Создание простого языка программирования на D

Этот проект представляет собой эксперимент по созданию простого языка программирования на языке D. Его результаты и опыт могут быть полезны для изучения и понимания процесса создания языков программирования. Вдохновением для этого проекта послужил язык Lisp, известный своей простотой и выразительностью.

Вдохновение Lisp

Lisp, разработанный в конце 1950-х годов, стал одним из первых языков программирования высокого уровня. Его минималистичная структура и мощные абстракции позволил создавать на его основе множество других языков программирования. Рассмотрим простой пример кода на Lisp, чтобы понять основные концепции:

(defun factorial (n)
  (if (<= n 1)
      1
      (* n (factorial (- n 1)))))

Этот код определяет функцию factorial, которая вычисляет факториал числа n. Конструкция if проверяет, является ли n меньше или равно 1, и если это так, возвращает 1. В противном случае, функция рекурсивно вызывает себя с n-1 и умножает результат на n.

Создание языка программирования на D

Создание собственного языка программирования требует понимания нескольких ключевых компонентов: лексического анализа, синтаксического анализа и интерпретации или компиляции. Мы рассмотрим каждый из этих компонентов на примере создания простого языка на D.

Лексический анализатор (Tokenizer)

Лексический анализатор разбивает исходный код на токены, такие как ключевые слова, числа, операторы и символы.

import std.regex;
import std.array;

enum TokenType {
    Identifier,
    Number,
    Operator,
    LeftParen,
    RightParen
}

struct Token {
    TokenType type;
    string value;
}

Token[] tokenize(string code) {
    Token[] tokens;
    auto matches = matchAll!(r"(\d+|\w+|[-+*/()]|\s+)", code);

    foreach (m; matches) {
        auto str = m.hit;
        if (str[0].isWhitespace) continue;
        TokenType type;
        if (str[0].isDigit) {
            type = TokenType.Number;
        } else if (str[0].isAlpha) {
            type = TokenType.Identifier;
        } else if (str[0] == '(') {
            type = TokenType.LeftParen;
        } else if (str[0] == ')') {
            type = TokenType.RightParen;
        } else {
            type = TokenType.Operator;
        }
        tokens ~= Token(type, str);
    }
    return tokens;
}

void main() {
    string code = "(factorial 5)";
    auto tokens = tokenize(code);
    foreach (token; tokens) {
        writeln("Type: ", token.type, ", Value: ", token.value);
    }
}

Этот код определяет простой лексический анализатор, который разбивает строку кода на токены и классифицирует их.

Синтаксический анализатор (Parser)

Синтаксический анализатор стоит дерево разбора (AST, Abstract Syntax Tree) из последовательности токенов.

import std.variant;

class Node {
    Variant value;
    Node[] children;

    this(Variant value) {
        this.value = value;
    }
}

Node parse(Token[] tokens, ref size_t pos) {
    if (tokens[pos].type == TokenType.LeftParen) {
        pos++;
        Node node = new Node("List");
        while (tokens[pos].type != TokenType.RightParen) {
            node.children ~= parse(tokens, pos);
        }
        pos++;
        return node;
    } else {
        return new Node(tokens[pos++].value);
    }
}

void main() {
    string code = "(factorial 5)";
    auto tokens = tokenize(code);
    size_t pos = 0;
    Node ast = parse(tokens, pos);
    writeln("AST: ", ast);
}

Этот код создает синтаксический анализатор, который преобразует токены в дерево разбора.

Интерпретатор

Интерпретатор выполняет код, используя дерево разбора.

import std.variant;
import std.stdio;
import std.conv;

class Environment {
    Variant[string] variables;

    Variant get(string name) {
        return variables[name];
    }

    void set(string name, Variant value) {
        variables[name] = value;
    }
}

Variant eval(Node node, Environment env) {
    if (node.value.type == typeid(string)) {
        string strValue = node.value;
        if (strValue == "factorial") {
            int n = to!int(eval(node.children[1], env));
            return factorial(n);
        } else if (env.variables.exists(strValue)) {
            return env.get(strValue);
        } else {
            return strValue;
        }
    } else if (node.value.type == typeid(int)) {
        return node.value;
    } else if (node.value == "List") {
        return eval(node.children[0], env);
    } else {
        return node.value;
    }
}

int factorial(int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

void main() {
    string code = "(factorial 5)";
    auto tokens = tokenize(code);
    size_t pos = 0;
    Node ast = parse(tokens, pos);
    Environment env;
    Variant result = eval(ast, env);
    writeln("Result: ", result);
}

Этот интерпретатор выполняет дерево разбора, вычисляя факториал числа.

---

---