Licp - 一个玩具解释器的实现

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

最近看了 SICP，其第四章讲述了一个简单的 Scheme 解释器的实现。粗看了一遍后决定自己用 C 语言实现一个残疾的 Scheme 解释器，想来这样的学习效果应该比只看书要强得多。

在这过程中发现用 C 实现这样一个解释器比用 Lisp 写要麻烦得多。一个 Lisp 语句本身其实就是一个 Lisp 里的表，利用这一特性就可以省去词法分析划分 token 的步骤，直接用自带的 car 和 cdr 等过程就能方便地提取出语句中的各个成分（相当于直接对树操作）；而用 C 就只能老老实实地处理字符串，从而生成一个树结构。

我瞎 YY 出来的这种树结构有点 AST 的样子，暂且把它叫做语法树吧：

struct _Node {
    char *exp;
    struct _Node *next;
    struct _Node *child;
};

next 代表右边的兄弟节点，child 则是子节点。对于复杂语句（也就是能够继续往下划分的节点）不需要记录其表达式字符串（因为并没有什么卵用），而对于 atom （也就是不能继续划分的元素）则用 exp 记录其字符串。

对于这样一个语句((lambda (x) (+ x 1)) 2)，对应的语法树应该是这样的：

然后就是 eval 和 apply 的互相调用。

Scheme 有个特点是把函数作为一级对象，也就是和数据同等对待，所以设计 eval 函数的时候应该考虑到其可以返回数值和函数（当然还有符号和表）。于是应该设计一个 Value 结构体，使得其代表一种通用的值类型，既可以存储数值也可以存储过程。

eval 的实现中关键的部分在于判断语句的类型，这里的一大串 if..else 的顺序非常重要，大体框架应该是这样的：

if (node->child) {
    node = node->child;
    if (isPrimitive(node->exp)) {
        return evalPrimitive(node, env);
    } else if (isLambda(node->exp)) {
        if (node->exp)
        return evalLambda(node, env);
    } else { //apply procedure
        return apply(node, env);
    }
} else { //self-evaluating expressions
    if (isNumber(node->exp)) {
        return (Value){NUMBER, atoi(node->exp)};
    } else {
        return getValue(node->exp, env);
    }
}

其逻辑概括起来就是对于复杂表达式应该先判断其语句类型（Primitive 表示 Scheme 原有的那些操作比如算术操作），如果不属于任何类型则必然是对函数的执行；而除了复杂表达式剩下的就是自求值表达式，判断是字面量还是变量，并做相应处理。

这里涉及到求值所在的环境。环境可以用一个个嵌套的框架来表示，表示不同的作用域。每个框架有一个 parent 指针指向外围框架。对变量的定义、赋值和取值都通过维护环境框架中的一个变量列表来实现。

而 apply 函数则为函数的执行创造一个环境框架，并将形参与实参进行对应。然后再调用 eval 在新的环境里对函数体求值。

然后一个基本的 Scheme 解释器就完成了：

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这个项目托管在 GitHub 上： http://github.com/lsdsjy/licp

目前只实现了 lambda 和一些关于整数的 Primitive 操作，而 define 和条件语句尚待实现。期待最后做出一个 IDE。可以预见又是一个大坑。