【一天一门编程语言】怎样设计一门编程语言？
编程语言 设计 怎样 一天 一门
2023-09-27 14:25:01 时间
怎样设计一门编程语言？
确定目标
- 确定语言的用途：
- 是一门通用编程语言，还是一门专门面向某个特定目标的语言？
- 是一门面向对象的语言，还是一门过程化的语言？
- 将语言的最终用户定义为谁？
- 确定语言的特性：
- 语言的语法特性是什么？
- 支持哪些数据类型？
- 语言的可扩展性有多强？
设计语言的语法
- 确定语言的关键字和保留字：
- 标识符由哪些字符组成？
- 关键字有哪些？
- 确定语法：
- 语句以什么开始？
- 变量声明应该如何进行？
- 函数调用如何实现？
- 如何表示运算符？
实现语言的编译器/解释器
- 选择实现语言的方法：
- 编译器：
- 用什么样的编程语言实现？
- 从源代码到机器码的编译过程？
- 解释器：
- 用什么样的编程语言实现？
- 源代码如何解释？
- 编译器：
测试语言
- 构建测试用例：
- 构建各种不同类型的测试用例，包括：
- 基本语法测试
- 数据类型测试
- 操作符测试
- 函数测试
- 数据结构测试
- 构建各种不同类型的测试用例，包括：
- 测试语言的性能：
- 测试语言的执行效率
- 测试语言的内存占用情况
设计一门新的现代计算机编程语言 Zero，支持面向对象编程，函数式编程，给出基础数据类型，基础语法，语言SDK等，并给出具体的代码实例。
Zero 编程语言
基本概述
Zero 是一种新的面向对象，函数式编程的现代计算机编程语言，它可以用来开发系统软件和应用程序。
基本数据类型
Zero 支持多种基本数据类型：
- 整型（Integer）
- 浮点型（Float）
- 布尔型（Boolean）
- 字符串（String）
- 列表（List）
- 字典（Dictionary）
Zero 支持基本的数据类型，包括整数、字符串、布尔值，数组，元组，函数和对象等。
基本语法
Zero 的基本语法可以分为以下几个部分：
- 变量定义
- 条件判断
- 循环
- 函数定义
- 类定义
- 模块导入
语言 SDK
Zero 提供一个专用的语言 SDK，可以为开发者提供更多的开发功能。SDK 提供的功能包括：
- 文件系统操作
- 网络编程
- 数据库操作
- 图形用户界面开发
- 等等
代码实例
输出一个字符串
以下是一个使用 Zero 编写的简单程序，它可以输出一个字符串：
// 定义一个变量
var str = "Hello, World!"
// 输出变量
print(str)
输出结果：
Hello, World!
使用 Zero 语言实现斐波那契数列代码
以下是使用 Zero 语言实现的斐波那契数列的代码实例：
// 斐波那契数列算法
func fibonacci(n: int): int {
if n <= 2 {
return 1;
}
return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}
// 输出斐波那契数列第 10 个数字
let result = fibonacci(10);
print(result);
使用 Zero 语言实现一个HTTP接口
- 导入HTTP模块：
import "http" - 设置HTTP服务：
http.setServer(port) - 注册HTTP接口：
http.register("url", funcName)
代码示例：
# 导入HTTP模块
import "http"
# 声明变量
var port = 8000
# 函数声明
func helloWorld(req) {
req.response("Hello World!")
