Интерактивный интерпретатор

· событие GetCommand (object sender, ConsoleBoxGetCommandEventArgs e) - возникает, когда в режиме ожидания команды была нажата клавиша Enter. При этом в параметре e, имеющем тип класса ConsoleBoxGetCommandEventArgs, который унаследован от System.EventArgs, в свойстве Command содержится введенная пользователем команда в виде строки.

Методы Print, PrintLn и Prompt рассчитаны на безопасное использование из другого потока. В них используется вызов private-методов через объект класса System.Windows.Forms.MethodInvoker. Возможны два состояния компонента консоли - режим ожидания ввода команды и режим работы команды. Ввод текста в поле RichTextBox допускается только в режиме ожидания ввода команды и только после последнего приглашения командной строки, что обеспечивается с помощью свойства RichTextBox.SelectionProtected. Вызов метода Prompt() переводит консоль в режим ожидания команды. При нажатии Enter в режиме ожидания команды, помимо генерации события GetCommand, происходит переход из режима ожидания в режим работы команды.

Рис. 7.

Главная форма.

При нажатии кнопки «Функции» на главной форме выводится диалоговое окно, которому соответствует класс FunctionsForm (см. рис. 8). В этом окне в верхнем поле отображается список успешно загруженных функций, в нижнем - функций, загрузка которых прошла неудачно по причине наличия синтаксических ошибок. Кнопки позволяют редактировать, удалить (в этом случае требуется подтверждение) выбранную функцию, создать новую функцию (в этом случае будет запрошено имя функции, и, если оно не является корректным идентификатором, функция создана не будет). Для запроса имени при создании функции используется форма, описывающаяся классом InputForm (см. рис. 9). Если функция создана успешно, она открывается для редактирования. При двойном щелчке по имени функции в любом из списков в окне «Функции» также она открывается для редактирования. Окно «Функции» является модальным диалогом и должно быть закрыто для продолжения работы с интерпретатором. Оно закрывается при открытии функции для редактирования. При этом вместо него на экране появляется окно редактора кода.

Рис. 8.

Окно «Функции»

Рис. 9.

Окно ввода имени создаваемой функции.

Окну редактора кода соответствует класс EditorForm (см. рис. 10). Кнопка «Сохранить» в нем сохраняет функцию в файле, расположенном в подкаталоге subroutines рабочего каталога интерпретатора, с именем, совпадающим с именем функции (без расширения). Кнопка «Выход» - закрывает окно редактора (с запросом на сохранение). В метке справа от кнопок отображается номер строки текущего положения курсора (начала выделения) в тексте. В ее текст номер текущей строки заносится приблизительно 10 раз в секунду, что обеспечивается с помощью таймера (компонент System.Windows.Forms.Timer).Окно редактора кода не является модальным - в любой момент работы с интерпретатором может быть открыто сколько угодно таких окон для разных функций. Заблокированы открытие функции второй раз (в двух окнах одновременно) и выход из интерпретатора до закрытия всех окон редактора кода. Основную часть окна редактора кода составляет компонент SourceBox, который также как и ConsoleBox, унаследован от классаUserControl. Он содержит элемент управления RichTextBox, в котором, собственно, и осуществляется редактирование текста функции, и элемент TextBox, расположенный за RichTextBox на заднем плане и невидимый для пользователя. На него переключается фокус на время выполнения синтаксического цветовыделения, так как для изменения цвета фрагмента текста в RichTextBox необходимо этот фрагмент выделить, что приводило бы к заметному мерцанию текста, если бы фокус ввода оставался у поля RichTextBox. Такой подход к решению проблемы позволяет реализовать синтаксическое цветовыделение с использованием свойств класса RichTextBox небольшим объемом кода (иначе бы пришлось производить «ручную» перерисовку с непосредственным использованием GDI+). Но к сожалению, заметно снижается быстродействие, в связи с этим были введены следующие ограничения: синтаксическое цветовыделение производится только при изменении номера строки, в которой находится курсор, например, при нажатии Enter, а также при щелчке левой кнопкой мыши в окне редактора (в RichTextBox). При этом обрабатываются только строки текста, отображаемые в данный момент времени в окне. Конечно, это несколько неудобно для пользователя, подобное можно наблюдать, например, в такой среде программирования, как MS Visual Basic 6. Для выполнения синтаксического цветовыделения используется вложенный private-класс HighlightParser, который имеет методы для разбора строки на отдельные лексемы, для определения положения в строке и типа этих лексем. Применить класс interpr.logic.Parser здесь нельзя, так как он работает с преобразованной строкой (удалены лишние пробелы и комментарии). Класс SourceBox также имеет методы для чтения текста функции из файла и сохранения текста в файле.

