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手写编程语言-实现运算符重载

crossoverJie重庆市
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前言

先带来日常的 GScript 更新:新增了可变参数的特性,语法如下:

int add(string s, int ...num){
    println(s);
    int sum = 0;
    for(int i=0;i<len(num);i++){
        int v = num[i];
        sum = sum+v;
    }
    return sum;
}
int x = add("abc", 1,2,3,4);
println(x);
assertEqual(x, 10);

得益于可变参数,所以新增了格式化字符串的内置函数:

//formats according to a format specifier and writes to standard output.
printf(string format, any ...a){}

//formats according to a format specifier and returns the resulting string.
string sprintf(string format, any ...a){}

下面重点看看 GScript 所支持的运算符重载是如何实现的。

使用

运算符重载其实也是多态的一种表现形式,我们可以重写运算符的重载函数,从而改变他们的计算规则。

println(100+2*2);

以这段代码的运算符为例,输出的结果自然是:104.

但如果我们是对两个对象进行计算呢,举个例子:

class Person{
    int age;
    Person(int a){
        age = a;
    }
}
Person p1 = Person(10);
Person p2 = Person(20);
Person p3 = p1+p2;

这样的写法在 Java/Go 中都会报编译错误,这是因为他们两者都不支持运算符重载;

Python/C# 是支持的,相比之下我觉得 C# 的实现方式更符合 GScript 语法,所以参考 C# 实现了以下的语法规则。

Person operator + (Person p1, Person p2){
    Person pp = Person(p1.age+p2.age);
    return pp;
}
Person p3 = p1+p2;
println("p3.age="+p3.age);
assertEqual(p3.age, 30);

有几个硬性条件:

  • 函数名必须是 operator
  • 名称后跟上运算符即可。
目前支持的运算符有:+-*/ == != < <= > >=

实现

以前在使用 Python 运算符重载时就有想过它是如何实现的?但没有深究,这次借着自己实现相关功能从而需要深入理解。

其中重点就为两步:

  1. 编译期间:记录所有的重载函数和运算符的关系。
  2. 运行期:根据当前的运算找到声明的函数,直接运行即可。

第一步的重点是扫描所有的重载函数,将重载函数与运算符存放起来,需要关注的是函数的返回值与运算符类型。

// OpOverload 重载符
type OpOverload struct {
    function  *Func
    tokenType int
}

// 运算符重载自定义函数
opOverloads []*symbol.OpOverload

在编译器中使用一个切片存放。

而在运行期中当两个入参类型相同时,则需要查找重载函数。

// GetOpFunction 获取运算符重载函数
// 通过返回值以及运算符号(+-*/) 匹配重载函数
func (a *AnnotatedTree) GetOpFunction(returnType symbol.Type, tokenType int) *symbol.Func {
    for _, overload := range a.opOverloads {
        isType := overload.GetFunc().GetReturnType().IsType(returnType)
        if isType && overload.GetTokenType() == tokenType {
            return overload.GetFunc()
        }
    }
    return nil
}

查找方式就是通过编译期存放的数据进行匹配,拿到重载函数后自动调用便实现了重载。

感兴趣的朋友可以查看相关代码:

总结

运算符重载其实并不是一个常用的功能;因为会改变运算符的语义,比如明明是加法却在重载函数中写为减法。

这会使得代码阅读起来困难,但在某些情况下我们又非常希望语言本身能支持运算符重载。

比如在 Go 中常用的一个第三方精度库decimal.Decimal,进行运算时只能使用 d1.Add(d2) 这样的函数,当运算复杂时:

a5 = (a1.Add(a2).Add(a3)).Mul(a4);
a5 = (a1+a2+a3)*a4;

就不如下面这种直观,所以有利有弊吧,多一个选项总不是坏事。

GScript 源码:
https://github.com/crossoverJie/gscript

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