第9天 設(shè)計(jì)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言
目標(biāo)：為Stone語(yǔ)言添加類和對(duì)象的支持琼蚯。僅支持單一繼承
9.1 設(shè)計(jì)用于操作類與對(duì)象的語(yǔ)法
添加的類與對(duì)象的處理功能后，下面的Stone語(yǔ)言就能被正確執(zhí)行了
class Position {
x = y = 0
def move(nx,ny) {
x = nx; y = ny
}
}
p = Position.new
p.move(3, 4)
p.x = 10
print p.x + p.y
首先定義一個(gè)Position類互纯，方法由def語(yǔ)句定義。類中字段通過(guò)變量表示醉拓，并賦了初始值伟姐。上面的例子定義了move方法以及字段x與y。
類名后接.new組成的代碼表示創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象亿卤。為簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)愤兵，這里規(guī)定Stone語(yǔ)言無(wú)法定義帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。
如果希望繼承其他的類排吴，只需在類名之后接著寫上extends即可秆乳。例如，下面的代碼能夠定義一個(gè)及程序Position類的子類Pos3D
class Pos3D extends Position {
z = 0
def set(nx,ny,nz) {
x = nx;y = ny;z = nz
}
}
p = Pos3D.new
p.move(3,4)
print p.x
p.set(5,6,7)
print p.z
Stone不支持方法重載钻哩。在同一個(gè)類中無(wú)法定義參數(shù)個(gè)數(shù)或類型不同的同名方法
9.2 實(shí)現(xiàn)類所需的語(yǔ)法規(guī)則
代碼清單9.1是與類相關(guān)的語(yǔ)法規(guī)則修改屹堰。
這里只顯示了代碼清單7.1和代碼清單7.13的不同之處。
其中街氢，非終結(jié)符postfix與program的定義發(fā)生了變化扯键，同時(shí)語(yǔ)法規(guī)則中新增了一些其他的非終結(jié)符。
非終結(jié)符class_body表示由大括號(hào){}括起的由分號(hào)或換行符分割組成的若干個(gè)member珊肃。非終結(jié)符postfix經(jīng)過(guò)修改荣刑，支持基于句點(diǎn).的方法調(diào)用與字段訪問(wèn)馅笙。
代碼清單9.2是根據(jù)代碼清單9.1的語(yǔ)法規(guī)則更新的語(yǔ)法分析器程序。代碼清單9.3厉亏、代碼清單9.4與代碼清單9.5是其中用到的類定義董习。
postfix與program通過(guò)insertChoice方法添加了新的or分支選項(xiàng)。
代碼清單9.1 與類相關(guān)的語(yǔ)法規(guī)則
member ：def | simple
class_body ： "{" [ member ] {(";" | EOL) [ member ]} "}"
defclass ： "class" IDENTIFIER [ "extends" IDENTIFIER ] class_body
postfix ："." IDENTIFIER | "(" [ args ] ")"
program ：[ defclass | def | statement ] (";" | EOL)
代碼清單9.2 支持類的語(yǔ)法分析器ClassPraser.java
package Stone;
import static Stone.Parser.rule;
import Stone.ast.ClassBody;
import Stone.ast.ClassStmnt;
import Stone.ast.Dot;
public class ClassParser extends ClosureParser {
Parser member = rule().or(def, simple);
Parser class_body = rule(ClassBody.class).sep("{").option(member)
.repeat(rule().sep(";", Token.EOL).option(member))
.sep("}");
Parser defclass = rule(ClassStmnt.class).sep("class").identifier(reserved)
.option(rule().sep("extends").identifier(reserved))
.ast(class_body);
public ClassParser() {
postfix.insertChoice(rule(Dot.class).sep(".").identifier(reserved));
program.insertChoice(defclass);
}
}
9.3 實(shí)現(xiàn)eval方法
下一步爱只，需要為新增的抽象語(yǔ)法樹的類添加eval方法皿淋。代碼清單9.6是所需的修改器。
首先恬试，修改器為用于類定義的class語(yǔ)句添加了eval方法窝趣。class語(yǔ)句以class一詞起始，它對(duì)應(yīng)的非終結(jié)符是defclass忘渔，在抽象語(yǔ)法樹中以ClassStmnt（代碼清單9.4）類的形式表現(xiàn)高帖。ClassStmnt類新增的eval方法將創(chuàng)建一個(gè)ClassInfo對(duì)象，向環(huán)境添加由類名與該對(duì)象組成的名值對(duì)畦粮。class語(yǔ)句定義的類的名稱散址。之后，解釋器通過(guò).new從環(huán)境中獲取類的信息宣赔。例如
class Position { 省略 }
這條語(yǔ)句能夠創(chuàng)建一個(gè)ClassInfo對(duì)象预麸，該對(duì)象保存了Stone語(yǔ)言中Position類的定義信息。對(duì)象在創(chuàng)建后儒将，將與類名Position一起添加至環(huán)境中吏祸。
ClassInfo對(duì)象保存了class語(yǔ)句的抽象語(yǔ)法樹。它與保存函數(shù)定義的抽象語(yǔ)法樹的Function類有些相似（第七章的代碼清單7.8）钩蚊。包括本章新增的ClassInfo對(duì)象贡翘，現(xiàn)在的環(huán)境已經(jīng)能夠記錄各種類型的名值對(duì)。表9.1總結(jié)了至今為止介紹過(guò)的所有的值砰逻。
代碼清單9.3 ClassBody.java
package Stone.ast;
