Создание языка программирования на c

Для чего нужен язык C#

Вы наверняка слышали о языках программирования, которые начинаются на «Си»: просто «Си», «Си плюс плюс» и «Си шарп». Сейчас хорошее время, чтобы разобраться, что к чему.

Главное

C# — язык программирования, который компания Микрософт изначально делала для своих проектов.
Название читается как «си-шарп».
Многие думают, что это отдельная версия языка С, но на самом деле нет. В C# действительно есть много конструкций, похожих на С и С++, но точно так же в нём можно найти элементы Паскаля и Java. Это не развитие линейки С, а новый язык, созданный с нуля.
C# — объектно-ориентированный язык, а значит, вся теория про классы, объекты и наследования работает и в нём, но с некоторыми оговорками.
Спрос на программистов C# не шквальный, этот язык сложно назвать модным в 2020 году. Но на нём можно делать всё, что нужно в 2020-м: от игр и приложений до веб-сервисов.
Особенно хорошо он сочетается с экосистемой Microsoft.

Игры на DirectX

DirectX — набор компонентов, которые используются для программирования трёхмерной графики и работы со звуком и видео. С помощью C# можно легко подключиться к DirectX и написать свой трёхмерный шутер или любую другую игру. Технически это выглядит так: C# отвечает за логику и поведение игры, а DirectX — за графику и звуковое сопровождение.

Игры на Unity

Unity — это движок для создания двумерных и трёхмерных игр. Он берёт на себя физику, графику и многие служебные штуки, чтобы вы могли сосредоточиться на контенте и сценарии игры. Всё бы хорошо, но без программирования в Unity всё равно не получится, и бывалые разработчики рекомендуют для Unity выбирать именно C#. Есть и другие варианты, например, собственный язык UnityScript или JavaScript.

Машинное обучение

Так как C# — это проект Микрософта, то у него всё в порядке с поддержкой и с библиотеками. В мире C# библиотеки есть практически для всего, в том числе и для работы с нейросетями и машинным обучением — ML.NET.

Это значит, что вы можете использовать все возможности нейронок в приложениях и объединять их с помощью одного и того же языка программирования. А так как C# — мультиплатформенный язык, то машинное обучение можно встроить практически во что угодно, от мобильных приложений до носимой электроники.

Игры и программы для разных мобильных платформ

Чтобы один и тот же C#-код работал на разных платформах, используют Mono и Xamarin — продукты для кросс-платформенной разработки под разные операционные платформы.

Вы пишете программу для одной платформы, например Windows.
Берёте Mono, загружаете туда свой код и выбираете новую платформу — например iOS.
Mono смотрит и говорит — вот тут нужно подключить другую библиотеку, вот здесь немного переписать код, а это место вообще можно удалить и написать заново, чтобы всё работало.
В итоге программист не пишет софт с нуля для каждой операционной системы, а правит его так, чтобы он соответствовал её требованиям.
Это сокращает время разработки в несколько раз, потому что основа кода одна и та же, а разница только в деталях.

Программы и сервисы для веба

C# можно использовать для создания веб-приложений. Работает так:

У вас есть компьютер-сервер, на котором работает серверный софт Microsoft.
Серверный софт умеет исполнять код на нескольких языках, среди них — C#.
Где-то из интернета в этот сервер прилетает запрос, например «выдай мне главную страницу».
Серверный софт компонует веб-страницу и пуляет обратно пользователю. Как и из чего компонуется эта страница — это и есть то, что нужно разработать в веб-приложении.

Теоретически вы можете написать приложение для п. 2 на любом языке, который поддерживает серверные решения Microsoft, в некоторых случаях это может быть и PHP. Но эксперты говорят, что для софта Microsoft есть смысл писать на их языке C#.

Сразу скажем: в большинстве бытовых и любительских проектов вам будет достаточно даже не приложения на C# (или Python, Ruby или PHP), а уже готового решения. Например, если нужен блог, лучше запустить его на хостинге WordPress и просто начать им пользоваться. Это не самый быстрый софт и не самый гибкий, но его запуск займёт у вас 15 минут, а не 15 недель.