Рис. 10.

Окно редактора кода.

При нажатии на кнопку «Переменные» в главном окне интерпретатора отображается диалоговое окно со списком переменных среды консоли (см. рис. 11). Переменные отображаются вместе с их значениями (приведенными к строковому типу). Данное окно позволяет удалить выбранную или все переменные из памяти. Этому окну соответствует класс VariablesForm. При нажатии кнопки «Перезапуск» производится перезапуск интерпретатора (возможно, с прерыванием зациклившейся или долго работающей пользовательской функции). При перезапуске не восстанавливаются измененные значения переменных среды консоли, поэтому предусмотрена возможность сохранения значений переменных. Сохранение переменных происходит автоматически при выходе из интерпретатора и вручную при нажатии кнопки «Сохранить переменные». Переменные сохраняются в двоичном файл variables, который автоматически создается в рабочем каталоге интерпретатора, и считываются из него при запуске или перезапуске интерпретатора. Сохранять переменные вручную имеет смысл перед запуском пользовательской функции, которая может зациклиться или слишком долго работать, чтобы можно было прервать ее работу, не опасаясь потерять результаты предыдущих вычислений. Работа с переменными осуществляется с помощью методов класса Facade, обращающихся к соответствующим методам классов из пространства имен interpr.logic.

Классы, относящиеся к пользовательскому интерфейсу интерпретатора, показаны на диаграмме на рис. 12.

Рис. 11.

Окно «Переменные».

Рис. 12.

Классы, связанные с графическим интерфейсом пользователя.

Взаимодействие подсистем интерпретатора. Класс Facade.

Как уже было сказано выше, класс Facade является посредником между двумя основными подсистемами - графическим интерфейсом пользователя и логикой работы интерпретатора. Здесь использован паттерн Facade. Все обращения извне к классам пространства имен interpr.logic производятся через вызов методов класса Facade. Сама же подсистема логики работы интерпретатора не хранит ссылок, как это требует данный паттерн, ни на класс Facade, ни на другие классы, не входящие в нее. Таким образом, класс Facade является как бы мостом между пространством имен interpr.logic и классами, реализующими пользовательский интерфейс.

При запуске интерпретатора в обработчике события Load класса Form1 происходит начальная инициализация приложения. Вначале вызывается статический метод Facade.Create(), которому передается ссылка на элемент управления ConsoleBox, расположенный на главной форме интерпретатора. Тип этого параметра - интерфейс IConsole. Переданная ссылка но объект консоли присваивается свойству InterprEnvironment.CurrentConsole. В методе Facade.Create() создается единственный объект класса Facade, к которому в дальнейшем доступ осуществляется через статическое свойство только для чтения Facade.Instance. Здесь используется паттерн Singleton.

При первом обращении к свойству InterprEnvironment.Instance вызывается конструктор класса InterprEnvironment, В нем создается объект ConsoleNamespace для пространства имен консоли. Затем производится восстановление переменных, сохраненных в файле variables в рабочем каталоге интерпретатора. Если этот файл отсутствует, то он создается (пустой) и восстановление не производится. Данный файл является двоичным. В его начале записывается общее число переменных, затем для каждой из них сохраняется информация о типе (один символ), имя (строка) и значение. Для массива после имени записывается общее число элементов, затем каждый из элементов в виде пары «тип-значение». Восстановление переменных производится в методе ConsoleNamespace.Restore(). Если восстановление не прошло успешно по причине неправильного формата файла variables, то в методе Restore() генерируется исключение NamespaceSerialisationException. Оно перехватывается в конструкторе класса InterprEnvironment, в результате чего изменяется значение соответствующего поля, после этого свойство InterprEnvironment.NotRestored, как и обращающееся к нему свойство Facade.NotRestored, возвращает истину. В случае, если такая ошибка произошла, в обработчике Form1.Form1_Load выдается соответствующее сообщение пользователю.

На следующем шаге инициализации устанавливается обработчик для события Facade.Done (завершение выполнения команды). Затем загружаются пользовательские функции с помощью метода Facade.LoadSubs(), вызывающего метод InterprEnvironment.LoadSubs(). Если при загрузке какой-либо функции произошла ошибка, сообщение выводится на консоль. Наконец, вызывается метод Prompt() (вывести приглашение и ждать ввода команды) элемента управления ConsoleBox, расположенного на главной форме.