import java.util.List;
public class ClassBody extends ASTList {
public ClassBody(List<ASTree> c) {
super(c);
}
}
代碼清單9.4 ClassStmnt.java
package Stone.ast;
import java.util.List;
public class ClassStmnt extends ASTList {
public ClassStmnt(List<ASTree> c) {
super(c);
}
public String name() {
return ((ASTLeaf) child(0)).token().getText();
}
public String superClass() {
if (numChildren() < 3)
return null;
else
return ((ASTLeaf) child(1)).token().getText();
}
public ClassBody body() {
return (ClassBody) child(numChildren() - 1);
}
public String toStirng() {
String parent = superClass();
if (parent == null)
parent = "*";
return "(class " + name() + " " + parent + " " + body() + ")";
}
}
Dot.java
package Stone.ast;
import java.util.List;
public class Dot extends Postfix {
public Dot(List<ASTree> c) {
super(c);
}
public String name() {
return ((ASTLeaf) child(0)).token().getText();
}
public String toString() {
return "." + name();
}
}
接下來(lái)需要添加一個(gè)新的eval方法鸣驱，使程序能夠通過(guò)句點(diǎn).進(jìn)行實(shí)現(xiàn)方法調(diào)用與字段訪問(wèn)。相應(yīng)的抽象語(yǔ)法樹是一個(gè)Dot類（代碼清單9.5）蝠咆。Dot類是Postfix的一個(gè)子類踊东。Dot類的eval方法由PrimaryExpr類的evalSubExpr方法直接調(diào)用，PrimaryExpr類的eval方法會(huì)通過(guò)evalsubExpr方法來(lái)獲取調(diào)用結(jié)果
修改器向Dot類添加的eval方法需要兩個(gè)參數(shù)刚操。其中一個(gè)是環(huán)境闸翅，另一個(gè)是句點(diǎn)左側(cè)的計(jì)算結(jié)果。
如果句點(diǎn)右側(cè)是new菊霜，句點(diǎn)表達(dá)式將用于創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象坚冀。其中句點(diǎn)左側(cè)是需要?jiǎng)?chuàng)建的類，它的計(jì)算結(jié)果是一個(gè)ClassInfo對(duì)象鉴逞。eval方法將根據(jù)該ClassInfo對(duì)象提供的信息創(chuàng)建對(duì)象并返回遗菠。
如果句點(diǎn)的右側(cè)不是new联喘，該句點(diǎn)表達(dá)式將用于方法調(diào)用或字段訪問(wèn)。句點(diǎn)左側(cè)是需要訪問(wèn)的對(duì)象辙纬，它的計(jì)算結(jié)果是一個(gè)StoneObject對(duì)象。如果這是一個(gè)字段叭喜，解釋器將調(diào)用的read方法獲取字段的值并返回贺拣。
代碼清單9.6中的AssignEx修改器實(shí)現(xiàn)了字段賦值功能。該修改器繼承于BinaryEx捂蕴，同時(shí)譬涡，BinaryEx本身也是一個(gè)修改器（第6章代碼清單6.3）。AssignEx修改器將修改BinaryExpr類啥辨。AssignEx修改器覆蓋了由BinaryEx修改器添加的computeAssign方法涡匀，使字段的賦值功能得以實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過(guò)AssignEx修改器修改的computeAssign方法將在賦值運(yùn)算的左側(cè)為一個(gè)字段時(shí)調(diào)用stoneobject的write方法，執(zhí)行賦值操作溉知。如果不是陨瘩，它將通過(guò)super調(diào)用原先的computeAssign方法
在為字段賦值時(shí)必須注意的是羡铲，賦值運(yùn)算的左側(cè)并不一定總是單純的字段名稱瞳抓。例如，字段可以通過(guò)下面的方式表現(xiàn)
table.get().next.x = 3
解釋器將首先調(diào)用變量table所指對(duì)象的get方法军洼，再將返回對(duì)象中next字段指向的對(duì)象包含的字段x賦值為3玫荣。其中甚淡，僅有.x將計(jì)算運(yùn)算符的左值并賦值，table.get().next仍以通常方式計(jì)算最右側(cè)的值捅厂。computeAssign方法通過(guò)內(nèi)部的evalsubExpr方法執(zhí)行這一計(jì)算贯卦。賦值給變量t的返回值同時(shí)也是上面例子中table.get().next的右值計(jì)算結(jié)果。
代碼清單9.6 ClassEvaluator.java
package chap9;
import java.util.List;
import Stone.StoneException;
import Stone.ast.*;
import chap6.BasicEvaluator.ASTreeEx;
import chap6.BasicEvaluator;
import chap6.Environment;
import chap7.FuncEvaluator;
import chap7.FuncEvaluator.EnvEx;
import chap7.FuncEvaluator.PrimaryEx;
import chap7.NestedEnv;
import chap9.StoneObject.AccessException;
import javassist.gluonj.*;
@Require(FuncEvaluator.class)
@Reviser public class ClassEvaluator {
@Reviser public static class ClassStmntEx extends ClassStmnt {
