? ? ? 乘著春節(jié)假期閑來無事娃殖，準備挑戰(zhàn)一下有點難度的事情，試著寫一門腳本語言吏饿。沒有任何依據(jù)，要想憑空造一門腳本語言蔬浙，那是幾乎不可能的事情猪落，所以首先要解決的是參考資料的問題——龍??（Compilers: Principles,Techniques,and Tools）、虎??（Modern Compiler Implementation in C）畴博、鯨??（Advanced Compiler Design and Implementation）三書是編譯原理的三大經(jīng)典笨忌，可是看看這幾本書的個頭以及有限的假期，看來只能等以后再來啃他們了俱病。到亞馬遜和京東上搜索“自制語言”官疲，出來的結(jié)果全是圖靈出的：《兩周自制腳本語言》、《自制編程語言》亮隙、《自制編譯器》途凫，而且與設計腳本語言有關的中文書似乎只此一本——《兩周自制腳本語言》
英文書里倒是也有一本2016年新出的關于自制腳本語言的書《Writing An Interpreter In Go》，粗看了一下覺得不錯溢吻，也列為參考資料维费。
選好參考資料，以兩周做為時間參考坐標煤裙，我的自制腳本之旅就開始啟動了：
第一天：來掩完，我們一起做些什么吧?
? ? ? 翻開之后，發(fā)現(xiàn)第一天的內(nèi)容好像少的讓我有些吃驚硼砰，只有9頁且蓬，真的要花一天才能讀完嗎??? 當然內(nèi)容雖少卻是提綱挈領的一章，里面介紹了要設計一門腳本語言必備的基礎概念：什么是機器語言题翰、什么是匯編語言恶阴、解釋器和編譯器有什么區(qū)別等等……最重要的是介紹了我們要設計一門編程語言必不可少的結(jié)構(gòu)—— 如下圖所示：
首先是源代碼，程序員每天都要打交道的東西豹障。既然是“自制”冯事，那么現(xiàn)在這個語言要靠自己設計了，這是語言設計師的天地血公，語法（風格）任由我來設定昵仅，比如：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 年齡 = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 名字 = "我的姓名";
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 運算結(jié)果 = 10 乘以 (20除以2);
/*上面這三行看上去雖然和程序員們?nèi)粘４蚪坏赖母鞣N語言不那么一樣，但是應該還是能看懂的吧??*/
第二步，是詞法分析（Lexing）摔笤，我們需要實現(xiàn)一個詞法分析器（被稱為lexical analyzer 或 lexer ?也有叫scanner的）够滑，把上面這些語句進一步拆分成特定的“符號”，比如把“令 年齡 = 1;” 拆分為“令”吕世、“年齡”彰触、“＝”、“1”命辖、“;”况毅，這個拆分的結(jié)果被稱為Token。
第三步尔艇，是語法分析（Parsing）尔许，我們需要實現(xiàn)一個語法分析器（即Parser），語法分析器的作用就是把前面一步詞法分析（Lexing）獲取的Token進一步的解析并生成抽象語法樹（abstract syntax tree或者縮寫為AST）漓帚，這是每個編程語言（不論是解釋型的還是編譯型的）都少不了的部分母债。
第四步，則是腳本語言與編譯型語言的分野處尝抖，通過Parser拿到抽象語法樹（AST）后，如果你要通過編譯器（Compiler）生成機器碼后再運行迅皇，那么你搞的就是編譯型語言昧辽，如果你是要通過解釋器（Interpreter）直接執(zhí)行，那么你搞的就是腳本語言登颓。如果我既搞了編譯器搅荞，又搞了解釋器，那算什么呢 —— 其實這真的沒有問題框咙，只要你手上已經(jīng)有了抽象語法樹（AST）咕痛，那你可以同時把兩者都給實現(xiàn)了??。