Класс Facade имеет целый ряд методов для работы с пользовательскими функциями и переменными среды консоли, которые вызывают соответствующие методы объекта InterprEnvironment.Instance. Среди них: LoadSub(), LoadSubs(), GetSubs(), UnloadSub(), GetVariables(), DeleteVariable(), SaveVariables(). Через эти методы производятся операции во многих обработчиках событий пользовательского интерфейса.

Но, пожалуй, наиболее важным из методов класса Facade является ExecuteCommand() - выполнить команду. Он вызывается в обработчике события GetCommand элемента ConsoleBox на главной форме. В нем в отдельном потоке запускается на выполнение частный метод ThrStart(), в котором введенная с консоли команда сначала «компилируется» методом LineCompiler.CompileCommand(), затем выполняется, по окончании чего генерируется событие Facade.Done(), в обработчике которого консоль переводится в состояние ожидания следующей команды методом ConsoleBox.Prompt(). И «компиляция» и выполнение команды производятся в блоках try, в случае возникновения исключения на консоль выдается соответствующее сообщение об ошибке.

Необходимость выполнять команды в отдельном потоке связана с тем, что только в этом случае можно прервать зациклившуюся или долго работающую пользовательскую функцию без аварийного завершения интерпретатора. Для перезапуска интерпретатора, возможно, с прерыванием работы пользовательской функции, предназначен метод Facade.Restart(). В нем в отдельном потоке запускается метод DoRestart(), в котором выполняются следующие действия. Во-первых, если в данный момент времени выполняется команда, то вызывается статический метод Subroutine.Moment.Break().В нем с помощью метода Interlocked.Exchange() (безопасное при параллельном выполнении присваивание) статическому полю Subroutine.Moment.s_break присваивается значение 1. На каждой итерации цикла в методе Subroutine.Moment.Run(), помимо выполнения очередного оператора функции, проверяется значение этого поля. Если оно равно единице, то генерируется исключение CalcException, то есть выполнение команды завершается с ошибкой времени выполнения. После вызова Subroutine.Moment.Break() в методе DoRestart() следует цикл без тела, который выполняется до тех пор, пока выполнение команды не будет завершено, чего, конечно же, не приходится долго ждать. После того, как выполнение будет прервано, производится повторная инициализация, аналогичная происходящей при запуске интерпретатора.

Для реализации многопоточности используется стандартный класс System.Threading.Thread. Его конструктору передается один параметр типа делегата System.Threading.ThreadStart (процедура без параметров). Метод, на который указывает этот делегат, начинает выполняться в отдельном потоке при вызове метода Start() объекта потока. Когда метод, запущенный в потоке, возвращается, выполнение потока завершается. Повторное использование того же объекта класса Thread невозможно, его нужно создавать заново. При использовании многопоточности следует принимать ряд мер предосторожности для обеспечения безопасного доступа к общим данным. Например, присваивание значений переменным, используемым несколькими потоками, по возможности следует производить с помощью метода Interlocked.Exchange, который гарантирует атомарность операции, то есть то, что ее выполнение не будет прервано до полного завершения для передачи управления другому потоку. Также обращаться к методам и свойствам элементов графического интерфейса пользователя напрямую можно только из того же потока, в котором они были созданы. Если необходимо воздействовать на графический интерфейс пользователя из других потоков, то это следует делать в методе (процедуре без параметров), вызываемом с помощью делегата System.Windows.Forms.MethodInvoker. В языке C# имеются и другие средства синхронизации работы потоков, которые не используются в данном интерпретаторе.

Заключение

Мною выполнен интерпретатор несложного языка программирования. Интерпретатор работает в интерактивном режиме, выполняя команды, вводимые с консоли, которые могут содержать вызовы пользовательских функций (подпрограмм). Пользовательские функции могут содержать структурные конструкции - циклы, ветвления, вызовы других функций (возможна и рекурсия). Возможна работа с числовыми и строковыми данными, а также с одномерными массивами. Имеется достаточно большое число встроенных математических и других функций. Предварительного объявления переменных не требуется, синтаксис математический выражений - традиционный для языков высокого уровня. Это делает интерпретатор удобным в использовании. Данный интерпретатор может применяться как в учебных целях, например, для обучения школьников основам программирования, так и качестве «программируемого микрокалькулятора» для практических расчетов, сложность которых не требует применения специфического программного обеспечения.

