终于实现了一门属于自己的编程语言

2年前 (2022) 程序员胖胖胖虎阿

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前言

都说程序员的三大浪漫是：操作系统、编译原理、图形学；最后的图形学确实是特定的专业领域，我们几乎接触不到，所以对我来说换成网络更合适一些，最后再加上一个数据库。

这四项技术如果都能掌握的话那岂不是在 IT 行业横着走了，加上这几年互联网行业越来越不景气，越底层的技术就越不可能被替代；所以为了给自己的 30+ 危机留点出路，从今年上半年开始我就逐渐开始从头学习编译原理。

功夫不负有心人，经过近一个月的挑灯夜战，每晚都在老婆的催促下才休息，克服了中途好几次想放弃的冲动，终于现在完成了 GScript 一个预览版。

预览版的意思是语法结构与整体设计基本完成，后续更新也不太会改动这部分内容、但还缺少一些易用功能。

特性

首先来看看保留环节， GScript 是如何编写 hello world 的。

hello_world.gs:

println("hello world");

❯ gscript hello_world.gs
hello world

废话说完了接下来重点聊聊 GScript 所支持的特性了。

终于实现了一门属于自己的编程语言
后文会重点说明每一个特性。

例子

除了刚才提到的 hello world，再来看一个也是示例代码经常演示的打印斐波那契数列。

void fib(){
    int a = 0;
    int b = 1;
    int fibonacci(){
        int c = a;
        a = b;
        b = a+c;
        return c;
    }
    return fibonacci;
}
func int() f = fib();
for (int i = 0; i < 5; i++){
    println(f());
}

输出结果如下：

整体写法与 Go 官方推荐的类似：https://go.dev/play/p/NeGuDahW2yP

// fib returns a function that returns
// successive Fibonacci numbers.
func fib() func() int {
    a, b := 0, 1
    return func() int {
        a, b = b, a+b
        return a
    }
}
func main() {
    f := fib()
    // Function calls are evaluated left-to-right.
    fmt.Println(f(), f(), f(), f(), f())
}

都是通过闭包变量实现的，同时也展示了 GScript 对闭包、函数的使用，后文详细介绍闭包的用法。

语法

GScript 的语法与常见的 Java/Go 类似，所以上手非常简单。

基本类型

先来看看基本类型，目前支持 int/string/float/bool 四种基本类型以及 nil 特殊类型。

变量声明语法和 Java 类似：

int a=10;
string b,c;
float e = 10.1;
bool f = false;

个人觉得将类型放在前面，代码阅读起来会更清晰一些，当然这也是个人喜好。

数组

// 声明并初始化
int[] a={1,2,3};
println(a);

// 声明一个空数组并指定大小
int[] table = [4]{};

println();
// 向数组 append 数据
a = append(a,4);
println(a);
for(int i=0;i<len(a);i++){
    println(a[i]);
}

// 通过下标获取数组数据
int b=a[2];
println(b);

其实严格来讲这并不算是数组，因为它的底层是用 Go 切片实现的，所以可以动态扩容。

以这段代码为例：

int[] a=[2]{};
println("数组大小:"+len(a));
a = append(a,1);
println("数组大小:"+len(a));
println(a);
a[0]=100;
println(a);

输出：

数组大小:2
数组大小:3
[<nil> <nil> 1]
[100 <nil> 1]

Class

类的支持非常重要，是实现面向对象的基础，目前还未完全实现面向对象，只实现了数据与函数的封装。

class ListNode{
    int value;
    ListNode next;
    ListNode(int v, ListNode n){
        value =v;
        next = n;
    }
}

// 调用构造函数时不需要使用 new 关键字。
ListNode l1 = ListNode(1, nil);

// 使用 . 调用对象属性或函数。
println(l1.value);

缺省情况下 class 具有无参构造函数：

class Person{
    int age=10;
    string name="abc";
    int getAge(){
        return 100+age;
    }
}

// 无参构造函数
Person xx= Person();
println(xx.age);
assertEqual(xx.age, 10);
println(xx.getAge());
assertEqual(xx.getAge(), 110);

得益于 class 的实现，结合刚才的数组也可以定义出自定义类型的数组：

// 大小为 16 的 Person 数组
Person[] personList = [16]{};

函数

函数其实分为两类：

普通的全局函数。
类的函数。

本质上没有任何区别，只是所属范围不同而已。

// 判断链表是否有环
bool hasCycle(ListNode head){
    if (head == nil){
        return false;
    }
    if (head.next == nil){
        return false;
    }

