鸚鵡虛擬機器/Squaak 教程/Squaak 細節和第一步
第 1 集： 簡介
第 2 集： 窺探編譯器內部
第 3 集： Squaak 細節和第一步
第 4 集： PAST 節點和更多語句
第 5 集： 變數宣告和作用域
第 6 集： 作用域和子程式
第 7 集： 運算子和優先順序
第 8 集： 雜湊表和陣列
第 9 集： 總結和結論
在之前的幾集中，我們介紹了 Parrot 編譯器工具 (PCT)。從高層次概述開始，我們快速建立了自己的小型指令碼語言 Squaak，使用 Parrot 提供的 Perl 指令碼。我們討論了基於 PCT 的編譯器的通用結構，以及每個預設的四個轉換階段。第三集是樂趣開始的地方。在本集中，我們將介紹 Squaak 的完整規範。在本集及後續集中，我們將逐步實現此規範，以易於理解的小增量進行。一旦你掌握了竅門，你就會注意到實現 Squaak 幾乎是微不足道的，最重要的是，非常有趣！所以，讓我們開始吧！
事不宜遲，以下是 Squaak 的完整語法規範。此規範使用以下元語法
statement indicates a non-terminal, named "statement"
{statement} indicates zero or more statements
[step] indicates an optional step
'do' indicates the keyword 'do'
以下是 Squaak 的語法。起始符號是 program。
program ::= {stat-or-def}
stat-or-def ::= statement
| sub-definition
statement ::= if-statement
| while-statement
| for-statement
| try-statement
| throw-statement
| variable-declaration
| assignment
| sub-call
| do-block
block ::= {statement}
do-block ::= 'do' block 'end'
if-statement ::= 'if' expression 'then' block
['else' block]
'end'
while-statement ::= 'while' expression 'do'
block 'end'
for-statement ::= 'for' for-init ',' expression [step]
'do'
block
'end'
step ::= ',' expression
for-init ::= 'var' identifier '=' expression
try-statement ::= 'try' block 'catch' identifier
block
'end'
throw-statement ::= 'throw' expression
sub-definition ::= 'sub' identifier parameters
block
'end'
parameters ::= '(' [identifier {',' identifier}] ')'
variable-declaration ::= 'var' identifier ['=' expression]
assignment ::= primary '=' expression
sub-call ::= primary arguments
primary ::= identifier postfix-expression*
postfix-expression ::= key
| index
| member
key ::= '{' expression '}'
index ::= '[' expression ']'
member ::= '.' identifier
arguments ::= '(' [expression {',' expression}] ')'
expression ::= expression {binary-op expression}
| unary-op expression
| '(' expression ')'
| term
term ::= float-constant
| integer-constant
| string-constant
| array-constructor
| hash-constructor
| primary
hash-constructor ::= '{' [named-field {',' named-field}] '}'
named-field ::= string-constant '=>' expression
array-constructor ::= '[' [expression {',' expression} ] ']'
binary-op ::= '+' | '-' | '/' | '*' | '%' | '..'
| 'and | 'or' | '>' | '>=' | '<' | '<='
| '==' | '!='
unary-op ::= 'not' | '-'
哇，真多，不是嗎？實際上，與 C 等“現實世界”語言相比，這個語法相當小，更不用說 Perl 6 了。不過不用擔心，我們不會一次性實現所有內容，而是分步進行。更重要的是，練習部分包含了足夠的練習，讓你自己學習使用 PCT！這些練習的解答將在幾天後釋出（但你只需要幾個小時就能想出來）。