Приложение. Исходный текст (сокращенно).

Ввиду большого объема исходного кода, приведены лишь наиболее важные его фрагменты.

1. Класс VarBase.

2. Класс ArrayVar.

throw new CalcException("Ошибка");

}

if (index < 0)

throw new CalcException("Индекс не может быть отрицательным");

for (int ind = index, s = m_list.Count; ind >= s; ind--)

m_list.Add(null);

m_list[index] = var.Clone();

}

public SingleVar getAt(int index) {

if (index < 0)

throw new CalcException("Индекс не может быть отрицательным");

if (index >= m_list.Count)

throw new CalcException("Выход за пределы массива");

else

return (SingleVar) m_list[index];

}

public SingleVar this[int index] {

get { return getAt(index); }

set { setAt(index, value); }

}

public IntVar IsElementDefined(int index) {

bool result = index>=0;

result = result&&(index<m_list.Count);

result = result&&(m_list[index]!=null);

return new IntVar(result);

}

public override System.Object Clone() {

ArrayVar res = new ArrayVar();

int li = 0;

SingleVar e = null;

while (li < m_list.Count) {

e = (SingleVar) m_list[li++];

if (e != null)

res.m_list.Add(e.Clone());

else

res.m_list.Add(null);

}

return res;

}

public override void Serialise(BinaryWriter bw) {

bw.Write('a');

int size = m_list.Count;

bw.Write(size);

for (int i = 0; i < size; i++) {

if (m_list[i] == null)

bw.Write('n');

else

(m_list[i] as VarBase).Serialise(bw);

}

}

public override System.String ToString() {

System.String res = "[";

int li = 0;

SingleVar e = null;

if (li < m_list.Count) {

e = (SingleVar) m_list[li++];

if (e != null) {

res += e.ToString();

}

else

res += "-";

}

while (li < m_list.Count) {

e = (SingleVar) m_list[li++];

if (e != null) {

res += ", " + e.ToString();

}

else

res += ", -";

}

return res + "]";

}

}

}

3. Класс InterprEnvironment.

InterprEnvironment.Instance.CurrentConsole.PrintLn("Синтаксическая ошибка в " + ex.Function + "[] at line " + ex.Line + " " + ex.Message);

return false;

} catch (SyntaxErrorException ex) {

InterprEnvironment.Instance.CurrentConsole.PrintLn("Синтаксическая ошибка в " + file.Name + " " + ex.Message);

return false;

}

Set(file.Name, sub);

} catch {

throw new OtherException("Error in Environment.Load()");

}

return true;

}

public Subroutine this[string name] {

get {

int sres = m_names.IndexOf(name);

if (sres < 0)

return null;

else

return m_subs[sres] as Subroutine;

}

}

private void Set(string name, Subroutine sub) {

int sres = m_names.IndexOf(name);

if (sres >= 0) {

m_names.RemoveAt(sres);

m_subs.RemoveAt(sres);

}

m_names.Add(name);

m_subs.Add(sub);

}

private static SubroutinesManager s_inst = null;

public static SubroutinesManager GetInstance() {

if (s_inst == null)

s_inst = new SubroutinesManager();

return s_inst;

}

public string[] SubroutineNames {

get {

int count = m_names.Count;

string[] res = new string[count];

for (int i = 0; i < count; i++) {

res[i] = (m_names[i] as String);

}

for (int i = 0; i < count - 1; i++) {

int k = i;

for (int j = i + 1; j < count; j++)

k = (string.Compare(res[j], res[k]) < 0) ? j : k;

if (i != k) {

string temp = res[i];

res[i] = res[k];

res[k] = temp;

}

}

return res;

}

}

public void ReloadAll() {

m_subs = new ArrayList();

m_names = new ArrayList();

DirectoryInfo di =

new DirectoryInfo(Directory.GetCurrentDirectory() + @"\subroutines");

if (!di.Exists) {

di.Create();

}

foreach (FileInfo file in di.GetFiles()) {

if (Parser.IsID(file.Name)) {

LoadFile(file);

}

}

}

public void Unload(string name) {

int index = m_names.IndexOf(name);

if (index >= 0) {

m_names.RemoveAt(index);

m_subs.RemoveAt(index);

}

}

}

public Subroutine GetSub(string name) {

Subroutine res = m_subsman[name];

if (res == null)

throw new CalcException("Функция " + name + " не существует");

return res;