第一章雖然只有短短9頁喇嘱，但是把整本書的內(nèi)容做了高度的概括茉贡，并且在第7-9頁列出了按天（章）劃分的學習計劃，劇透一下者铜，其實本書要完整看完并不是14天腔丧，最后還有5章（天）是用于自學的，按照作者建議的閱讀順序是：先讀完第 2~8 章作烟，之后是第 15愉粤、16 章，若還有時間拿撩，再讀第 11 章和第 13 章衣厘。
第一步：設計語言風格
既然是自制腳本語言，那么我并不打算完整的跟著本書作者后面亦步亦趨压恒，而是從一開始就確立了本次實戰(zhàn)的語言風格：中文型——除了通用操作符（＋影暴、－怖亭、*、/坤检、=兴猩、;等）之外，關鍵字都用中文??：
變量賦值在上面已經(jīng)舉例了早歇，下面就舉一些例子：
流程控制語句:
若(年齡>18){
? ? ?打印("年齡已經(jīng)符合要求");
}否則{
? ? 打印("歲數(shù)還小");
}
循環(huán)語句1：
令 總數(shù) = 0;
當(總數(shù)<1000){
? ? ? ?打印(總數(shù));
? ? ? ?總數(shù)++;
}
循環(huán)語句2:
令 數(shù)組 = [1,2,3,4,5];
在 數(shù)組 遍歷 i,v {
? ? ? 打印("第" + i + "個數(shù)組元素是:" + v); ??
}
第二步：設計詞法分析器（Lexing）
? ? ? 在確定了語言風格之后倾芝，其實詞法分析器就不是很困難了，說起來就是把每一行里哪些是關鍵字（比如“令”箭跳、“遍歷”晨另、“在”、“當”谱姓、“若”借尿、“否則”）、哪些是變量（如“i”屉来、“v”路翻、“年齡”等）、哪些是操作符（如“＋”茄靠、“－”茂契、“*"、“/”慨绳、“＝”）掉冶、哪些是分隔符（如“{”、“｝”脐雪、“;”等）并且分門別類厌小，這些被分析出來的元素統(tǒng)稱為Token。
至于如何找出Token战秋，方法其實并不限定璧亚，這取決于第一步你的語言風格是如何設計的，常見的分析方法：（1）用正則表達式分析获询，本書第三章用的是這個方法涨岁。
（2）正則表達式能夠表述非常復雜的字符串模式匹配邏輯，但它并非萬能吉嚣，所以本書又在第十五章提供了一個“手工詞法分析器”的方法梢薪，將正則表達式分析方法改寫為自動機方法，具體流程見下圖
第三步：設計語法分析器（Parsing）
? ? ? 我們在第二步獲得Token之后尝哆，就要通過語法分析器（Parser）將Token解析為抽象語法樹（abstract syntax tree秉撇，即AST），如果學過編譯原理，那么你不會對AST感到陌生琐馆，如果不熟悉的話规阀，應該好好閱讀一下第4章：用于表示程序的對象。
? ? ? 在計算機科學中瘦麸，抽象語法樹谁撼，是源代碼的抽象語法結(jié)構(gòu)的樹狀表現(xiàn)形式，這里特指編程語言的源代碼滋饲。樹上的每個節(jié)點都表示源代碼中的一種結(jié)構(gòu)厉碟。之所以說語法是“抽象”的，是因為這里的語法并不會表示出真實語法中出現(xiàn)的每個細節(jié)屠缭。比如箍鼓，嵌套括號被隱含在樹的結(jié)構(gòu)中，并沒有以節(jié)點的形式呈現(xiàn)呵曹；而類似于if-condition-then這樣的條件跳轉(zhuǎn)語句款咖，可以使用帶有兩個分支的節(jié)點來表示。
例如我們要用一個抽象語法樹表示一個表達式： 13+x*2
會得到下面的??樹狀圖:
