練習(xí) 35：解釋器
譯者：飛龍
協(xié)議：CC BY-NC-SA 4.0
自豪地采用谷歌翻譯
解析中的最后一個練習(xí)應(yīng)該既具有挑戰(zhàn)性又有趣。你終于可以看到，你的微型 Python 腳本運行并做了一些事情。難以理解這個章節(jié)和解析的概念很正常。如果你發(fā)現(xiàn)你已經(jīng)到達(dá)了這里，而且你不太明白發(fā)生了什么，請退后一步，再考慮在這一部分做一些練習(xí)。在繼續(xù)之前，重復(fù)幾次這個章節(jié)，這可以幫助你在最后兩個練習(xí)中制作自己的小語言。
我故意不會在本練習(xí)中包含任何代碼，以便你必須根據(jù)解釋器工作方式的描述來嘗試。你已經(jīng)有了 Python 作為參考，我們的微型 Python 示例應(yīng)該如何操作這些小語句。你知道如何用訪問者模式來遍歷你的解析樹。剩下的就是讓你編寫一個解釋器，它可以將它們結(jié)合在一起，并使你的小腳本運行。
解釋器和編譯器
在編程語言的世界里，存在解釋語言和編譯語言。編譯語言接受你的輸入的源碼，并進(jìn)行掃描，解析和分析階段。然后，編譯器基于這個分析產(chǎn)生機器碼，通過遍歷它并編寫真正的（或假的）計算機所需的字節(jié)，來使 CPU 運行。一些編譯器增加了一個額外的步驟，將輸入的源碼翻譯成通用的“中間語言”，然后將其編譯為機器的字節(jié)。編譯器通常是確定的，因為你通常不能僅僅運行編譯器，而是首先必須通過編譯器運行源代碼，然后執(zhí)行結(jié)果。C 是一個經(jīng)典的編譯器，你可以這樣運行 C 程序：
$ cc ex1.c -o ex1
$ ./ex1
cc命令是“C 編譯器”的意思，也就是說，你選取了文件ex1.c，掃描，解析，并進(jìn)行分析，然后輸出可執(zhí)行字節(jié)到文件ex1。一旦你完成了，你就可以像其他任何程序一樣運行它。
解釋器不會生成你運行的編譯后字節(jié)碼，而是直接運行并分析結(jié)果。它“解釋”輸入語言，就像我把我的漢語轉(zhuǎn)換為我朋友的泰語。它加載源文件，然后像編譯器那樣進(jìn)行掃描，解析和分析。之后，它只是使用解釋器的自己的語言（在這里是 Python），來根據(jù)分析來運行它。
如果我們要在 Python 中實現(xiàn) JavaScript 解釋器，我們會“使用 Python 解釋 JavaScript”。JavaScript 是我的漢語，一個解釋器正在為我將其憑空解釋為 Python（泰語）。如果我想用 Python 解釋 JavaScript 的1 + 2，我可能會這樣做：
掃描
1 + 2并產(chǎn)生記號INT(1) PLUS INT(2)。將其解析為表達(dá)式
AddExpr(IntExpr(1), IntExpr(2))分析它，將文本
1和2轉(zhuǎn)換為實際的 Python 整數(shù)。使用 Python 代碼
result = 1 + 2解釋它，我可以將其轉(zhuǎn)給剩余的解析樹。
與之相比，編譯器會做 1~3 的任何事情。但是在第四步它會編寫字節(jié)碼（機器碼）到另一個文件，我可以將其運行在 CPU 上。
Python 兩者都是
Python 更現(xiàn)代化，通過幾乎完成編譯和解釋，利用更快的計算機。它將像解釋器一樣工作，所以你不必經(jīng)歷編譯階段。但是，解釋器出奇地慢，所以 Python 有一個內(nèi)部的虛擬機。當(dāng)你運行腳本時，例如python ex1.py，Python 實際上會運行它并將其編譯到__pycache__目錄中的ex1.cpython -36.pyc文件。該文件是字節(jié)碼，Python 程序知道如何加載和運行，它的工作原理就像假的機器代碼。
譯者注：但是沒有 JIT 的情況下還是很慢。
你的解釋器永遠(yuǎn)不會，也不應(yīng)該是這樣的。你的解釋器應(yīng)該只是掃描，解析，分析和解釋微型 Python 腳本。
如何編寫解釋器
當(dāng)你編寫解釋器時，你將需要工作在所有三個階段之間，來修復(fù)你錯過或做錯的東西。我建議你先添加數(shù)字，然后再處理更復(fù)雜的表達(dá)式，直到你的腳本能夠運行。我會像這樣完成它：
- 將你的第一個
interpret方法添加到AddExpr類，并讓它打印出一條消息。 - 讓你的解釋器能夠可靠地訪問這個類，并傳入它需要的
PunyPyWorld。 - 一旦你完成了，你可以調(diào)用
AddExpr.interpret來計算它的兩個表達(dá)式的和，并返回結(jié)果。 - 之后，你必須弄清楚，這個
interpret步驟的結(jié)果應(yīng)該到哪里去。為了保持簡單，讓我們假設(shè)微型 Python 是一種基于表達(dá)式的語言，所以一切都返回一個值。在這種情況下，對一個解釋器的調(diào)用總是具有返回值，父調(diào)用可以使用它。 - 最后，由于微型 Python 基于表達(dá)式，你可以讓你的
Interpreter打印出其interpret調(diào)用的最終結(jié)果。 - 如果你這樣做，你將會獲得解釋器的基礎(chǔ)知識，你可以開始執(zhí)行所有其他的
interpret方法，使其運行。
挑戰(zhàn)練習(xí)
編寫微型 Python 的解釋器，應(yīng)該只涉及編寫另一個訪問者模式，它遍歷分析后的解析樹，并完成解析樹讓它做的任何事情。你唯一的目標(biāo)就是讓這個很小的（甚至是微型的）腳本運行。這似乎是愚蠢的，因為這只是三行代碼，但它涵蓋編程語言中的各種主題：變量，加法，表達(dá)式，函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用。如果你實現(xiàn)了if語句，你幾乎可以有一個可工作的編程語言。
你的任務(wù)是編寫一個PunyPyInterpreter類，它接受PunyPyWorld和PunyPyAnalyzer的運行結(jié)果來執(zhí)行腳本。你必須實現(xiàn)print，僅僅用于打印其變量，但其余的代碼，應(yīng)該在你遍歷每個產(chǎn)生式類的時候運行。
研究性學(xué)習(xí)
- 一旦你擁有了
PunyPyInterpreter，你應(yīng)該實現(xiàn)if語句和布爾表達(dá)式，然后擴展你的語言測試集，來確保這是有效的。盡可能為這個小型 Python 解釋器增加功能。 - 如何使微型 Python 也擁有語句？
深入學(xué)習(xí)
你應(yīng)該能夠?qū)W習(xí)盡可能多的語言的語法和規(guī)范。繼續(xù)尋找一些語言并學(xué)習(xí)它們，但是使用該語言的源代碼來完成。你還應(yīng)該完整學(xué)習(xí) https://tools.ietf.org/html/rfc5234 上面的 IETF ABNF 規(guī)范，來為自己準(zhǔn)備接下來的兩項練習(xí)。
