CS61A-Scheme解释器学习

本文是在阅读伯克利大学CS61A项目4源码后的小结，作者将记录以下重点：

• 文件功能介绍
• repl流程分析，即项目基本架构流程
• eval: scheme_eval和scheme_apply

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文件介绍

1. scheme.py
   主程序入口文件，repl流程实现，Frame（环境）定义，各种Procedure和special form。

2. scheme_reader.py
   处理输入表达式有两步：

   1. 词法分析（lexical），拆解为基本符号（token）。
   2. 语法分析（semantic），生成的抽象语法树是列表形式。如：Pair('+', Pair(2, Pair(2, nil)))
      语法分析的实现函数是scheme_read，词法分析的过程我们进行了逐层抽象，后面对repl的解析可以看出，我们读入表达式是通过调用next_line函数实现。这个函数形参只会被传入两种函数：buffer_input和buffer_lines。前者是命令行输入，后者是文件处理（实际这里还有-i参数的处理）。下面是函数实现：
   点击查看代码

   def buffer_input(prompt='scm> '):
       """Return a Buffer instance containing interactive input."""
       return Buffer(tokenize_lines(InputReader(prompt)))
   
   def buffer_lines(lines, prompt='scm> ', show_prompt=False):
       """Return a Buffer instance iterating through LINES."""
       if show_prompt:
           input_lines = lines
       else:
           input_lines = LineReader(lines, prompt)
       return Buffer(tokenize_lines(input_lines))
   

   不难看出，读入是Reader封装，然后是符号处理并实现缓存。

3. buffer.py
   主要实现Buffer类和Reader类。
   Buffer中current方法自动判断读取下一行。
   Reader重写__iter__方法，每一个新建的Reader实例只会读入一个完整表达式。

4. scheme_tokens.py
   - 读取完整合法的token: next_candidate_token();
   - 读取一行的token: tokenize_line()

5. scheme_primitives.py
   使用函数修饰符，最终添加基本函数到全局Frame。

REPL

REPL的全称是read_eval_print_loop，也就是读入表达式，解析计算，打印结果然后重复上述过程直至遭遇异常退出。

EVAL

这个过程通过scheme_eval和scheme_apply相互调用完成。

点击查看代码

def scheme_eval(expr, env, _=None): # Optional third argument is ignored
    """Evaluate Scheme expression EXPR in environment ENV.

    >>> expr = read_line('(+ 2 2)')
    >>> expr
    Pair('+', Pair(2, Pair(2, nil)))
    >>> scheme_eval(expr, create_global_frame())
    4
    """
    # Evaluate atoms
    if scheme_symbolp(expr):
        return env.lookup(expr)
    elif self_evaluating(expr):
        return expr

    # All non-atomic expressions are lists (combinations)
    if not scheme_listp(expr):
        raise SchemeError('malformed list: {0}'.format(repl_str(expr)))
    first, rest = expr.first, expr.second
    if scheme_symbolp(first) and first in SPECIAL_FORMS:
        return SPECIAL_FORMS[first](rest, env)
    else:
        # BEGIN PROBLEM 5
        operator = scheme_eval(first, env)
        check_procedure(operator)
        operands = rest.map(lambda item: scheme_eval(item, env))
        return scheme_apply(operator, operands, env)
        # END PROBLEM 5

def scheme_apply(procedure, args, env):
    """Apply Scheme PROCEDURE to argument values ARGS (a Scheme list) in
    environment ENV."""
    check_procedure(procedure)
    if isinstance(procedure, PrimitiveProcedure):
        return procedure.apply(args, env)
    else:
        new_env = procedure.make_call_frame(args, env)
        return eval_all(procedure.body, new_env)

*