Введение

Стандартный «Калькулятор» Windows является, пожалуй, единственной имеющей широкое распространение программой, предназначенной для мелких вычислений. Его не могут заменить из-за своей громоздкости, ни электронные таблицы, ни профессиональные математические пакеты. Но в то же время эта программа имеет существенные недостатки, причина которых проста - пользовательский интерфейс сделан «по образу и подобию» карманного калькулятора, поэтому заимствованы все неудобства последнего. Например, при работе пользователь видит только одно число и после получения результата не может проверить, правильно ли были введены операнды. Второй проблемой является невозможность добавления пользовательских функций - если приходится производить вычисления по одной и той же формуле сто раз, сто раз приходится нажимать соответствующую кнопку для каждой арифметической операции в выражении. На мое мнение, наиболее удобны для повседневного использования в качестве замены «Калькулятору» интерактивные интерпретаторы, к числу которых относятся MatLab и Python. Но основное назначение этих программных пакетов совсем другое, нет смысла устанавливать их на компьютер лишь для того, чтобы выполнять несколько сложений и умножений пару раз в день. Поэтому я решил написать несложный интерактивный интерпретатор, не громоздкий и удобный для мелких вычислений.

Постановка задачи.

Требуется реализовать интерпретатор относительно несложного языка программирования, работающий в интерактивном режиме, то есть выполняющий вводимые пользователем команды с клавиатуры. При этом должна присутствовать возможность создания пользовательских функций, в которых могут присутствовать операторы управления течением программы - ветвления, циклы и др., а также операторы вывода (на консоль). Должны быть также предусмотрены возможность сохранения промежуточных результатов вычисления (в том числе между сеансами работы с интерпретатором) и возможность прерывания выполнения зациклившейся пользовательской функции без завершения работы интерпретатора. Данный интерпретатор должен быть удобен в использовании как замена стандартному «Калькулятору» Windows, по крайней мере, для человека, владеющего минимальными навыками программирования.

Описание реализованного в интерпретаторе языка программирования.

Интерпретатор работает в режиме консоли и выполняет команды, вводимые с клавиатуры. Эти команды могут содержать вызовы пользовательских функций. Код пользовательских функций создается с помощью окна редактора кода интерпретатора. Интерпретатор предоставляет возможность создания, редактирования и удаления пользовательских функций. Функции сохраняются в файлах, имя которых не имеет расширения и совпадает с именем функции. Файлы используемых функций должны находиться в подкаталоге subroutines рабочего каталога интерпретатора. Сохраненные пользовательские функции загружаются автоматически при запуске интерпретатора. Все операторы управления течением программы могут использоваться только в тексте пользовательской функции. Все остальные операторы (команды) могут быть вызваны непосредственно из консоли. Кроме того, в консоли можно ввести выражение без дополнительных ключевых слов, и оно будет вычислено, его значение будет выведено на экран. Для вывода же данных из функции необходимо использовать операторы вывода (см. ниже).

Идентификатором (именем) переменной служит последовательность символов произвольной длины, состоящая из букв (латинского алфавита), цифр и знаков подчеркивания, не начинающаяся с цифры. Те же ограничения распространяются и на имена функций. Регистр букв имеет значение. Возможно наличие только одной переменной с каждым именем в каждой функции и в среде консоли. Но допускается совпадение имени переменной с именем какой-либо функции. Также имена переменных и функций не должны совпадать с ключевыми словами языка, к которым относятся:

· call

· clear

· else

· elseif

· endif

· error

· for

· if

· loop

· next

· print

· println

· result

· return

· while

Предварительного объявления переменных не требуется. Переменная присутствует в памяти с момента присвоения ей значения, при этом тип переменной определяется по типу присваиваемого ей значения. Массив также создается при присваивании значения какому-либо его элементу. Попытка получить значение еще не инициализированной переменной или попытка рассмотреть как массив переменную, не являющуюся таковой, приводит к ошибке. Каждая функция и среда консоли имеют собственные, не зависящие друг от друга наборы переменных. Обратиться из функции или среды консоли к “чужой” переменной невозможно.

Имеются следующие типы данных: целый, вещественный, строковый, массив. Целый, вещественный и строковый типы называются простыми в противоположность массиву; вещественный и целый типы называются числовыми. Тип переменной не описывается, но может быть определен с помощью функций issingle, isarray, isstring, isnum, isint, isreal. Кроме того, выполнение операции над аргументами недопустимых типов может привести к ошибке. Массив может хранить элементы любых простых типов, причем типы разных элементов одного и того же массива могут не совпадать. По мере заполнения массива возможно появление в нем «пустых мест», например, после команд a{0}:=1; a{2}:=4; a{4}:=5 (пропущены элементы с индексами 1 и 3). Попытка получить значение еще не инициализированного элемента массива приводит к ошибке. Проверить, инициализирован ли элемент массива с заданным индексом, можно с помощью функции defined.

