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龙哥盟飞龙 / lmpythw-zh

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ex35.md 6.29 KB wizardforcel 提交于 2017-08-13 22:11 . ex35

练习 35:解释器

原文:Exercise 35: Interpreters

译者:飞龙

协议:CC BY-NC-SA 4.0

自豪地采用谷歌翻译

解析中的最后一个练习应该既具有挑战性又有趣。你终于可以看到,你的微型 Python 脚本运行并做了一些事情。难以理解这个章节和解析的概念很正常。如果你发现你已经到达了这里,而且你不太明白发生了什么,请退后一步,再考虑在这一部分做一些练习。在继续之前,重复几次这个章节,这可以帮助你在最后两个练习中制作自己的小语言。

我故意不会在本练习中包含任何代码,以便你必须根据解释器工作方式的描述来尝试。你已经有了 Python 作为参考,我们的微型 Python 示例应该如何操作这些小语句。你知道如何用访问者模式来遍历你的解析树。剩下的就是让你编写一个解释器,它可以将它们结合在一起,并使你的小脚本运行。

解释器和编译器

在编程语言的世界里,存在解释语言和编译语言。编译语言接受你的输入的源码,并进行扫描,解析和分析阶段。然后,编译器基于这个分析产生机器码,通过遍历它并编写真正的(或假的)计算机所需的字节,来使 CPU 运行。一些编译器增加了一个额外的步骤,将输入的源码翻译成通用的“中间语言”,然后将其编译为机器的字节。编译器通常是确定的,因为你通常不能仅仅运行编译器,而是首先必须通过编译器运行源代码,然后执行结果。C 是一个经典的编译器,你可以这样运行 C 程序:

$ cc ex1.c -o ex1
$ ./ex1

cc命令是“C 编译器”的意思,也就是说,你选取了文件ex1.c,扫描,解析,并进行分析,然后输出可执行字节到文件ex1。一旦你完成了,你就可以像其他任何程序一样运行它。

解释器不会生成你运行的编译后字节码,而是直接运行并分析结果。它“解释”输入语言,就像我把我的汉语转换为我朋友的泰语。它加载源文件,然后像编译器那样进行扫描,解析和分析。之后,它只是使用解释器的自己的语言(在这里是 Python),来根据分析来运行它。

如果我们要在 Python 中实现 JavaScript 解释器,我们会“使用 Python 解释 JavaScript”。JavaScript 是我的汉语,一个解释器正在为我将其凭空解释为 Python(泰语)。如果我想用 Python 解释 JavaScript 的1 + 2,我可能会这样做:

  • 扫描1 + 2并产生记号INT(1) PLUS INT(2)

  • 将其解析为表达式AddExpr(IntExpr(1), IntExpr(2))

  • 分析它,将文本12转换为实际的 Python 整数。

  • 使用 Python 代码result = 1 + 2解释它,我可以将其转给剩余的解析树。

与之相比,编译器会做 1~3 的任何事情。但是在第四步它会编写字节码(机器码)到另一个文件,我可以将其运行在 CPU 上。

Python 两者都是

Python 更现代化,通过几乎完成编译和解释,利用更快的计算机。它将像解释器一样工作,所以你不必经历编译阶段。但是,解释器出奇地慢,所以 Python 有一个内部的虚拟机。当你运行脚本时,例如python ex1.py,Python 实际上会运行它并将其编译到__pycache__目录中的ex1.cpython -36.pyc文件。该文件是字节码,Python 程序知道如何加载和运行,它的工作原理就像假的机器代码。

译者注:但是没有 JIT 的情况下还是很慢。

你的解释器永远不会,也不应该是这样的。你的解释器应该只是扫描,解析,分析和解释微型 Python 脚本。

如何编写解释器

当你编写解释器时,你将需要工作在所有三个阶段之间,来修复你错过或做错的东西。我建议你先添加数字,然后再处理更复杂的表达式,直到你的脚本能够运行。我会像这样完成它:

  • 将你的第一个interpret方法添加到AddExpr类,并让它打印出一条消息。
  • 让你的解释器能够可靠地访问这个类,并传入它需要的PunyPyWorld
  • 一旦你完成了,你可以调用AddExpr.interpret来计算它的两个表达式的和,并返回结果。
  • 之后,你必须弄清楚,这个interpret步骤的结果应该到哪里去。为了保持简单,让我们假设微型 Python 是一种基于表达式的语言,所以一切都返回一个值。在这种情况下,对一个解释器的调用总是具有返回值,父调用可以使用它。
  • 最后,由于微型 Python 基于表达式,你可以让你的Interpreter打印出其interpret调用的最终结果。
  • 如果你这样做,你将会获得解释器的基础知识,你可以开始执行所有其他的interpret方法,使其运行。

挑战练习

编写微型 Python 的解释器,应该只涉及编写另一个访问者模式,它遍历分析后的解析树,并完成解析树让它做的任何事情。你唯一的目标就是让这个很小的(甚至是微型的)脚本运行。这似乎是愚蠢的,因为这只是三行代码,但它涵盖编程语言中的各种主题:变量,加法,表达式,函数定义和函数调用。如果你实现了if语句,你几乎可以有一个可工作的编程语言。

你的任务是编写一个PunyPyInterpreter类,它接受PunyPyWorldPunyPyAnalyzer的运行结果来执行脚本。你必须实现print,仅仅用于打印其变量,但其余的代码,应该在你遍历每个产生式类的时候运行。

研究性学习

  • 一旦你拥有了PunyPyInterpreter,你应该实现if语句和布尔表达式,然后扩展你的语言测试集,来确保这是有效的。尽可能为这个小型 Python 解释器增加功能。
  • 如何使微型 Python 也拥有语句?

深入学习

你应该能够学习尽可能多的语言的语法和规范。继续寻找一些语言并学习它们,但是使用该语言的源代码来完成。你还应该完整学习 https://tools.ietf.org/html/rfc5234 上面的 IETF ABNF 规范,来为自己准备接下来的两项练习。

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