Squaak 語言的大部分內容都非常簡單；if 語句的執行方式完全符合你的預期。當我們討論語法規則（及其實現）時，會包含語義規範。這樣做是為了避免我編寫完整的語言手冊，這可能需要幾頁紙。
儘管 Squaak 編譯器可以在互動模式下使用，但需要注意一點。當使用 'var' 關鍵字定義區域性變數時，此變數將在任何連續的命令中丟失。該變數僅對同一命令內的其他語句可用（命令是在你按下 Enter 鍵之前的語句集）。這與 PCT 的程式碼生成有關，將在以後修復。目前，請記住它不起作用。
在本集的剩餘部分，我們將實現語法的基本部分，例如基本資料型別和賦值。在本集結束時，你將能夠將簡單值賦給（全域性）變數。這不算多，但這是非常重要的一步。一旦這些基礎到位，你就會注意到新增特定的語法結構只需幾分鐘。
首先，開啟你的編輯器並開啟檔案 src/Squaak/Grammar.pm 和 src/Squaak/Actions.pm。前者使用 Perl 6 規則實現解析器，後者包含解析操作，這些操作在解析階段執行。
在檔案 Grammar.pm 中，你會看到頂級規則，名為“TOP”。它位於……頂部。當呼叫解析器時，它將從此規則開始（規則只不過是語法類的某種方法）。
當我們生成這種語言（在第一集中）時，定義了一些預設規則。現在我們要進行一些小的更改，足以讓我們開始。首先，將 statement 規則更改為
rule statement {
<assignment>
{*}
}
並新增以下規則
rule assignment {
<primary> '=' <expression>
{*}
}
rule primary {
<identifier>
{*}
}
token identifier {
<!keyword> <ident>
{*}
}
token keyword {
['and'|'catch'|'do' |'else' |'end' |'for' |'if'
|'not'|'or' |'sub' |'throw'|'try' |'var'|'while']>>
}
現在，將規則“value”更改為此（重新命名為“expression”）
rule expression {
| <string_constant> {*} #= string_constant
| <integer_constant> {*} #= integer_constant
}
將規則“integer”重新命名為“integer_constant”，將“quote”重新命名為“string_constant”（以更好地匹配我們的語言規範）。
呼，資訊量很大！讓我們仔細看看一些可能看起來不熟悉的東西。第一個新東西在規則“identifier”中。你看到的是關鍵字“token”，而不是“rule”關鍵字。簡而言之，token 不會跳過 token 中指定的不同部分之間的空格，而 rule 會跳過。目前，記住如果要匹配不包含任何空格的字串（例如文字常量和識別符號），請使用 token，如果你的字串包含（並且應該包含）空格（例如 if 語句），請使用 rule 就足夠了。我們將以一般意義上使用“rule”一詞，它可以指代 token。有關規則和 token 的更多資訊（以及第三種類型，稱為“regex”），請參閱概要 5。
在 token“identifier”中，第一個子規則稱為斷言。它斷言“identifier”不匹配規則關鍵字。換句話說，不能將關鍵字用作識別符號。第二個子規則稱為“ident”，它是類 PCT::Grammar 中的內建規則，該語法是該類的子類。
在 token“keyword”中，列出了 Squaak 的所有關鍵字。最後有一個“>>”標記，表示單詞邊界。如果沒有此標記，則諸如“forloop”之類的識別符號將被錯誤地取消資格，因為“for”部分將匹配規則關鍵字，而“loop”部分將匹配規則“ident”。但是，由於斷言<!keyword> 為假（因為可以匹配“for”），因此字串“forloop”不能作為識別符號匹配。所需單詞邊界的存在可以防止這種情況。
最後一個規則是“expression”。表示式要麼是字串常量，要麼是整數常量。無論哪種方式，都會執行一個操作。但是，當執行操作時，它不知道解析器匹配了什麼；是字串常量還是整數常量？當然，可以檢查匹配物件，但考慮一下你有 10 個備選方案的情況，然後進行 9 次檢查只是為了發現最後一個備選方案被匹配的情況效率低下（並且新增新的備選方案需要你更新此檢查）。這就是為什麼你會看到以“#=”字元開頭的特殊註釋。使用此表示法，你可以指定一個鍵，該鍵將作為第二個引數傳遞給操作方法。正如我們將看到的，這使我們能夠為諸如 expression 之類的規則編寫非常簡單高效的操作方法。（請注意，#= 和鍵名稱之間有一個空格）。
在編寫任何操作方法之前測試解析器很有用。這可以為你節省大量工作；如果你在編寫語法規則後立即編寫操作，並且只是在稍後發現必須更新解析器，那麼你的操作方法可能也需要更新。在第 2 集中，我們看到了目標命令列選項。為了測試解析器，“parse”目標特別有用。指定此選項時，你的編譯器將列印輸入字串的解析樹，或列印語法錯誤。明智的做法是用正確和不正確的輸入測試你的解析器，這樣你才能確定你的解析器不會接受不應該接受的輸入。