А вот на сложных высоконагруженных сайтах WordPress уже не потянет — нужны другие технологии. И тут уже требуются глубокие знания: на одном железе и с одним стеком технологий лучше всего будет работать C#, на другом — PHP, на третьем — Ruby и т. д.

Введение в язык программирования C

C — это достаточно «древний» язык программирования, он сформировался в начале 70-х. Не смотря на это, C — живой язык в том смысле, что он активно применяется в настоящее время. Он был придуман, использовался и используется для написания существенных частей программного кода Unix-подобных операционных систем. Также на нем пишут утилиты, компиляторы и реже прикладные программы. Поэтому C называют системным языком программирования.

Его живучесть можно объяснить тем, что принципы работы операционных систем относительно универсальны, они не подвержены тому прогрессу и разнообразию, которые можно наблюдать в среде десктопного и мобильного ПО, Web-приложений. C не является языком достаточно высокого уровня, он ближе к архитектуре компьютера. В результате программы на C получаются компактными и быстрыми.

C не поддерживает объектно-ориентированного программирования. Поддержка ООП реализована в C++. Хотя последний возник на основе языка C, он не является его «продолжением», а представляет собой отдельный язык, который можно изучать, не зная C. Однако изучение C полезно перед знакомством с его «продвинутым младшим братом», т.к. синтаксис языков похож, C не перегружает мозг начинающего программиста сверхвозможностями и приучает к пониманию сути происходящего.

Подходит ли C для первого знакомства с программированием? Если вы не обучаетесь в вузе по специальности, связанной с IT, то нет. C предполагает понимание организации и принципов работы аппаратного обеспечения, в частности – памяти. Здесь многое делается с помощью указателей, они играют ключевую роль; эта тема достаточно сложная для понимания и обычно не изучается в школе.

Конечно, с помощью C можно изучать основы программирования и не изучать при этом указатели. Однако человек будет думать, что знает C, мало зная о нем по существу. Язык C был создан разбирающимися в устройстве «железа» профессиональными программистами для написания операционной системы UNIX. Его не задумывали как язык для обучения начинающих.

Среды и компиляторы для программирования на C

Если вы пользуетесь одним из дистрибутивов GNU/Linux, вам подойдет любой текстовый редактор с подсветкой синтаксиса, также понадобятся GCC и терминал.

Существуют редакторы для программистов, включающие различные дополнения, в том числе терминал, просмотр каталогов и др. Например, Geany или Atom.

C – компилируемый язык программирования. В GNU/Linux для получения исполняемых файлов используется GCC – набор компиляторов, включающий в том числе компилятор для C. Чтобы из исходного файла (обычно таким файлам дают расширение *.с) получить исполняемый, надо выполнить в терминале команду примерно следующего вида:

, где gcc — команда, запускающая программу, выполняющую компиляцию и иные действия; -o – ключ, сообщающий, что мы вручную указываем имя исполняемого файла; hello – имя получаемого исполняемого файла; hello.c – имя файла с исходным кодом. Имя исполняемого файла можно не указывать:

В этом случае исполняемый файл будет иметь имя по умолчанию a.out.

Для Windows существует свой набор компиляторов – MinGW. Его можно использовать самостоятельно, однако он входит в состав простой среды разработки Dev-C++, которая может оказаться хорошим выбором для обучения программированию на языках C и С++.

При сохранении выбирайте тип файла «C source files (*.c)». Компиляция и запуск программы выполняется при нажатии клавиши F9. После исполнения программа сразу закрывается и результат невозможно увидеть. Чтобы этого не происходило, прописывают две дополнительные строки: #include и getch(). (Возможно это не актуально для более новой версии Dev-C++.)

«Hello World» в GNU/Linux:

«Hello World» в Windows:

С другой стороны, существует большое количество кроссплатформенных сред разработки. Например, Eclipse + модуль CDT, KDevelop, CLion. Последняя платна, выпускается компанией JetBrains – лидером в разработке IDE, однако имеет 30-ти дневный триальный период, чего может быть достаточно для обучения. CLion удобнее других IDE.