    ListNode fast = head.next;
    ListNode slow = head;
    bool ret = false;
    for (fast.next != nil){
        if (fast.next == nil){
            return false;
        }
        if (fast.next.next == nil){
            return false;
        }
        if (slow.next == nil){
            return false;
        }
        if (fast == slow){
            ret = true;
            return true;
        }

        fast = fast.next.next;
        slow = slow.next;
    }
    return ret;
}

ListNode l1 = ListNode(1, nil);
bool b1 =hasCycle(l1);
println(b1);
assertEqual(b1, false);

ListNode l4 = ListNode(4, nil);
ListNode l3 = ListNode(3, l4);
ListNode l2 = ListNode(2, l3);
bool b2 = hasCycle(l2);
println(b2);
assertEqual(b2, false);

l4.next = l2;
bool b3 = hasCycle(l2);
println(b3);
assertEqual(b3, true);

这里演示了链表是否有环的一个函数，只要有其他语言的使用基础，相信阅读起来没有任何问题。

add(int a){}

当函数没有返回值时，可以声明为 void 或直接忽略返回类型。

闭包

闭包我认为是非常有意思的一个特性，可以实现很灵活的设计，也是函数式编程的基础。

所以在 GScript 中函数是作为一等公民存在；因此 GScript 也支持函数类型的变量。

函数变量声明语法如下：func typeTypeOrVoid '(' typeList? ')'

// 外部变量，全局共享。
int varExternal =10;
func int(int) f1(){
    // 闭包变量对每个闭包单独可见
    int varInner = 20;
    int innerFun(int a){
        println(a);
        int c=100;
        varExternal++;
        varInner++;
        return varInner;
    }
    // 返回函数
    return innerFun;
}

// f2 作为一个函数类型，接收的是一个返回值和参数都是 int 的函数。
func int(int) f2 = f1();
for(int i=0;i<2;i++){
    println("varInner=" + f2(i) + ", varExternal=" + varExternal);
}
println("=======");
func int(int) f3 = f1();
for(int i=0;i<2;i++){
    println("varInner=" + f3(i) + ", varExternal=" + varExternal);
}

最终输出如下：

0
varInner=21, varExternal=11
1
varInner=22, varExternal=12
=======
0
varInner=21, varExternal=13
1
varInner=22, varExternal=14

func int(int) f2 = f1();

以这段代码为例：f2 是一个返回值，入参都为 int 的函数类型；所以后续可以直接当做函数调用 f2(i).

例子中将闭包分别赋值给 f2 和 f3 变量，这两个变量中的闭包数据也是互相隔离、互不影响的，所有基于这个特性甚至还是实现面向对象。

关于闭包的实现，后续会单独更新一篇。

更多样例请参考：https://github.com/crossoverJie/gscript/tree/main/example

标准库

标准库源码：https://github.com/crossoverJie/gscript/tree/main/internal

目前实现的标准库并不多，这完全是一个体力活；基于现有的语法和基础数据类型，几乎可以实现大部分的数据结构了，所以感兴趣的朋友也欢迎来贡献标准库代码；比如 Stack、Set 之类的数据结构。

MapString

以这个 MapString 为例：键值对都为 string 的 HashMap。

int count =100;
MapString m1 = MapString();
for (int i=0;i<count;i++){
    string key = i+"";
    string value = key;
    m1.put(key,value);
}
println(m1.getSize());
assertEqual(m1.getSize(),count);

for (int i=0;i<count;i++){
    string key = i+"";
    string value = m1.get(key);
    println("key="+key+ ":"+ value);
    assertEqual(key,value);
}

使用起来和 Java 的 HashMap 类似，当然他的实现源码也是参考的 jdk1.7 的 HashMap。

由于目前并有一个类似于 Java 的 object 或者是 go 中的 interface{}, 所以如果需要存放 int，那还得实现一个 MapInt，不过这个通用类型很快会实现。

内置函数

int[] a={1,2,3};
// len 返回数组大小
println(len(a));

// 向数组追加数据
a = append(a,4);
println(a);
// output: [1,2,3,4]

// 断言函数，不相等时会抛出运行时异常，并中断程序。
assertEqual(len(a),4);

// 返回 hashcode
int hashcode = hash(key);

也内置了一些基本函数，当然也这不是由 GScript 源码实现的，而是编译器实现的，所以新增起来要稍微麻烦一些；后续会逐步完善，比如和 IO 相关的内置函数。