开发自制语言Monkey编译器:实现复杂算术表达式的执行

Posted 2021-04-26 Coding迪斯尼

前几节，我们大费周章的详细解释如何对复杂的算术表达式进行语法解析，也就是让程序懂得理解复杂的算术表达式，本节我们探讨如何执行复杂表达式对应的运算并给出最终结果。我们先看这么个算术表达式：

(5 + 10 * 2 + 15 / 3) * 2 + -10

上面算术表达式涉及到多种运算符，再加上含有括号，因此程序在解读这个表达式时，还需考虑到运算的优先级。我们看看如何让程序懂得把这个运算式的结果计算出来。前面我们提到过中序表达式，它是具备这种性质的表达式，中间是一个运算符，运算符的左右两边也是表达式，回顾前几节代码，在MonkeyCompilerParser.js中，我们用以下代码来表示中序表达式：

class InfixExpression extends Expression {
  constructor(props) {
    super(props)
    this.token = props.token
    this.left = props.leftExpression
    this.operator = props.operator
    this.right = props.rightExpression
    var s = "(" + this.left.getLiteral() + " " + this.operator 
            + this.right.getLiteral() + ")"
    this.tokenLiteral = s
    this.type = "InfixExpression"
  }
}

当语法解析读取表达式后，会执行上面代码构造一个InfixExpression对象。该对象含有三个关键部分，一个是left，对应的是运算符左边的表达式，一个是operator,也就是运算符，另一个是right，也就是运算符右边表达式。我们做代码执行时，需要先解释执行左边表达式得到表达式结果，然后执行右边表达式得到表达式运算结果，最后根据运算符将左右表达式的值进行相应运算，由此相应的执行代码实现如下，在MonkeyCompilerEvaluator.js中添加如下代码：

class MonkeyEvaluator {
    eval (node) {
        var props = {}
        switch (node.type) {
        ...
        case "InfixExpression":
          var left = this.eval(node.left)
          var right = this.eval(node.right)
          return this.evalInfixExpression(node.operator, left, right)
        ...
        }

在解析中序表达式时，代码先分别递归式的解析运算符左右两边表达式，得到左右表达式的运行结果并把结果封装在相应的符号对象里，然后执行evalInfixExpression，该函数根据中间运算符对左右表达式运算结果进行计算。我们看看该函数的实现：

evalInfixExpression(operator, left, right) {
        if (left.type() === left.INTEGER_OBJ && 
            right.type() === right.INTEGER_OBJ) {
            return this.evalIntegerInfixExpression(
                operator, left, right)
        }

        return null
    }

    evalIntegerInfixExpression(operator, left, right) {
        var leftVal = left.value
        var rightVal = right.value
        var props = {}
        var resultType = "integer"

        switch (operator) {
            case "+":
              props.value = leftVal + rightVal
              break;
            case "-":
              props.value = leftVal - rightVal
              break;
            case "*":
              props.value = leftVal * rightVal
              break;
            case "/":
              props.value = leftVal / rightVal
              break;
            default:
              return null
        }
        console.log("eval infix expression result is:",
            props.value)

        var result = null
        if (resultType === "integer") {
            result = new Integer(props)
        }

        return result
    }

它先确保左右表达式执行后得到的是整形，然后调用evalIntegerInfixExpression根据表达式中间运算符进行相应的计算。完成上面代码后，编译器就能计算出开头所给表达式的最终结果，代码运行结果如下：

经过多重步骤的运算后，编译器对表达式的计算所得结果为50.

更详细的讲解和代码调试演示过程，请点击链接

我们继续完善代码，使得编译器对算术表达式的运算能支持比较运算符,也就是我们要让编译器能懂得如下表达式的运算：

1 < 2; 1 > 2; 1 == 1; 1 != 2;

代码修改如下：

evalIntegerInfixExpression(operator, left, right) {
    ....
    switch (operator) {
    ....
    case "==":
              resultType = "boolean"
              props.value = (leftVal === rightVal)
              break;
             case "!=":
               resultType = "boolean"
               props.value = (leftVal !== rightVal)
               break
             case ">":
               resultType = "boolean"
               props.value = (leftVal > rightVal)
               break
             case "<":
               resultType = "boolean"
               props.value = (leftVal < rightVal)
               break
             case ">=":
               resultType = "boolean"
               props.value = (leftVal >= rightVal)
               break
             case "<=":
               resultType = "boolean"
               props.value = (leftVal <= rightVal)
               break
             default:
               return null
    }
    console.log("eval infix expression result is:",
            props.value)
    var result = null
    if (resultType === "integer") {
        result = new Integer(props)
    } else if (resultType === "boolean") {
        result = new Boolean(props)
    }

    return result
}

上面代码完成后，编译器可以解释执行比较性质的算术表达式，在编辑框中输入如下内容：

(1+2) > (0 + 3)

得到的执行结果如下：

更详细的讲解和代码调试演示过程，请点击链接

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