«Hello World» на C

На примере простейшей программы сразу отметим некоторые особенности языка программирования C.

В языке C роль основной ветки программы берет на себя функция main(). Эта функция всегда должна присутствовать в законченной программе на языке C, и исполнение программы начинается именно с нее. Однако объявленные внутри нее переменные не являются глобальными, их область видимости простирается только на main(). Тем не менее в языке программирования C почти весь программный код заключается в функции, и функция main() является главной и обязательной.

По умолчанию функция main() возвращает тип данных int, поэтому можно не указывать тип возвращаемых данных. Однако компилятор в этом случае выносит предупреждение.

Читать еще: Самоучитель по программированию c

Функция printf() предназначена для вывода данных. Ее назначение аналогично процедуре write() языка Pascal и функции print() в Python. Функция printf() после вывода не выполняет переход на новую строку. Поэтому для перехода используется специальный символ, который обозначается комбинацией n. Законченные выражения на языке C разделяются точкой с запятой.

В языке C функции ввода-вывода не являются частью языка. Например, в Python нам не надо импортировать никакой модуль, чтобы пользоваться функциями print() и input(). В C же мы не можем просто вызвать функцию printf(), т.к. в самом C ее просто нет. Эту функцию, а также ряд других, можно подключить с помощью заголовочного файла stdio.h. Именно для этого в начале программы прописана строка #include . Include с английского переводится как «включить», а stdio есть сокращение от «стандартный ввод-вывод (input-output)».

В заголовочных файлах (они оканчиваются на *.h) обычно содержаться объявления тех или иных функций. Объявление — это просто описание функции: какие параметры она принимает и что возвращает. Сам код функции (определение) находится не в заголовочном файле, а в библиотеках (других файлах), которые могут быть уже скомпилированы и расположены в системных каталогах. Перед компиляцией программы запускается препроцессор языка C. Помимо прочего он включает в начало файла программы содержимое указанных в ней заголовочных файлов.

Практическая работа

Закомментируйте 1 первую строчку кода программы HelloWorld. Попробуйте скомпилировать программу. Удалось ли получить исполняемый файл? Какое предупреждение выдал компилятор?

1 // — однострочный комментарий на языке C; /* … */ — многострочный комментарий на языке C.

Как создать свой язык программирования: теория, инструменты и советы от практика

Переводы, 11 апреля 2017 в 21:59
Саша

На протяжении последних шести месяцев я работал над созданием языка программирования (ЯП) под названием Pinecone. Я не рискну назвать его законченным, но использовать его уже можно — он содержит для этого достаточно элементов, таких как переменные, функции и пользовательские структуры данных. Если хотите ознакомиться с ним перед прочтением, предлагаю посетить официальную страницу и репозиторий на GitHub.

Введение

Я не эксперт. Когда я начал работу над этим проектом, я понятия не имел, что делаю, и всё еще не имею. Я никогда целенаправленно не изучал принципы создания языка — только прочитал некоторые материалы в Сети и даже в них не нашёл для себя почти ничего полезного.

Тем не менее, я написал абсолютно новый язык. И он работает. Наверное, я что-то делаю правильно.

В этой статье я постараюсь показать, каким образом Pinecone (и другие языки программирования) превращают исходный код в то, что многие считают магией. Также я уделю внимание ситуациям, в которых мне приходилось искать компромиссы, и поясню, почему я принял те решения, которые принял.

Текст точно не претендует на звание полноценного руководства по созданию языка программирования, но для любознательных будет хорошей отправной точкой.

Первые шаги

«А с чего вообще начинать?» — вопрос, который другие разработчики часто задают, узнав, что я пишу свой язык. В этой части постараюсь подробно на него ответить.

Компилируемый или интерпретируемый?

Компилятор анализирует программу целиком, превращает её в машинный код и сохраняет для последующего выполнения. Интерпретатор же разбирает и выполняет программу построчно в режиме реального времени.

Технически любой язык можно как компилировать, так и интерпретировать. Но для каждого языка один из методов подходит больше, чем другой, и выбор парадигмы на ранних этапах определяет дальнейшее проектирование. В общем смысле интерпретация отличается гибкостью, а компиляция обеспечивает высокую производительность, но это лишь верхушка крайне сложной темы.

