透過建立 Lisp 解釋器來學習 Python

Lisp 語言入門

Lisp，是 「列表處理」 (List Processing) 的縮寫，是一種函數式程式語言，旨在輕鬆處理資料字串。 Lisp 以其在符號計算中的簡潔性和優雅性而聞名。 Lisp 程式由表達式（列表）組成，使其特別適合遞歸運算和符號資料的處理。

本指南將指導您使用 Python 建立一個簡化的 Lisp 解釋器。學習結束後，您將擁有一個能夠評估基本 Lisp 表達式、定義函數和執行條件邏輯的工作解釋器。

Lisp 語法範例

下面是一個簡單的 Lisp 程序，用來計算一個數的立方：

<code>(define square (lambda (x) (* x x)))
(square 4) 
输出：16</code>

在這個例子中：

• define 用於在 Lisp 中建立新的變數或函數。它將一個名稱與一個值或函數關聯起來，允許您在以後的程式碼中引用它。
• lambda 用於在 Lisp 中建立匿名函數。這些函數沒有預先定義的名稱。您可以動態地創建它們並將它們賦值給變數（或將它們傳遞）。

如果您想更深入地學習 Lisp 編程，一個很好的起點是這個教程 [此處應插入教程連結]。

建構 Lisp 解釋器的步驟

建立一個名為 lis.py 的新檔案。這將是解釋器的主 Python 腳本。

1. 分詞 (Tokenization)

此步驟將輸入字串分割成更小、更有意義的部分，稱為標記。例如，像 ( 1 2) 這樣的表達式被分解成列表 ["(", " ", "1", "2", ")"]。此過程使分析和操作輸入對於進一步處理更容易。

def tokenize(source):
    """
    将输入源字符串分词：
    - 将开括号和闭括号替换为空格填充的版本，将它们视为单独的标记。
    - 按空格分割修改后的字符串以获得标记列表。

    参数：
    - source (str): 要分词的源代码。

    返回：
    - 字符串列表：表示源代码的标记列表。
    """
    return source.replace("(", " ( ").replace(")"," ) ").split()

2. 解析 (Parsing)

分詞後，標記將轉換為結構化格式，通常是巢狀清單。例如，["(", " ", "1", "2", ")"] 變成 [" ", 1, 2]。這種結構化表示允許透過將其映射到稱為抽象語法樹 (AST) 的樹狀結構來更容易評估表達式。

def read_from_tokens(tokens):
    # ... [代码与原文相同] ...

3. 環境設定 (Environment Setup)

環境充當一個字典，變數名稱和函數儲存在其中。它包括內建函數，如 、-、*、/ 等，以及使用者定義的變數和函數。此環境允許解釋器在表達式中使用時解析符號（如 x 或 ）。

class Env(dict):
    # ... [代码与原文相同] ...

為什麼我們需要 Env 類別？

Env 類別至關重要，因為它充當解釋器的支柱，管理變數、函數和作用域。以下是需要它的原因：

• 變數綁定 (Variable Binding)
• 函數儲存 (Function Storage)
• 作用域解析 (Scoped Resolution)
• 內建函數 (Built-in Functions)

4. 評估 (Evaluation)

解譯器的核心邏輯，在此計算已解析的表達式：

• 數字（例如，1、2.5）和變數（例如，x、y）評估為它們各自的值。
• 函數呼叫（例如，( 1 2)）被遞歸地評估。運算子（ ）和參數（1、2）使用環境進行解析和計算。

<code>(define square (lambda (x) (* x x)))
(square 4) 
输出：16</code>

5. REPL（讀取-求值-列印循環）

REPL 是一個互動式 shell，允許使用者即時輸入和執行 Lisp 命令。它讀取使用者輸入（例如，(define x 10)），對其進行評估（例如，將 10 賦值給 x），並列印結果。

def tokenize(source):
    """
    将输入源字符串分词：
    - 将开括号和闭括号替换为空格填充的版本，将它们视为单独的标记。
    - 按空格分割修改后的字符串以获得标记列表。

    参数：
    - source (str): 要分词的源代码。

    返回：
    - 字符串列表：表示源代码的标记列表。
    """
    return source.replace("(", " ( ").replace(")"," ) ").split()

結論

透過遵循上述步驟，您已經建立了一個基本的 Lisp 解釋器，它可以處理算術表達式、定義函數，甚至處理條件邏輯。這只是一個簡單的版本，但是隨著您的進一步探索，您可以使用更多功能來擴展它，例如高級錯誤處理、更好的作用域和額外的內建函數。

如果您有興趣深入了解 Lisp 的世界並學習更高級的概念，我強烈建議您查看 Peter Norvig 的 Lisp 解釋器教程，該教程是構建本指南中解釋器的極好資源。

以上是透過建立 Lisp 解釋器來學習 Python的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！