Любая последовательность пробелов и табуляций, идущих подряд, считается за один пробел, если она находится между символами, которые могут входить в идентификаторы (буквы, цифры, подчеркивание), или игнорируется в противном случае. Также игнорируются интерпретатором комментарии, которыми являются строки или окончания строк, начинающиеся с символа `#'. Эти правила не распространяются на строковые константы, заключаемые в двойные кавычки. Строковой константой не является последовательность символов в кавычках, если открывающая кавычка находится после символа начала комментария '#', но этот символ может присутствовать в строковой константе между кавычками. Так например, команда a : = b + ”#”+c#comment эквивалентна команде a:=b+”#” + c, но не равносильна команде a:=b+” #”+c, или a+b+” (последняя команда синтаксически неверна).

Каждая строка, вводимая с консоли, содержит одну команду или ни одной (пустая строка или комментарий) команды. То же касается и строк файла функции, кроме первой, которая должна содержать описание функции в виде: <имя_функции>[<список_параметров>], где список параметров, заключаемый в квадратные скобки, состоит из имен параметров, разделенных запятой (эта строка также может содержать и комментарий после описания функции). Квадратные скобки пишутся даже при пустом списке параметров. Имена параметров (формальных) подчиняются тем же ограничениям, что и имена переменных, мало того, они рассматриваются как переменные, определенные в данной функции, но в начале выполнения функции они принимают значения соответствующих фактических параметров. Нужно отметить, что попытка передачи в качестве фактического параметра функции переменной с неопределенным значением всегда приводит к ошибке, даже если в функции к этому параметру нет ни одного обращения.. Также приводит к ошибке вызов функции с числом фактических параметров, не соответствующим числу формальных параметров. Кроме того, в каждой функции имеется переменная с предопределенным именем result. Ее значение на момент выхода из функции и является возвращаемым значением функции. В момент начала выполнения функции ее значение равно 0 (целое число). Если переменная result была удалена командой clear и осталась неопределенной на момент выхода из функции, возникает ошибка.

Значения целого, вещественного и строкового типа могут быть представлены в программе в виде констант (литералов). Целый литерал представляет собой последовательность цифр. Он представляет число, обычной записью которого является. Вещественный литерал представляет собой десятичную или экспоненциальную запись вещественного числа, при этом, в случае экспоненциальной записи, буква “е” может быть как строчной, так и прописной. Например:12.0, 1.6e87, 2Е-7, 89.0. В числовых литералах не может содержаться начальный символ «+» или «-», они могут представлять только положительное число. Отрицательные значения можно получить применением операции унарный минус. Целая часть вещественного числа не может быть опущена. Дробная часть (точка и хотя бы одна цифра после нее) должна присутствовать, если не указан порядок, например, 11е-6 - допустимая запись, а 11.е-4 и 61. - нет. Строковый литерал заключается в двойные кавычки, если в него нужно включить двойную кавычку, то она пишется дважды.

Специальный логический тип данных отсутствует, логические значения представляются переменными целого, вещественного либо строкового типа - истине соответствует положительное число либо непустая строка, лжи - неположительное число либо пустая строка. Результат всех стандартных логических операций - целые числа 1 (истина) или -1 (ложь). При попытке рассмотреть массив как логическое значение возникает ошибка.

Выражением является:

· идентификатор переменной;

· константа целого, вещественного или строкового типа;

· обращение к элементу массива с заданным индексом, имеющее синтаксис <идентификатор массива>{<индекс>} (индекс заключен в фигурные скобки). Индекс должен быть выражением. Перед открывающей фигурной скобкой должно стоять имя переменной, являющейся массивом (но не другое выражение, имеющее тип массива). Значение индекса должно быть неотрицательным целым, иначе возникает ошибка;

· результат применения унарной операции к выражению;

· результат применения бинарной операции к двум выражениям;

· вызов функции (без ключевого слова call). В этом случае функция обязана возвращать значение, иначе возникает ошибка. Фактическими параметрами функции должны быть выражения;

· выражение, заключенное в круглые скобки.

Операции, используемые в выражениях, и их приоритеты (операнды обозначены как a и b; для суммы чисел, разности и произведения результат - целое число, если оба операнда - целые, иначе - вещественное число) перечислены в таблице.

Выражения интерпретируются в соответствии с приоритетом операций и имеющимися в них круглыми скобками. При этом все унарные операции выполняются справа налево, бинарные операции одинакового приоритета - слева направо. Если в выражении хотя бы один из операндов операции не имеет требуемый тип, или операция не может быть произведена корректно по другой причине, например, в случае деления на ноль, то возникает ошибка.

Вызов функции имеет следующий синтаксис: <имя функции>[<фактический параметр 1>,<фактический параметр 2>,...,<фактический параметр 3>]. Даже если список параметров пуст, квадратные скобки все равно пишутся. Фактическими параметрами функции должны быть выражения.