Я хотел создать простой и при этом производительный язык, каких немного, поэтому с самого начала решил сделать Pinecone компилируемым. Тем не менее, интерпретатор у Pinecone тоже есть — первое время запуск был возможен только с его помощью, позже объясню, почему.

Прим. перев. Кстати, у нас есть краткий обзор серии статей по созданию собственного интерпретатора — это отличное упражнение для тех, кто изучает Python.

Выбор языка

Своеобразный мета-шаг: язык программирования сам является программой, которую надо написать на каком-то языке. Я выбрал C++ из-за производительности, большого набора функциональных возможностей, и просто потому что он мне нравится.

Но в целом совет можно дать такой:

интерпретируемый ЯП крайне рекомендуетсяписать на компилируемом ЯП (C, C++, Swift). Иначе потери производительности будут расти как снежный ком, пока мета-интерпретатор интерпретирует ваш интерпретатор;
компилируемый ЯП можно писать на интерпретируемом ЯП (Python, JS). Возрастёт время компиляции, но не время выполнения программы.

Проектирование архитектуры

У структуры языка программирования есть несколько ступеней от исходного кода до исполняемого файла, на каждой из которых определенным образом происходит форматирование данных, а также функции для перехода между этими ступенями. Поговорим об этом подробнее.

Лексический анализатор / лексер

Строка исходного кода проходит через лексер и превращается в список токенов.

Первый шаг в большинстве ЯП — это лексический анализ. Говоря по-простому, он представляет собой разбиение текста на токены, то есть единицы языка: переменные, названия функций (идентификаторы), операторы, числа. Таким образом, подав лексеру на вход строку с исходным кодом, мы получим на выходе список всех токенов, которые в ней содержатся.

Обращения к исходному коду уже не будет происходить на следующих этапах, поэтому лексер должен выдать всю необходимую для них информацию.

При создании языка первым делом я написал лексер. Позже я изучил инструменты, которые могли бы сделать лексический анализ проще и уменьшить количество возникающих багов.

Одним из основных таких инструментов является Flex — генератор лексических анализаторов. Он принимает на вход файл с описанием грамматики языка, а потом создаёт программу на C, которая в свою очередь анализирует строку и выдаёт нужный результат.

Моё решение

Я решил оставить написанный мной анализатор. Особых преимуществ у Flex я в итоге не увидел, а его использование только создало бы дополнительные зависимости, усложняющие процесс сборки. К тому же, мой выбор обеспечивает больше гибкости — например, можно добавить к языку оператор без необходимости редактировать несколько файлов.

Синтаксический анализатор / парсер

Список токенов проходит через парсер и превращается в дерево.

Следующая стадия — парсер. Он преобразует исходный текст, то есть список токенов (с учётом скобок и порядка операций), в абстрактное синтаксическое дерево, которое позволяет структурно представить правила создаваемого языка. Сам по себе процесс можно назвать простым, но с увеличением количества языковых конструкций он сильно усложняется.

Bison

На этом шаге я также думал использовать стороннюю библиотеку, рассматривая Bison для генерации синтаксического анализатора. Он во многом похож на Flex — пользовательский файл с синтаксическими правилами структурируется с помощью программы на языке C. Но я снова отказался от средств автоматизации.

Преимущества кастомных программ

С лексером моё решение писать и использовать свой код (длиной около 200 строк) было довольно очевидным: я люблю задачки, а эта к тому же относительно тривиальная. С парсером другая история: сейчас длина кода для него — 750 строк, и это уже третья попытка (первые две были просто ужасны).

Тем не менее, я решил делать парсер сам. Вот основные причины:

минимизация переключения контекста;
упрощение сборки;
желание справиться с задачей самостоятельно.

В целесообразности решения меня убедило высказывание Уолтера Брайта (создателя языка D) в одной из его статей:

Я бы не советовал использовать генераторы лексических и синтаксических анализаторов, а также другие так называемые «компиляторы компиляторов». Написание лексера и парсера не займёт много времени, а использование генератора накрепко привяжет вас к нему в дальнейшей работе (что имеет значение при портировании компилятора на новую платформу). Кроме того, генераторы отличаются выдачей не релевантных сообщений об ошибках.