? ? ? ? 了解完抽象語法樹的概念后奄喂，我們將正式開始語法分析器的設計铐殃。在第二步，我們已經(jīng)通過詞法分析器（Lexer）分解為了單詞序列砍聊。而語法分析器（Parser）的任務是將這些單詞序列與語法規(guī)則定義的模式進行匹配背稼，并構(gòu)造出如上圖那樣的抽象語法樹。
? ? ? ?在語法設計的時候玻蝌，你設計的表達式越復雜，則在語法分析的時候词疼，面臨的困難就越大俯树，所以從語言使用者的角度來看，我還是喜歡設計簡潔的語言贰盗。
? ? ? 其實對于搞出語法分析器還有另一種辦法许饿，那就是借助語法分析器的生成器(Parser Generator)，例如yacc, bison 或者 ANTLR舵盈，這些都是比較完善的生成器陋率，可以大大降低工作量以及減少bug。
? ? ? 當然本著我們要自己搞一套的理念??秽晚，本書中仍然提供了手寫語法分析器的過程以及代碼瓦糟。自己手寫語法分析器的過程，當然是對語法分析的一次極有價值的實踐赴蝇，所以嘛菩浙，從玩票的角度，我們?nèi)匀粦搱猿质謱慞arser????。
第四步：設計解釋器并執(zhí)行程序（Evaluation）
? ? ? ? 如第一天教程所介紹的劲蜻，我們拿到抽象語法樹（AST）之后陆淀，要編譯還是解釋就取決于我們的需求了，當然先嬉，有興趣的話兩者都可以實現(xiàn)轧苫，編譯器的設計請參看圖靈的《自制編譯器》一書。
? ? ? 言歸正傳疫蔓，從抽象語法樹（AST）到通過求值（Evaluate）得到結(jié)果含懊，其實有很多種策略，根據(jù)策略的不同鳄袍，執(zhí)行效率也會有較大的差別绢要，最簡單的策略就是本書中提到的遍歷抽象語法樹解釋法（A Tree-Walking Interpreter），即從抽象語法樹的根節(jié)點開始遍歷該樹直至葉節(jié)點拗小，并計算各節(jié)點的內(nèi)容重罪。
? ? ? 我們的語法樹的每個節(jié)點都需要具備相應的求值（eval）方法。eval方法將計算與以該節(jié)點為根的子樹對應的語句哀九、表達式及子表達式剿配，并返回執(zhí)行結(jié)果。因此阅束，只要調(diào)用抽象語法樹的根節(jié)點對象的eval方法呼胚，就能完整執(zhí)行該語法樹對應的程序。eval方法將遞歸調(diào)用該節(jié)點的子節(jié)點的eval方法息裸，并根據(jù)它們的返回值計算自身的返回值蝇更，最后將結(jié)果返回給調(diào)用者。
? ? 說到關鍵之處呼盆，本書作者引入了一個其自己開發(fā)的“GlounJ”的系統(tǒng)來實現(xiàn)解釋器年扩。當然，我們也完全可以拋開“GlounJ”系統(tǒng)來完成自己的解釋器访圃。
總結(jié)：
? ? ? 本書到第6章厨幻，其實已經(jīng)把一個初步的腳本語言設計完成，并且涉及到了開發(fā)一門腳本語言所需要的基礎知識和概念腿时，后面的7-10章則陸續(xù)介紹了如何引入函數(shù)况脆、面向?qū)ο蟆?shù)組的方法批糟，進一步的豐富了腳本語言格了，使其具有圖靈完備性。第11-14章則進一步討論如何優(yōu)化解釋器的性能：優(yōu)化變量讀寫性能跃赚、優(yōu)化對象操作性能笆搓、設計中間代碼解釋器性湿、添加靜態(tài)類型等等。第15-19章則從另一種角度出發(fā)满败，以不同的方式實現(xiàn)了腳本語言的第2肤频、3、4步算墨，反映了解決問題的不同思路宵荒。?
? ? ?總的來說，如果你要是想設計并實現(xiàn)一門腳本語言净嘀，而又需要中文教材的話报咳，本書是你目前的唯一選擇??。至于缺點嘛挖藏，我覺得就是大段的代碼邊上沒有注釋暑刃，啃起來有點費勁，要是能有一個帶注釋的版本會更好膜眠！
