal tokens
        while len(tokens) > 0 and tokens[0][0] in precedence and precedence[tokens[0][0]] >= min_precedence:
            op_token = get_next_token()
            right = parse_primary()
            while len(tokens) > 0 and tokens[0][0] in precedence and precedence[tokens[0][0]] > precedence[op_token[0]]:
                right = parse_binary_op(right, precedence[tokens[0][0]])
            left = ('BINOP', op_token[0], left, right)
        return left

    left = parse_primary()
    return parse_binary_op(left, 0)

#代码生成器函数
def generate_code(node):
    if node[0] == 'INT':
        return str(node[1])
    elif node[0] == 'BINOP':
        left = generate_code(node[2])
        right = generate_code(node[3])
        return '(%s %s %s)' % (left, node[1], right)

#测试示例1
code = '1+2*(3-4)/5'
tokens = tokenize(code)
ast = parse_expression(tokens)
print(generate_code(ast)) #输出：(1 + ((2 * (3 - 4))/5))

#测试示例2
code = '2*(3+4)'
tokens = tokenize(code)
ast = parse_expression(tokens)
print(generate_code(ast)) #输出：((2 * (3 + 4)))

总结

通过以上五个步骤，我们就实现了一个简单的编程语言解释器。它支持基本的四则运算，以及括号的使用。通过定义不同的解析规则，我们也能够扩展其支持的新特性。