Абстрактный семантический граф

Переход от синтаксического дерева к семантическому графу

В этой части я реализовал структуру, по своей сути наиболее близкую к «промежуточному представлению» (intermediate representation) в LLVM. Существует небольшая, но важная разница между абстрактным синтаксическим деревом (АСД) и абстрактным семантическим графом (АСГ).

АСГ vs АСД

Грубо говоря, семантический граф — это синтаксическое дерево с контекстом. То есть, он содержит информацию наподобие какой тип возвращает функция или в каких местах используется одна и та же переменная. Из-за того, что графу нужно распознать и запомнить весь этот контекст, коду, который его генерирует, необходима поддержка в виде множества различных поясняющих таблиц.

Запуск

После того, как граф составлен, запуск программы становится довольно простой задачей. Каждый узел содержит реализацию функции, которая получает некоторые данные на вход, делает то, что запрограммировано (включая возможный вызов вспомогательных функций), и возвращает результат. Это — интерпретатор в действии.

Варианты компиляции

Вы, наверное, спросите, откуда взялся интерпретатор, если я изначально определил Pinecone как компилируемый язык. Дело в том, что компиляция гораздо сложнее, чем интерпретация — я уже упоминал ранее, что столкнулся с некоторыми проблемами на этом шаге.

Написать свой компилятор

Сначала мне понравилась эта мысль — я люблю делать вещи сам, к тому же давно хотел изучить язык ассемблера. Вот только создать с нуля кроссплатформенный компилятор — сложнее, чем написать машинный код для каждого элемента языка. Я счёл эту идею абсолютно не практичной и не стоящей затраченных ресурсов.

LLVM — это коллекция инструментов для компиляции, которой пользуются, например, разработчики Swift, Rust и Clang. Я решил остановиться на этом варианте, но опять не рассчитал сложности задачи, которую перед собой поставил. Для меня проблемой оказалось не освоение ассемблера, а работа с огромной многосоставной библиотекой.

Транспайлинг

Мне всё же нужно было какое-то решение, поэтому я написал то, что точно будет работать: транспайлер (transpiler) из Pinecone в C++ — он производит компиляцию по типу «исходный код в исходный код», а также добавил возможность автоматической компиляции вывода с GCC. Такой способ не является ни масштабируемым, ни кроссплатформенным, но на данный момент хотя бы работает почти для всех программ на Pinecone, это уже хорошо.

Дальнейшие планы

Сейчас мне не достаёт необходимой практики, но в будущем я собираюсь от начала и до конца реализовать компилятор Pinecone с помощью LLVM — инструмент мне нравится и руководства к нему хорошие. Пока что интерпретатора хватает для примитивных программ, а транспайлер справляется с более сложными.

Заключение

Надеюсь, эта статья окажется кому-нибудь полезной. Я крайне рекомендую хотя бы попробовать написать свой язык, несмотря на то, что придётся разбираться во множестве деталей реализации — это обучающий, развивающий и просто интересный эксперимент.

Вот общие советы от меня (разумеется, довольно субъективные):

если у вас нет предпочтений и вы сомневаетесь, компилируемый или интерпретируемый писать язык, выбирайте второе. Интерпретируемые языки обычно проще проектировать, собирать и учить;
с лексерами и парсерами делайте, что хотите. Использование средств автоматизации зависит от вашего желания, опыта и конкретной ситуации;
если вы не готовы / не хотите тратить время и силы (много времени и сил) на придумывание собственной стратегии разработки ЯП, следуйте цепочке действий, описанной в этой статье. Я вложил в неё много усилий и она работает;
опять же, если не хватает времени / мотивации / опыта / желания или ещё чего-нибудь для написания классического ЯП, попробуйте написать эзотерический, типа Brainfuck. (Советуем помнить, что если язык написан развлечения ради, это не значит, что писать его — тоже сплошное развлечение. — прим. перев.)