}
# 设置HTTP服务
http.setServer(port)
# 注册HTTP接口
http.register("/hello", helloWorld)
Zero 编程语言编译器的实现
使用 markdown, 细化到2级目录。
Zero 是一门新的现代计算机编程语言 ，支持面向对象编程，函数式编程。现在，我需要了解一下 Zero 编程语言编译器的实现原理。
一、前端编译
- 分词
Zero 编译器的前端编译需要先进行分词，分词的过程会把输入的程序源代码按照关键字，标识符，字符常量，数值常量等，用词法单元的形式表示出来，以便后续的语法分析和语义分析可以进行处理。 - 语法分析
语法分析会在词法分析的基础上，根据编程语言的语法结构，把词法单元序列构建成一棵抽象语法树（AST），以表示程序源代码的语法结构。
二、中间代码生成
- 语义分析
语义分析会在语法分析的基础上，对抽象语法树中的语句进行类型检查，查找变量和函数，检查函数调用的参数类型，以确保程序的正确性。 - 中间代码生成
中间代码生成会根据抽象语法树，将程序源代码翻译成一种中间表示形式，这种中间代码可以方便的用来表示程序的控制结构和语义，从而可以方便的进行机器码生成。
三、机器码生成
- 四元式生成
Zero 编译器会采用四元式的形式来表示中间代码，把中间代码转换成四元式形式，这样可以更方便的进行机器码生成。 - 机器码生成
机器码生成会根据四元式的内容，把程序的控制结构和语义翻译成机器指令，以便被硬件处理器执行。
用C语言实现解析抽象语法树（AST）代码实例
背景
Zero 编程语言是支持面向对象编程和函数式编程的脚本语言，需要使用编译器实现其功能。在编译器的实现中，解析抽象语法树（AST）是必不可少的一步，因此，本文将介绍如何使用C语言实现解析AST的代码实例。
具体实现
- 创建AST：首先，需要创建一个AST，其中包含节点、子节点以及各节点之间的联系，例如：
ast
|
+-rootNode
| |
| +-node1
| | |
| | +-leaf1
| |
| +-node2
| |
| +-leaf2
- 解析AST：其次，需要实现解析AST的代码，例如：
void parseAST(Node* rootNode) {
if (rootNode == NULL)
return;
// 遍历根节点的子节点
for (int i = 0; i < rootNode->numChildren; i++) {
Node* childNode = rootNode->childNodes[i];
// 遍历子节点的叶子节点
for (int j = 0; j < childNode->numLeaves; j++) {
Leaf* leaf = childNode->leafNodes[j];
// 对叶子节点执行相应的处理
// ...
}
}
}
通过以上实现，可以使用C语言实现解析抽象语法树（AST）的代码实例，从而实现Zero编程语言编译器的功能。
用 Zero 语言设计一下它的 Stream API ，并给出代码实例。
Stream API 设计
Stream API 主要用于处理按顺序处理的元素，提供了一系列的函数式操作，便于处理数据，比如过滤，映射，排序等。
- Stream 创建
Stream.of(T... values)：返回一个新的 Stream，它由给定的参数 values 组成Stream.generate(Supplier<T> supplier)：返回一个无限长度的 Stream，它每次调用 supplier 返回一个新的元素Stream.iterate(T seed, UnaryOperator<T> f)：返回一个无限长度的 Stream，它每次应用 f 函数来产生新的元素
- 中间操作
map(Function<? super T, ? extends R> mapper)：将此 Stream 的每个元素映射到另一个元素filter(Predicate<? super T> predicate)：返回一个新的 Stream，它包含此 Stream 中满足给定谓词的所有元素sorted(Comparator<? super T> comparator)：返回一个新的 Stream，它是此 Stream 的元素按照比较器排序后的
- 终端操作
forEach(Consumer<? super T> action)：遍历 Stream，并对每个元素执行操作collect(Collector<? super T, A, R> collector)：将 Stream 中的元素收集起来
代码实例
// 创建一个 Stream，包含 1~10
Stream<Integer> stream = Stream.iterate(1, i -> i + 1).limit(10);
// 将 Stream 中的每个元素都乘以 2
Stream<Integer> doubleStream = stream.map(i -> i * 2);
// 对 Stream 中的元素排序
Stream<Integer> sortedStream = doubleStream.sorted(Comparator.comparingInt(i -> i));
// 收集 Stream 中的元素到 List
List<Integer> list = sortedStream.collect(Collectors.toList());
// 遍历 List 中的元素
list.forEach(System.out::println);