程序的语法

最新推荐文章于 2023-02-22 20:23:47 发布

原创

最新推荐文章于 2023-02-22 20:23:47 发布 · 7.9k 阅读

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#python #编程语言 #编译器 #语言

本文介绍了如何使用 Python 实现一个简单的四则运算解释器，通过语法图和文法来理解编译器如何解析代码。首先，阐述了编程语言的语法和语法图的作用，并给出一个加减运算的语法图示例。接着，展示了用 Python 编写的四则运算解释器代码，解析整数、加法和减法操作。然后，探讨了文法在编程语言中的重要性，以及如何将文法转换为代码。最后，逐步扩展文法以支持乘除和括号表达式，构建了一个完整的四则运算解释器。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

『我不生产代码，我只是代码的搬运工。』当然了，这是一个玩笑。说到代码，我们要学习各种编程语言，学习如何让编译器能懂我们编写的代码。但是，编译器是如何做到能听懂我们的话的呢？按照我们既定的语句一行行的去执行，最终达到我们的目的。这篇文章，我会讲一个很简单的四则运算解释器，通过使用 Python 实现它来一步步了解一个解释器是如何工作的，它们又是怎么得到我们想要的结果的。

语法

计算机语言同样也是一种语言，是一种计算机能够理解的语言，我们想要和计算机对话，就要去学习这种语言。和我们人类的语言一样，计算机语言也是有语法的。以汉语为例，我说『我是中国人』，因为汉语的语法，你听到这句话之后会知道『我』是主语，『是』是谓语，『中国人』是宾语，同时你又很清楚每一个成分的含义，最终理解了整句话的意思。

同样，对于计算机语言也是一样，有着程序的语法，一个解释器知道哪个词是操作数，哪个是操作符，哪个是关键字，它们都有着怎样的含义和功能，通过解释器的解释，计算机明白了某行语句的意义，然后进行运算，得到最后的执行结果。

语法图

语法图就是用来表示一种编程语言语法规则设计的示意图，它很直观的显示出了在一种编程语言中，允许使用的语句和不支持的语句。语法图十分易于阅读：只需跟随箭头指示的路径。一些路径表示选择。另一些路径表示循环。

一个简单的语法图

这里我们举一个语法图的例子：

这个语法图就是一个描述了简单的加减运算的语法图，term 在其中的意思就是一个操作数，一开始输入一个操作数，有三条路径可以选择『+』，『-』和退出，如果进入了『+』、『-』路径，则需要再输入一个操作数，之后的路径包括『+』、『-』和退出，如此循环，就能解释一个简单的加减法解释器。

根据上边的语法图，下面的表达式都是合法的：

4
1 + 1
1 + 4 - 3

下面的表达式不合法：

-
+ -
2 +
+ 3 - 3

语法图可以帮助我们：

用图的方式表示出一种计算机语言的设计规范
可以帮助理解解释器，将图表表示成代码

代码实现（Python）

学习一样东西最简单的就是阅读代码（Read the Fucking Code！），因此我们先来看完整代码然后再来分析一下，完整代码在：https://github.com/luoyhang003/Pascal-Interpreter/blob/master/calc3.py

# Token Types:
# EOF: End-Of-File

INTEGER, PLUS, MINUS, EOF = 'INTEGER', 'PLUS', 'MINUS', 'EOF'

class Token(object):
    def __init__(self, type, value):
        # Token types: INTEGER, PLUS, MINUS, EOF
        self.type = type
        # Token value: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,+,None
        self.value = value

    def __str__(self):
        """
        The format of the print infomation
        For examle:
        Token(INTEGER, 3)
        Token(PLUS, '+')
        Token(MINUS, '-')
        """
        return 'Token({type},{value})'.format(
                type = self.type,
                value = repr(self.value)
                )

    def __repr__(self):
        return self.__str__()

class Interpreter(object):
    def __init__(self, text):
        # Process the whole input
        # e.g. 3+5
        self.text = text
        self.pos = 0
        self.current_token = None
        self.current_char = self.text[self.pos]

    def error(self):
        raise Exception('Error Parsing Error!')

    def advance(self):
        # Advance the pos and set current_char
        self.pos += 1

        if self.pos > len(self.text)-1:
            self.current_char = None
        else:
            self.current_char = self.text[self.pos]

    def skip_whitespace(self):
        # Skip space
        while self.current_char is not None and self.current_char.isspace():
            self.advance()

    def integer(self):
        # Support mutidigit integer
        result = ''

        while self.current_char is not None and self.current_char.isdigit():
            result += self.current_char
            self.advance()

        return int(result)

    def get_next_token(self):
        """
        Lexical Analyzer:
        Parsing the input into tokens.
        Strategy:
        1. is pos past the end of the text?
        2. if so, return EOF
        3. get a character at pos, and decide its type depends on the single char
        4. if it is a space, advance the pos
        5. if it is a digit, then convert it to integer and return INTEGER token
        6. if it is a '+', then return PLUS token
        7. if it is a '-', then return MINUS token
        """

        while self.current_char is not None