Я делал довольно много ошибок по ходу разработки, но большую часть кода, на которую они могли повлиять, я уже переписал. Язык сейчас неплохо функционирует и будет развиваться (на момент написания статьи его можно было собрать на Linux и с переменным успехом на macOS, но не на Windows).

О том, что ввязался в историю с созданием Pinecone, ни в коем случае не жалею — это отличный эксперимент, и он только начался.

11 шагов к созданию языка программирования

Изучите устройство компьютера

Это правило важно не только для тех, кто желает создать новый язык, но и для тех, кто просто сел за программирование. Вы не можете создать ничего стоящего, если не понимаете, как один код преобразуется в другой и исполняется компьютером. Без понимания того, как функционирует машина, вам будет очень сложно принимать решения в дальнейшем.

Изучите терминологию

В дальнейшем речь пойдёт о парсерах и лексерах, компиляторах и интерпретаторах, синтаксических деревьях и многом другом. Вам будет значительно проще черпать информацию из сети, спрашивать советов у опытных разработчиков, если у вас не будет пробелов в терминологии. Вкупе с пониманием технологий – это фундамент для постройки рабочего языка.

Определитесь с назначением языка

Сразу решите, будет ли ваш язык иметь узкую специализацию или ваша цель – универсальный инструмент, который окажется востребован в любой области IT. Оцените объём работы, которой вам предстоит проделать, поставьте цели, которых вы хотите достичь. Ну и самое главное – определитесь: вы хотите покорить мир или просто попробовать для себя что-то новое?

Очертите основные концепции

Есть ряд вопросов, на которые необходимо ответить:

Компиляция или интерпретация? Компилируемый код целиком собирается в машинный, после чего исполняется. Интерпретируемый код разбирается и выполняется построчно. Здесь, как и во всех дальнейших вопросах, нет однозначно правильного ответа, вам предстоит выбирать между удобством, функциональностью, безопасностью, производительностью и прочими аспектами.
Статическая или динамическая типизация? В первом случае пользователь должен самостоятельно задавать типы данных, во втором – вам придётся описать систему для определения типов.
Будет ли язык содержать автоматический сборщик мусора или ручное управление памятью?
Какую вы планируете использовать модель программирования: ООП, логическое функциональное, структурное? А может, вы собираетесь изобрести что-то принципиально новое?
Будет ли ваш язык поддерживать вставки из других языков программирования?
Содержит ли язык базовые функции или все возможности будут поддерживаться из внешних библиотек?
Как будет выглядеть архитектура программы?

Эти вопросы помогут сформировать облик будущего языка и породят ряд новых базисных вопросов, на которые тоже придётся дать ответы.

Поэкспериментируйте с синтаксисом

Наличие служебных символов может здорово упростить работу машине и увеличить производительность, но будет отталкивать потенциального пользователя. То же самое с видом функций – простые и интуитивно понятные или максимально отражающие действие.

Дайте название языку

Время перейти к самому простому – подобрать название. Большинство разработчиков не вкладывает глубокий смысл в это действие, давая языку простое, легко запоминаемое имя. Советуем и вам придерживаться этого посыла. Мудрёные аббревиатуры или многословные названия, с одной стороны, не привлекают пользователей, с другой — быстро вылетают из памяти.

Выберите язык для языка

Новый язык надо на чём-то написать. Суровые гики могут использовать язык ассемблера или машинные коды, но в XXI веке куда больше смысла ориентироваться на высокоуровневые языки: Pascal, C, C++, Swift (компилируемые языки) для интерпретируемого варианта; Java, JavaScript, Python, Ruby (интерпретируемые языки) — для компилируемого. Такие пары обеспечат минимальные потери в производительности.

Поработайте над лексером и парсером

Лексер – инструмент, отвечающий за лексический анализ, разбиения кода на составные единицы, называемые токенами. Парсер, отвечающий за синтаксический анализ, организует иерархию из токенов, определяя порядок их взаимодействия. Графически это можно представить следующим образом:

Не спешите хвататься за голову, для создания лексеров и парсеров есть специальные библиотеки и приложения, которые снимут эту достаточно сложную часть работы.