public ClassStmntEx(List<ASTree> c) {
super(c);
}
public Object eval(Environment env) {
ClassInfo ci = new ClassInfo(this, env);
((EnvEx) env).put(name(), ci);
return name();
}
}
@Reviser public static class ClassBodyEx extends ClassBody {
public ClassBodyEx(List<ASTree> c) {
super(c);
}
public Object eval(Environment env) {
for (ASTree t : this)
((ASTreeEx) t).eval(env);
return null;
}
@Reviser public static class DotEx extends Dot {
public DotEx(List<ASTree> c) {
super(c);
}
public Object eval(Environment env,Object value) {
String member = name();
if (value instanceof ClassInfo) {
if ("new".equals(member)) {
ClassInfo ci = (ClassInfo)value;
NestedEnv e = new NestedEnv(ci.environment);
StoneObject so = new StoneObject(e);
e.putNew("this", so);
initObject(ci,e);
return so;
}
} else if (value instanceof StoneObject) {
try {
return ((StoneObject)value).read(member);
} catch (AccessException e) {}
}
throw new StoneException("bad member access: " + member,this);
}
protected void initObject(ClassInfo ci,Environment env) {
if (ci.superClass() != null)
initObject(ci.superClass(),env);
((ClassBodyEx)ci.body()).eval(env);
}
}
@Reviser public static class AssignEx extends BasicEvaluator.BinaryEx {
public AssignEx(List<ASTree> c) {
super(c);
}
protected Object computeAssign(Environment env,Object rvalue) {
ASTree le = left();
if (le instanceof PrimaryExpr) {
PrimaryEx p = (PrimaryEx) le;
if (p.hasPostfix(0) && p.postfix(0) instanceof Dot) {
Object t = ((PrimaryEx)le).evalSubExpr(env, 1);
if (t instanceof StoneObject)
return setField((StoneObject)t,(Dot)p.postfix(0),rvalue);
}
}
return super.computeAssign(env, rvalue);
}
protected Object setField(StoneObject obj,Dot expr,Object rvalue) {
String name = expr.name();
try {
obj.write(name,rvalue);
return rvalue;
} catch (AccessException e) {
throw new StoneException("bad member access " + location() + ": " + name);
}
}
}
}
}
代碼清單9.7 ClassInfo.java
package chap9;
import Stone.StoneException;
import Stone.ast.ClassBody;
import Stone.ast.ClassStmnt;
import chap6.Environment;
public class ClassInfo {
protected ClassStmnt definition;
protected Environment environment;
protected ClassInfo superClass;
public ClassInfo(ClassStmnt cs, Environment env) {
definition = cs;
environment = env;
Object obj = env.get(cs.superClass());
if (obj == null)
superClass = null;
else if (obj instanceof ClassInfo)
superClass = (ClassInfo) obj;
else
throw new StoneException("unkonw super class: " + cs.superClass(), cs);
}
public String name() {
return definition.name();
}
public ClassInfo superClass() {
return superClass;
}
public ClassBody body() {
return definition.body();
}
public Environment environment() {
return environment;
}
public String toString() {
return "<class " + name() + ">";
}
}
代碼清單9.8 StoneObject.java
package chap9;
import chap6.Environment;
import chap7.FuncEvaluator.EnvEx;
public class StoneObject {
public static class AccessException extends Exception {
}
protected Environment env;
public StoneObject(Environment e) {
env = e;
}
public String toString() {
return "<object:" + hashCode() + ">";
