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Python实例题：Python实现Python解释器

news 2025/5/2 9:24:48

Python实例题

题目

Python实现Python解释器

实现思路

词法分析：将输入的 Python 代码分割成一个个的词法单元（Token），例如数字、运算符、变量名等。
语法分析：根据词法单元构建抽象语法树（AST），表示代码的语法结构。
语义分析与执行：遍历抽象语法树，根据节点的类型执行相应的操作，例如计算算术表达式、进行变量赋值等。

代码实现

# 定义词法单元类型
TOKEN_NUMBER = 'NUMBER'
TOKEN_PLUS = 'PLUS'
TOKEN_MINUS = 'MINUS'
TOKEN_MULTIPLY = 'MULTIPLY'
TOKEN_DIVIDE = 'DIVIDE'
TOKEN_ASSIGN = 'ASSIGN'
TOKEN_VARIABLE = 'VARIABLE'
TOKEN_EOF = 'EOF'# 词法分析器
class Lexer:def __init__(self, text):self.text = textself.pos = 0self.current_char = self.text[self.pos] if self.pos < len(self.text) else Nonedef error(self):raise Exception('Invalid character')def advance(self):self.pos += 1if self.pos < len(self.text):self.current_char = self.text[self.pos]else:self.current_char = Nonedef skip_whitespace(self):while self.current_char is not None and self.current_char.isspace():self.advance()def integer(self):result = ''while self.current_char is not None and self.current_char.isdigit():result += self.current_charself.advance()return int(result)def get_next_token(self):while self.current_char is not None:if self.current_char.isspace():self.skip_whitespace()continueif self.current_char.isdigit():return Token(TOKEN_NUMBER, self.integer())if self.current_char == '+':self.advance()return Token(TOKEN_PLUS, '+')if self.current_char == '-':self.advance()return Token(TOKEN_MINUS, '-')if self.current_char == '*':self.advance()return Token(TOKEN_MULTIPLY, '*')if self.current_char == '/':self.advance()return Token(TOKEN_DIVIDE, '/')if self.current_char == '=':self.advance()return Token(TOKEN_ASSIGN, '=')if self.current_char.isalpha():var_name = ''while self.current_char is not None and (self.current_char.isalnum() or self.current_char == '_'):var_name += self.current_charself.advance()return Token(TOKEN_VARIABLE, var_name)self.error()return Token(TOKEN_EOF, None)# 词法单元类
class Token:def __init__(self, type, value):self.type = typeself.value = valuedef __str__(self):return f'Token({self.type}, {repr(self.value)})'# 抽象语法树节点类
class AST:passclass BinOp(AST):def __init__(self, left, op, right):self.left = leftself.op = opself.right = rightclass Num(AST):def __init__(self, token):self.token = tokenself.value = token.valueclass Assign(AST):def __init__(self, left, op, right):self.left = leftself.token = self.op = opself.right = rightclass Var(AST):def __init__(self, token):self.token = tokenself.value = token.value# 语法分析器
class Parser:def __init__(self, lexer):self.lexer = lexerself.current_token = self.lexer.get_next_token()def error(self):raise Exception('Invalid syntax')def eat(self, token_type):if self.current_token.type == token_type:self.current_token = self.lexer.get_next_token()else:self.error()def factor(self):token = self.current_tokenif token.type == TOKEN_NUMBER:self.eat(TOKEN_NUMBER)return Num(token)elif token.type == TOKEN_VARIABLE:self.eat(TOKEN_VARIABLE)return Var(token)elif token.type == TOKEN_PLUS:self.eat(TOKEN_PLUS)return BinOp(Num(Token(TOKEN_NUMBER, 0)), Token(TOKEN_PLUS, '+'), self.factor())elif token.type == TOKEN_MINUS:self.eat(TOKEN_MINUS)return BinOp(Num(Token(TOKEN_NUMBER, 0)), Token(TOKEN_MINUS, '-'), self.factor())def term(self):node = self.factor()while self.current_token.type in (TOKEN_MULTIPLY, TOKEN_DIVIDE):token = self.current_tokenif token.type == TOKEN_MULTIPLY:self.eat(TOKEN_MULTIPLY)elif token.type == TOKEN_DIVIDE:self.eat(TOKEN_DIVIDE)node = BinOp(left=node, op=token, right=self.factor())return nodedef expr(self):node = self.term()while self.current_token.type in (TOKEN_PLUS, TOKEN_MINUS):token = self.current_tokenif token.type == TOKEN_PLUS:self.eat(TOKEN_PLUS)elif token.type == TOKEN_MINUS:self.eat(TOKEN_MINUS)node = BinOp(left=node, op=token, right=self.term())return nodedef assignment_statement(self):left = Var(self.current_token)self.eat(TOKEN_VARIABLE)token = self.current_tokenself.eat(TOKEN_ASSIGN)right = self.expr()node = Assign(left, token, right)return nodedef statement(self):if self.current_token.type == TOKEN_VARIABLE:return self.assignment_statement()else:return self.expr()def parse(self):return self.statement()# 解释器
class Interpreter:def __init__(self, parser):self.parser = parserself.GLOBAL_SCOPE = {}def visit(self, node):method_name = 'visit_' + type(node).__name__visitor = getattr(self, method_name, self.generic_visit)return visitor(node)def generic_visit(self, node):raise Exception(f'No visit_{type(node).__name__} method')def visit_BinOp(self, node):if node.op.type == TOKEN_PLUS:return self.visit(node.left) + self.visit(node.right)elif node.op.type == TOKEN_MINUS:return self.visit(node.left) - self.visit(node.right)elif node.op.type == TOKEN_MULTIPLY:return self.visit(node.left) * self.visit(node.right)elif node.op.type == TOKEN_DIVIDE:return self.visit(node.left) / self.visit(node.right)def visit_Num(self, node):return node.valuedef visit_Assign(self, node):var_name = node.left.valuevar_value = self.visit(node.right)self.GLOBAL_SCOPE[var_name] = var_valuereturn var_valuedef visit_Var(self, node):var_name = node.valueval = self.GLOBAL_SCOPE.get(var_name)if val is None:raise Exception(f'Variable {var_name} is not defined')else:return valdef interpret(self):tree = self.parser.parse()if tree is None:return ''return self.visit(tree)# 主函数
def main():while True:try:text = input('>> ')except EOFError:breakif not text:continuelexer = Lexer(text)parser = Parser(lexer)interpreter = Interpreter(parser)result = interpreter.interpret()print(result)if __name__ == "__main__":main()

代码解释

词法分析器（Lexer）：
- Lexer 类将输入的代码字符串分割成一个个的词法单元（Token），根据字符的类型识别出数字、运算符、变量名等。
- get_next_token 方法根据当前字符的类型返回对应的词法单元。
词法单元类（Token）：
- Token 类表示一个词法单元，包含类型和值两个属性。
抽象语法树节点类（AST）：
- AST 是抽象语法树节点的基类，BinOp 表示二元运算符节点，Num 表示数字节点，Assign 表示赋值语句节点，Var 表示变量节点。
语法分析器（Parser）：
- Parser 类根据词法单元构建抽象语法树，通过递归下降的方法解析代码，处理表达式、赋值语句等。
- parse 方法返回构建好的抽象语法树。
解释器（Interpreter）：
- Interpreter 类遍历抽象语法树，根据节点的类型执行相应的操作，例如计算算术表达式、进行变量赋值等。
- visit 方法根据节点类型调用相应的处理方法。
主函数（main）：
- 循环读取用户输入的代码，调用词法分析器、语法分析器和解释器进行处理，并输出结果。