Создайте стандартную библиотеку

Вне зависимости от того, есть ли у языка встроенные возможности для исполнения базового функционала или требуются внешние библиотеки, вам необходимо создать ряд функций, на которых можно было продемонстрировать хотя бы в общих чертах все заложенные возможности.

Напишите уйму тестов

Создать язык – не так сложно, как заставить его нормально работать. Определить работоспособность всех механизмов языка вам помогут специальные тесты, очерчивающие границы «можно» и «нельзя» и не вызывающие при этом исключительных ситуаций, которые поставят возможности языка в тупик.

Опубликуйте язык

Когда язык будет готов – не смейте прятать его в стол. Даже если мировое господство – не ваша цель, публикация поможет собрать отзывы, найти единомышленников для дальнейших усовершенствований языка. Ну и в конце концов, этим вы сделаете личный вклад в программирование.

Мотивы создания нового языка программирования всегда очень разные: кто-то делает это от скуки, кто-то с целью преодоления существующих барьеров, кто-то для собственного удобства. Вы тоже можете попробовать создать собственный язык, руководствуясь следующими 11 пунктами. Кто знает, возможно, вы станете заметной личностью в мире программирования?

Изучите устройство компьютера

Изучите терминологию

Определитесь с назначением языка

Очертите основные концепции

Есть ряд вопросов, на которые необходимо ответить:

Компиляция или интерпретация? Компилируемый код целиком собирается в машинный, после чего исполняется. Интерпретируемый код разбирается и выполняется построчно. Здесь, как и во всех дальнейших вопросах, нет однозначно правильного ответа, вам предстоит выбирать между удобством, функциональностью, безопасностью, производительностью и прочими аспектами.
Статическая или динамическая типизация? В первом случае пользователь должен самостоятельно задавать типы данных, во втором – вам придётся описать систему для определения типов.
Будет ли язык содержать автоматический сборщик мусора или ручное управление памятью?
Какую вы планируете использовать модель программирования: ООП, логическое функциональное, структурное? А может, вы собираетесь изобрести что-то принципиально новое?
Будет ли ваш язык поддерживать вставки из других языков программирования?
Содержит ли язык базовые функции или все возможности будут поддерживаться из внешних библиотек?
Как будет выглядеть архитектура программы?

Поэкспериментируйте с синтаксисом

Дайте название языку

Выберите язык для языка

Поработайте над лексером и парсером

Создайте стандартную библиотеку

Напишите уйму тестов

Опубликуйте язык

Дмитpий Hecтepук

Блог о программировании — C#, F#, C++, архитектура, и многое другое

Не нравится ООП? Делайте свой язык программирования!

В интернете нынче модно говорить что «ООП это шлак», и многие мечтают сделать свой собственный язык программирования но чего-то боятся. А на самом деле, если подойти с умом, тут все просто. Серьезно! Я знаю, вы хотите мне возразить, что дескать…

Писать свой компилятор в native code/IL/bytecode слишком сложно — а и не надо!! Вы понимаете, что существующие компиляторы вроде С или Java оттачивались годами, сотнями людей? Почему бы не воспользоваться всем этим богатством, компилируя ваш язык в тот же С/C++, и потом получая от С/C++ компилятора все оптимизации и плюшки?

Меня не прет идея возиться с кастомными форматами файлов для лексинга и парсинга, это депрессивно — а и не надо!! Просто возьмите фреймворк, который поддерживает парсеростроение прямо в коде.

У меня сейчас весь код на Java/C#/C++ написан, как я сделаю interop? — да очень просто, ведь с подходом транскомпиляции, вы можете транслировать свой язык в любой из вышеперечисленных, генеря и потом потребляя любой интерфейс, причем в обе стороны.

Язык-то я сделаю, а как насчет поддержки языка в моей любимой IDE? — о, ну это уже высший полет. Для начала, постарайтесь сделать лаконичный маленький язык, для которого инструменты не критичны. А потом можно научиться и тулы поддерживать (или писать свои).