Например, function1[a,b+c,function2[a,function3[]],56.12e-1]. Существует ряд предопределенных функций, с именами которых не должны совпадать имена пользовательских функций. Их список приведен в таблице.

Если при вызове стандартной функции тип хотя бы одного из параметров не соответствует требуемому, возникает ошибка.

Оператор вызова call позволяет вычислить любое выражение, проигнорировав его значение, например, вызвать функцию как процедуру. Он имеет синтаксис:

call <выражение>

Например, call procedure1[param1, param2].

Оператор присваивания имеет синтаксис <переменная>:=<выражение> или <массив>{<выражение-индекс>}:=<выражение>.

В результате переменная или элемент массива принимают значение, равное значению выражения в правой части оператора присваивания, если оно было вычислено корректно.

Условный оператор имеет вид:

if <выражение>
[операторы]
[elseif <выражение>]
[операторы]
[elseif <выражение>]
...
[else]
[операторы]
endif

Последовательно проверяются выражения-условия в строках с ключевыми словами if и elseif. Как только получено истинное значение условия (положительное число или непустая строка), то выполняются операторы, следующие за строкой с данным условием, затем выполнение переходит на строку, следующую за endif. Если ни одно из условий не оказалось истинным, то выполняются операторы, расположенные после else, если строка с else имеется в данном условном операторе, иначе управление переходит ниже endif. Условный оператор может быть использован только в функции. Примеры:

1.)

if a<0

a := abs[a]

flag := 1

endif

2.)

if (ch=”a”)|(ch=”A”)

call proc_a[]

elseif (ch=”b”)|(ch=”B”)

call proc_b[]

elseif (ch=”c”)|(ch=”C”)

call proc_c[]

else

error

endif

Оператор цикла while имеет вид:

while <выражение>

[операторы]

loop

Выполнение блока операторов повторяется, пока истинно значение выражения-условия, затем управление передается на строку, следующую за loop. При этом, если значение выражения изначально ложно, то операторы не будут выполнены ни разу. Оператор цикла while может быть использован только в функции. Пример:

i := 1

s:=0

while i<=n

s := s+i

i := i+1

loop

Здесь переменная s получает значение суммы чисел от 1 до n.

Оператор цикла for имеет вид:

for <переменная-счетчик> := <выражение1> : <выражение2>

[операторы]

next

В начале выполнения цикла вычисляются выражение1 и выражение2 (их значения должны быть целыми, иначе возникает ошибка), затем переменной-счетчику присваивается значение выражение1 и, если оно меньше или равно значению выражение2, выполнение переходит внутрь цикла, иначе - за строку с ключевым словом next. После каждой итерации цикла значение счетчика увеличивается на единицу и сравнивается со значением выражение2 (оно вычисляется только один раз в начале), если оно оказывается меньшим или равным значению выражение2, то выполняется следующая итерация цикла, иначе - цикл завершается. Значение счетчика в цикле, в принципе, можно менять, не если оно окажется не целым на момент окончания очередной итерации, возникает ошибка. Оператор цикла for может быть использован только в функции. Пример:

for i :=0 : size[a]

a{i} := a{i}*2

next

Оператор возврата return незамедлительно прерывает выполнение функции (может быть использован только в функции). Например,

if a<b

result := 1

return

endif

Если при выполнении функции не встретился оператор return, выход из функции происходит как только управление переходит ниже последней строки функции.

Оператор error прерывает выполнение программы - искусственно генерируется ошибка времени выполнения. Он может быть использован только в функции.

Пример:
a:=toint[str]

if a<0

error

endif

Для вывода данных используются операторы print и println. Оператор print имеет синтаксис print <выражение>. Значение выражения автоматически приводится к строке (т. е.команды println[a] и println[tostring[a]] - равносильны). Эта строка выводится на консоль. Оператор println имеет аналогичный синтаксис и назначение. Отличие заключается в том, что println производит перевод на новую строку после вывода, print - нет. Кроме того, если при работе в консоли введено выражение без ключевых слов и оператора присваивания, то результат его вычисления выводится на консоль в отдельной строке - это сокращенная форма оператора println.

Оператор clear позволяет удалить переменную из памяти, например, команда “clear n” удаляет из памяти переменную n, после чего она считается неопределенной. Удалить отдельные элементы массива нельзя. Выполнение оператора clear над неопределенной переменной не имеет никакого эффекта и не приводит к ошибке. С помощью оператора clear можно также удалить фактические параметры функции и даже переменную result, что необходимо перед работой с ней как с массивом. Но если переменная result не определена на момент выхода из функции, то возникает ошибка времени выполнения. Синтаксис оператора clear имеет вид:

clear <имя_переменной1>

Примеры пользовательских функций

1. Сортировка массива.

sort [a]