}

public void UnloadSub(string name) {

m_subsman.Unload(name);

}

}

}

4. Класс Namespace.

using System;

using System.Collections;

using interpr.logic.vartypes;

namespace interpr.logic {

public class NamespaceSerializationException : Exception {

public NamespaceSerializationException() : base() {}

}

public class Namespace {

protected class Pair {

internal string m_str;

internal VarBase m_var;

}

protected ArrayList m_list = new ArrayList();

protected int m_n = 0;

private Namespace m_previous_namespace = null;

public Namespace PreviousNamespace {

get { return m_previous_namespace; }

}

public Namespace(Namespace previous) {

m_previous_namespace = previous;

}

protected Namespace() {}

public VarBase Get(string name) {

if (m_n == 0)

return null;

int i = 0;

Pair p;

do {

p = (m_list[i++] as Pair);

if (p.m_str == name)

return p.m_var;

} while (i < m_n);

return null;

}

public void Assign(VarBase var, string name) {

Pair p;

if (m_n != 0) {

int i = 0;

do {

p = (m_list[i++] as Pair);

if (p.m_str == name) {

p.m_var = var;

return;

}

} while (i < m_n);

}

p = new Pair();

p.m_var = var;

p.m_str = name;

m_list.Add(p);

m_n++;

}

public void AssignToElement(SingleVar var, string name, int index) {

Pair p;

if (m_n != 0) {

int i = 0;

do {

p = (m_list[i++] as Pair);

if (p.m_str == name) {

if (!p.m_var.IsArray())

throw new CalcException("Переменная не является массивом");

(p.m_var as ArrayVar)[index] = var;

return;

}

} while (i < m_n);

}

p = new Pair();

p.m_var = new ArrayVar();

(p.m_var as ArrayVar)[index] = var;

p.m_str = name;

m_list.Add(p);

m_n++;

}

public void Remove(String name) {

if (m_n == 0)

return;

int i = 0;

do {

Pair p = (m_list[i++] as Pair);

if (p.m_str == name) {

m_list.RemoveAt(i - 1);

m_n--;

return;

}

} while (i < m_n);

}

public VarBase this[string name] {

set { Assign(value, name); }

get { return Get(name); }

}

}

}

5. Интерфейс IСomputable.

6. Класс Call.

7. Класс ArgList

if (obj == null)

throw new CalcException("Переменная не инициализированна.");

return obj.Compute();

}

public void Reset() {

m_read = true;

m_i = m_list.GetIterator(m_list.Count);

}

public int Count {

get { return m_list.Count; }

}

}

}

8. Класс Expression.

throw new SyntaxErrorException("Синтаксическая ошибка в выражении");

}

}

private void OPZ(LinkedList tokens) {

/* ** Бинарная операция выталкивает из стека в результат

* все операции с большим или равным приоритетом, затем

* записывается в стек сама

* ** Унарная операция записывается в стек

* ** Открывающая скобка записывается в стек

* ** Закрывающая скобка выталкивает в результат все операции

* из стека до открывающей скобки, затем

* скобки уничтожаются и выталкиваются унарные операции

* ** Переменная или константа сразу пишутся в результат, затем

* выталкиваются из стека унарные операции

* ** При вызове функции

* сначала отдельно разбираются все операнды, затем в результат

* дописывается сама функция, как операция

* ** Обращение к элементу массива обрабатывается аналогично

* В конце все оставшиеся в стеке операции выталкиваются в результат

*/

InterprEnvironment env = InterprEnvironment.Instance;

if (tokens.IsEmpty()) return;

LinkedList.Iterator itr = tokens.GetIterator();

LinkedList stk = new LinkedList();

while (itr.HasMore) {

string si = (itr.Step() as System.String);

if (si == "(") {

stk.Add(O_BR);

}

else if (si == ")") {

while (true) {

object o = stk.RemoveLast();

if (o == O_BR) break;

AddFront(new Call(o as Operation));

}

while ((!stk.IsEmpty()) && IsUnary(stk.Last)) {

AddFront(new Call(stk.RemoveLast() as Operation));

}

}

else if (Parser.IsID(si)) {

bool bfun = false;

bool barray = false;

if (itr.HasMore) {

string s = (itr.Step() as System.String);

if (s == "[")

bfun = true;

else if (s == "{")

barray = true;

else

Страницы: 1, 2, 3, 4