Чтобы показать насколько это все просто, вот небольшой пример: представим, что вы хотите расширить определение С-образной глобальной функции, добавив следующие фичи:

Определить свой набор «коротких» типов переменных, вроде i32 или f64 на замену int и double .

Передавать аргументы в формате x,y : i32 , то есть переиспользуя определение типа для нескольких сразу.

Добавлять в тело функции определения переменных вроде x = 5 так чтобы, при условии что x не имя параметра, это преврашалось в полноценную декларацию переменной, а иначе просто присваивалось значиние.

Для начала такой фичесет подойдет? Я знаю что мало, но я тут и не пытаюсь целый язык сделать. Вот как это будет выглядеть:

Структуры для языка

Во всех языках есть механизмы построения парсеров. Я возьму C++ и Boost.Spirit, для примера, но вообще язык тут особого значения не имеет. Для начала давайте сделаем новые типы вроде f32 вместо float :

Теперь определяем функцию:

У любой функции есть имя, она берет сколько-то там параметров (ну, деклараций параметров, но краткость сестра таланта), и у нее есть тело, которое в нашем случае будет состоять исключительно из присвоений значений переменным (не очень практично, I know).

Поскольку мы умеем определять аргументы в стиле x,y:i32 , т.е. несколько с одним типом, собственно структур parameter мы определим вот так:

Ну и наконец присвоение значений переменным можно сделать вот так:

Выше показан г～код для определения типа, думаю вы понимаете что в последствии это можно пофиксить.

Всё, структуры готовы, можно строить парсер. (На самом деле есть еще этап их адаптации через Boost.Fusion, но это implementation-specific деталь, если что гляньте в сорцы.)

Парсер

Парсер для нашего языка написать настолько легко что я просто приведу весь код целиком, а потом мы его обсудим, ок?

Для начала, вот эти qi::rule просто говорят парсеру как то что он распарсит ложится на структуры что мы определили ранее. Например, вот хочется распарсить присваивание вроде x = 3 , что это? Это идентификатор (то есть, 1 и более alphanumeric символов), потом = , потом еще раз набор символов и в конце ; .

Конкретно в Boost.Sprit, в отличии от регулярок, «один и более» записывается как + до типа символа, т.е. +alnum . То есть + означает «один и более», * — «сколько угодно», и так далее. Вот и получается что присваивание мы распарсили, а поскольку наш qi::rule мэпит его на assignment_statement , поля этой структуры будут присвоены автоматически. Это гениально, или как?

То же и с другими частями языка. Хочешь распарсить несколько переменных через запятую и запихнуть их в вектор? Пишем +alnum % ‘,’ где оператор % – это как сказать *(+alnum >> ‘,’) , только короче. Что тоже удобно.

Так вот, парсер у нас готов, можно парсить. На Spirit это делается вот так:

…где render() – это функция которая обходит то что мы напарсили и генерит из этого чистейший, готовый к компиляции С (никто не мешает вам выводить сразу в N разных языков).

Pretty print

Короче, мы попарсили функцию, получили из нее ООП структуры, ну и теперь можно из них чего-нибудь нагенерить. Для этого их нужно обойти, что в нашем конкретном случае не сложно. Сначала пишем название функции:

Потом выводим параметры, не забывая что у нас может быть несколько имен для одного и того же типа аргумента:

А потом, аккуратненько, присваивания. Не забываем что тип нужно прописывать только если переменная не фигурирует где-то в параметрах функции:

Вот собственно и всё. Тут в принципе можно реализовать «полноценный» Visitor, если хочется.

Заключение

Как вы поняли, тут остался шаг компиляции полученного кода — думаю всем итак очевидно как это делать, это зависит от языка который вы нагенерили. Вообще я ратую за «портативный» C/C++, но решать в конечном счете вам.

Если хотите сорцы проекта, они тут. Мой пример на С++, но вы можете реализовать свой язык на чем угодно. Мораль в том что создать сейчас свой кросс-компилируемый язык легко, поэтому вместо того чтобы ныть про ООП и воевать с ветряными мельницами, проще сесть и запилить что-то своё. Так что садитесь и пишите спеку вашего чудо-юдо языка. Удачи!

0 0 голоса

Рейтинг статьи