現在我們已經實現了 Squaak 語法的初始版本，是時候實現我們之前提到的解析動作了。這些動作寫在名為 src/Squaak/Actions.pm 的檔案中。如果你檢視此檔案中的方法，你會發現這裡和那裡 Match 物件 ($/) ，或者更確切地說，它的雜湊欄位（例如 $<statement>）是在標量上下文中透過編寫“$( ... )”來評估的。
如概要 5 中所述，在標量上下文中評估 Match 物件會返回其結果物件。通常，結果物件是源文字中匹配的部分，但可以使用特殊的 make 函式將結果物件設定為其他值。
這意味著解析樹中的每個節點（一個 Match 物件）也可以儲存其 PAST 表示。因此，我們使用 make 函式設定解析樹中當前節點的 PAST 表示，然後使用 $( ... ) 運算子從中檢索 PAST 表示。
概括來說，Match 物件 ($/) 及其任何子規則（例如 $<statement>）表示解析樹；當然，$<statement> 只表示 <statement> 規則匹配的解析樹。因此，任何動作方法都可以訪問與同名語法規則匹配的解析樹，因為 Match 物件始終作為引數傳遞。在標量上下文中評估解析樹會產生 PAST 表示（顯然，此 PAST 物件應使用 make 函式設定）。
如果你正在學習本教程，我強烈建議你動手實踐，完成練習。記住，學而不練等於沒學（或者類似的話 :-）。本週的練習並不難，完成之後，你將實現我們的小型 Squaak 語言的第一部分。
在本節中，我們介紹了 Squaak 的完整語法。我們邁出了實現這門語言的第一步。第一個，也是目前唯一的語句型別是賦值語句。我們簡要介紹瞭如何在解析階段編寫呼叫的動作方法。在下一節中，我們將更仔細地研究不同的 PAST 節點型別，並實現 Squaak 語言的更多部分。一旦我們所有基本部分都到位，新增語句型別將變得相當簡單。在此期間，如果您有任何疑問或遇到困難，請隨時發表評論或聯絡我。
本節的練習非常簡單，可以幫助你開始實現 Squaak。
- 問題 1
根據我們在語法規則上所做的名稱更改，重新命名動作方法的名稱。因此，“integer”變為“integer_constant”，“value”變為“expression”，依此類推。
- 問題 2
檢視 statement 語法規則。目前，statement 由一個賦值語句組成。實現動作方法“statement”以檢索此賦值語句的結果物件，並使用特殊的 make 函式將其設定為 statement 的結果物件。對 primary 規則執行相同的操作。
- 解答
method statement($/) {
make $( $<assignment> );
}
請注意，在這一點上，statement 規則沒有為每種型別的語句定義不同的 #= 鍵，因此我們不宣告引數 $key。這將在以後更改。
method primary($/) {
make $( $<identifier> );
}
- 問題 3
編寫 identifier 規則的動作方法。作為此“匹配”的結果物件，應設定一個新的 PAST::Var 節點，其名稱為匹配物件 ($/) 的字串表示形式。目前，你可以將作用域設定為“package”。有關 PAST::Var 節點的詳細資訊，請參閱“pdd26: ast”。
- 解答
method identifier($/) {
make PAST::Var.new( :name(~$/),
:scope('package'),
:node($/) );
}
- 問題 4
編寫 assignment 規則的動作方法。檢索“primary”和“expression”的結果物件，並建立一個 PAST::Op 節點，將表示式繫結到 primary。（檢視 pdd26 以瞭解 PAST::Op 節點型別，並瞭解如何進行此類繫結）。
- 解答
method assignment($/) {
my $lhs := $( $<primary> );
my $rhs := $( $<expression> );
$lhs.lvalue(1);
make PAST::Op.new( $lhs, $rhs,
:pasttype('bind'),
:node($/) );
}
請注意，我們在 $lhs 上設定了 lvalue 標誌。有關此標誌的詳細資訊，請參閱 PDD26。
- 問題 5
在指令碼或互動模式下執行你的編譯器。使用 target 選項檢視輸入“x = 42”生成的 PIR 程式碼。
- 解答
.namespace
.sub "_block10"
new $P11, "Integer"
assign $P11, 42
set_global "x", $P11
.return ($P11)
.end
子程式中的前兩行程式碼建立了一個物件來儲存數字 42，第三行將此數字儲存為“x”。PAST 編譯器將始終生成一條指令以返回最後一個語句的結果，在本例中為 $P11。
- 幫助！我收到錯誤訊息“no result object”。
這意味著結果物件未正確設定（顯而易見！）。確保每個動作方法都被呼叫（檢查每個規則的“{*}”標記），並且該規則存在一個動作方法，並且“make”用於設定相應的 PAST 節點。請注意，並非所有規則都有動作方法，例如“keyword”規則（這樣做沒有意義）。
- 在我們構建 Squaak 語法的一部分時，有時會採取捷徑，暫時忽略某些規則。例如，你可能已經注意到我們現在忽略了浮點數常量。沒關係。當我們需要它們時，將新增這些規則。
- pdd26: ast
- 概要 5：規則
- docs/pct/*.pod