}
public Object read(String member) throws AccessException {
return getEnv(member).get(member);
}
public void write(String member, Object value) throws AccessException {
((EnvEx) getEnv(member)).putNew(member, value);
}
protected Environment getEnv(String member) throws AccessException {
Environment e = ((EnvEx) env).where(member);
if (e != null && e == env)
return e;
else
throw new AccessException();
}
}
9.4 通過(guò)閉包表示對(duì)象
從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看焙贷，如何設(shè)計(jì)StoneObject對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)才是最重要的撵割。也就是說(shuō)，如何通過(guò)Java語(yǔ)言的對(duì)象來(lái)表現(xiàn)Stone語(yǔ)言的對(duì)象盈厘。其實(shí)睁枕，實(shí)現(xiàn)的方式多種多樣，我們將利用環(huán)境能夠保存字段值的特性來(lái)表示對(duì)象沸手。
StoneObject對(duì)象主要應(yīng)保存Stone語(yǔ)言中對(duì)象包含的字段值外遇，可以說(shuō)它是字段名稱與字段值的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。從這個(gè)角度來(lái)看契吉，環(huán)境作為變量名稱與變量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系表跳仿，與對(duì)象的作用非常類似。
如果將對(duì)象視作一種環(huán)境捐晶，就很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)該對(duì)象自身（也就是Java語(yǔ)言中this指代的對(duì)象）的方法調(diào)用與字段訪問(wèn)菲语。方法調(diào)用與字段訪問(wèn)可以通過(guò)this.x實(shí)現(xiàn)妄辩，其中，指代自身的this.能夠省略山上。下面是一個(gè)例子眼耀。
class Positon {
x = y = 0
def move(nx,ny) {
x = ny;y = ny
}
}
move方法內(nèi)的x乍看是一個(gè)局部變量，其實(shí)它是this.x的省略形式佩憾，表示x字段哮伟。這類x的實(shí)現(xiàn)比較麻煩。如果將move方法的定義視作函數(shù)定義妄帘，x與y都屬于自由變量（自由變量指的是函數(shù)參數(shù)及局部變量以外的函數(shù)）楞黄。參數(shù)nx與ny則是約束變量。
如果方法內(nèi)部存在x這樣的自由變量抡驼，該變量就必須指向（綁定）在方法外部定義的字段鬼廓。這與閉包的機(jī)制類似。例如致盟，下面的函數(shù)position將返回一個(gè)閉包碎税。
def position () {
x = y = 0
fun (nx,ny) {
x = ny;y = ny
}
}
此時(shí)，position函數(shù)的局部變量x將賦值給返回的閉包中的變量x（與x綁定）勾邦。對(duì)比兩者即可發(fā)現(xiàn)蚣录，閉包與方法都會(huì)將內(nèi)部的變量名與外部的變量（字段）綁定。
在通過(guò).new創(chuàng)建新的StoneObject對(duì)象時(shí)眷篇，解釋器將首先創(chuàng)建新的環(huán)境萎河。StoneObject對(duì)象將保存該環(huán)境，并向該環(huán)境添加由名稱this與自身組成的鍵值對(duì)蕉饼。
之后虐杯，解釋器將借助該環(huán)境執(zhí)行類定義中由大括號(hào){}括起的主體部分。與執(zhí)行函數(shù)體時(shí)一樣昧港，只需調(diào)用表示主體的調(diào)用表示主體的抽象語(yǔ)法樹的eval方法即可完成這一操作擎椰。這對(duì)應(yīng)于Java等語(yǔ)言中的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用。主體部分執(zhí)行后创肥，類定義中出現(xiàn)的字段名與方法名以及相應(yīng)的值都將被環(huán)境記錄达舒。
在執(zhí)行過(guò)程中，如果需要為首次出現(xiàn)的變量賦值叹侄，解釋器將像環(huán)境添加有該變量的名稱與值組成的名值對(duì)巩搏。
9.5 運(yùn)行包含類的程序
至此，Stone語(yǔ)言已經(jīng)可以支持類與對(duì)象的使用趾代。與之前一樣贯底，最后將要介紹的是解釋器主體程序與相應(yīng)的啟動(dòng)程序。參見代碼清單9.9與代碼清單9.10
代碼清單9.9 ClassInterperter.java
package chap9;
import Stone.ClassParser;
import Stone.ParseException;
import chap6.BasicInterpreter;
import chap7.NestedEnv;
import chap8.Natives;
public class ClassInterpreter extends BasicInterpreter {
public static void main(String[] args) throws ParseException {
run(new ClassParser(), new Natives().environment(new NestedEnv()));
}
}
代碼清單9.10 ClassRunner.java
package chap9;
import chap7.ClosureEvaluator;
import chap8.NativeEvaluator;
import javassist.gluonj.util.Loader;
public class ClassRunner {
public static void main(String[] args) throws Throwable {
Loader.run(ClassInterpreter.class, args, ClassEvaluator.class,NativeEvaluator.class,ClosureEvaluator.class);
}
}
