一起來寫一個簡單的解釋器（3）

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本系列文章參考國外編程高手魯斯蘭的博客文章《Let』s Build A Simple Interpreter》。

在之前的文章中，我們一起學習了如何實現對兩個數字加減法表達式的解釋。

這一篇文章，我們一起來學習對多個數字加減法表達式的解釋。

例如：12 + 8 – 6 – 10

在編寫代碼之前，我們先來看一張圖。

這張圖是語法圖。

語法圖是表示一種程序設計語言語法規則的示意圖。

實際上，語法圖體現了語法分析器（Parser）的運行規則。

一張語法圖能夠直觀地體現在我們的程序設計語言中，允許使用哪些語句和不允許使用哪些語句。

那麼，怎麼閱讀這張語法圖呢？

我們只需跟隨箭頭所指的路徑去了解程序的運行。

在語法圖中，有些路徑表示選擇，例如：加法表達式和減法表達式需要選擇不同的路徑。

另外，有的路徑表示循環，例如：多次進行加減運算的過程。

為了把這張圖看的更明白，我將不同的表達式對應語法圖中的路徑，做了幾張示意圖。

其中橙色路徑就是當前表達式運行的路徑。

例如：

>>>3

當我們只輸入一個數字，此時程序只找到了一個操作數，那就只需要把這個操作數傳遞出去。

例如：

>>>3+6

當我們輸入了一個完整的兩位數加法表達式，此時程序會先找到一個操作數，然後選擇加法操作符，再找到另外一個操作數，最終識別出一個完整的短語傳遞出去。

例如：

>>>3+5-4-2+6

當我們輸入了一個多個數字的加減法表達式，此時程序會先找到一個操作數，然後選擇加法操作符，再找到另外一個操作數；此時，程序發現還有新的記號，就開始循環的過程；再次選擇操作符，找到操作數，直到找不到新的記號，將完整的短語傳遞出去。

相信到這裡，大家都應該理解了這張語法圖的含義。

那麼，這裡我們看到了一個新的英文單詞「Term」，中文含義是「術語」，但是這很難理解。

不要搞那麼複雜，在這篇文章中，Term就是一個整數。

根據上面的語法圖，以下表達式都是合法的：

• 3
• 5+16
• 33-15+7

實際上，因為在不同的程序設計語言中，四則運算表達式的語法規則十分相似。

所以，在Python的Shell中，我們運行這些表達式看到的結果也沒有什麼區別。

然而，對於我們的解釋器，表達式「3 + 」並不是一個有效的表達式。

因為，根據語法圖，加號後面必須跟著一個Term（整數），否則將會是一個語法錯誤。

在上一篇文章中，我們知道一連串Token（Token流）中識別出一個短語的過程叫做「Parsing」（語法分析）。一個解釋器或者編譯器用於語法分析的部分叫「Parser」（語法分析器）。

其實，「Parsing」也叫做「Syntax Analysis」，而「parser 」也叫做「Syntax Analyzer」。

而且，我們也知道「Parser」和「Interpreter」位於「expr()」方法中。

「Parser」只負責識別結構並確保結構符合規範，當「Parser」成功識別（解析）出結構，Interpreter 會對表達式進行求值計算。

根據上面的語法圖，我們重寫「Parser」部分的代碼。

這裡我們添加一個新的方法「term()」，用於解析一個整數。

示例代碼：

def term(self): self.eat(INTEGER) # 驗證整數def expr(self): self.current_token = self.get_next_token() # 獲取記號 self.term() # 驗證第一個整數 while self.current_token.value_type in (PLUS, MINUS): # 循環 if self.current_token.value_type == PLUS: # 選擇加法運算符 self.eat(PLUS) # 驗證運算符 self.term() # 驗證下一個整數 if self.current_token.value_type == MINUS: # 選擇減法運算符 self.eat(MINUS) # 驗證運算符 self.term() # 驗證下一個整數

上方代碼就是根據語法圖重寫的代碼。

不過很顯然，「Parser」不會完成全部解釋工作，它正確的識別表達式之後沒有任何結果，只有在表達式識別失敗的時候會拋出異常。

提示：大家可以嘗試運行程序，輸入「1+2」和「1+」進行驗證。

因為，Interpreter需要表達式的值，所以，我們可以修改「term()」方法,讓它返回一個整數值。

並且，我們還要修改「expr()」方法，讓它在適當的位置執行加法和減法的計算，並且返回解釋的結果。

示例代碼：

def term(self): token = self.current_token # 獲取記號 self.eat(INTEGER) return token.value # 返回記號中的整數值def expr(self): self.current_token = self.get_next_token() result = self.term() # 獲取第一個整數（Term） while self.current_token.value_type in (PLUS, MINUS): if self.current_token.value_type == PLUS: self.eat(PLUS) result += self.term() # 已有結果加上新獲取的整數（Term） if self.current_token.value_type == MINUS: self.eat(MINUS) # 已有結果減去新獲取的整數（Term） result -= self.term() return result

到這裡，我們的解釋器就可以完成多個數字的加減法表達式運算了。

在這篇內容的基礎上，大家可以嘗試進行以下功能的擴展：

• 畫一個只包含乘法和除法的算術表達式語法圖，例如「7 * 4 / 2 * 3」；（不要認為很簡單就不去做）
• 重寫Interpreter類的所有源代碼，不要再參考寫過的代碼和文章，只靠自己的思考，讓它可以解釋只包含乘法和除法的算術表達式。

而且，當學習完這篇文章，請大家自我檢查一下，是否了解了以下內容：

• 什麼是語法圖？
• 什麼是語法分析？
• 什麼是語法分析器？

在學習中遇到任何問題，可以留言關注一下喔！