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《用 C 语言开发一门编程语言 — 语法解析器》
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异常捕获

在开发过程中，程序崩溃是很正常的。但我们希望最后发布的产品能够告诉用户错误出在哪里，而不是简单粗暴的退出。目前，我们的程序仅能打印出语法上的错误，但对于表达式求值过程中产生的错误却无能为力。

C 语言有很多种错误处理方式，但针对当前的项目，我们考虑将错误也作为表达式求值的一种结果。也就是说，在 Lispy 中，表达式求值的结果要么是数字，要么便是错误。举例说，表达式 + 1 2 求值会得到数字 3，而表达式 / 10 0 求值则会得到一个错误。

定义 Lisp Value 函数

为了达到这个目的，我们需要能表示这两种结果（成功 or 失败）的数据结构。简单起见，我们使用结构体来表示，并使用 type 字段来说明当前哪个字段是有意义的。结构体名为 lval，取义 Lisp Value，定义如下：

/* Declare New lval Struct */
typedef struct {int type;long num;int err;
} lval;

lval 的 type 和 err 字段的类型都是 int，这意味着它们皆由整数值来表示。之所以选用 int，是因为 “成功或失败” 符合二元对立的情形。但 C 语言中，没有 True or False 这样的 Boolean 数据类型，所以我们使用 0/1 代替：

如果 type 为 0，那么此结构体表示一个数字。
如果 type 为 1，那么此结构体表示一个错误。

并且，我们可以给这些数字起一个有意义的名字，以提高代码的可读性。通过整型、别名这两个特征，我们很自然的会联想到枚举数据类型：

/* Create Enumeration of Possible lval Types */
enum {LVAL_NUM,  // 默认整型数值为 0LVAL_ERR   // 默认整型数值为 0 + 1
};

另外，Error 也必然是可以枚举的，所以同样使用枚举数据类型：

/* Create Enumeration of Possible Error Types */
enum {LERR_DIV_ZERO,  // 除数为零LERR_BAD_OP,   // 操作符未知LERR_BAD_NUM    // 操作数过大
};

我们再定义两个函数来完成 “lval 类型实例” 的初始化：

/* Create a new number type lval* 因为使用无名创建方式定义的 lval 结构体是自定义数据类型，* 所以我们可以使用 lval 来声明函数返回值类型。*/
lval lval_num(long x) {lval v;v.type = LVAL_NUM;v.num = x;return v;
}/* Create a new error type lval */
lval lval_err(int x) {lval v;v.type = LVAL_ERR;v.err = x;return v;
}/* Print an "lval" */
void lval_print(lval v) {switch (v.type) {/* In the case the type is a number print it *//* Then 'break' out of the switch. */case LVAL_NUM:printf("%li", v.num);break;/* In the case the type is an error */case LVAL_ERR:/* Check what type of error it is and print it */if (v.err == LERR_DIV_ZERO) {printf("Error: Division By Zero!");}if (v.err == LERR_BAD_OP)   {printf("Error: Invalid Operator!");}if (v.err == LERR_BAD_NUM)  {printf("Error: Invalid Number!");}break;}
}/* Print an "lval" followed by a newline */
void lval_println(lval v) {lval_print(v);putchar('\n');
}

最后，我们使用 lval 类型来替换掉之前使用的 long 类型，此外，我们还需要修改函数使其能正确处理数字或是错误作为输入的情况：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "mpc.h"#ifdef _WIN32
#include <string.h>static char buffer[2048];char *readline(char *prompt) {fputs(prompt, stdout);fgets(buffer, 2048, stdin);char *cpy = malloc(strlen(buffer) + 1);strcpy(cpy, buffer);cpy[strlen(cpy) - 1] = '\0';return cpy;
}void add_history(char *unused) {}#else#ifdef __linux__
#include <readline/readline.h>
#include <readline/history.h>
#endif#ifdef __MACH__
#include <readline/readline.h>
#endif#endif/* Create Enumeration of Possible lval Types */
enum {LVAL_NUM,LVAL_ERR
};/* Create Enumeration of Possible Error Types */
enum {LERR_DIV_ZERO,LERR_BAD_OP,LERR_BAD_NUM
};/* Declare New lval Struct* 使用 lval 枚举类型来替换掉之前使用的 long 类型。* 单存的 long 类型没办法携带成功或失败、若失败，是什么失败等信息。* 所以我们定义 lval 枚举类型来作为 “算子” 及 “结果”。*/
typedef struct {int type;long num;int err;
} lval;/* Create a new number type lval */
lval lval_num(long x) {lval v;v.type = LVAL_NUM;v.num = x;return v;
}/* Create a new error type lval */
lval lval_err(long x) {lval v;v.type = LVAL_ERR;v.err = x;return v;
}/* Print an "lval"* 通过对 lval 枚举类型变量的解析来完成对计算结果的解析。*/
void lval_print(lval v) {switch (v.type) {/* In the case the type is a number print it */case LVAL_NUM:printf("%li", v.num);break;/* In the case the type is an error */case LVAL_ERR:/* Check what type of error it is and print it */if (v.err == LERR_DIV_ZERO) {printf("Error: Division By Zero!");}else if (v.err == LERR_BAD_OP) {printf("Error: Invalid Operator!");}else if (v.err == LERR_BAD_NUM) {printf("Error: Invalid Number!");}break;}
}/* Print an "lval" followed by a newline */
void lval_println(lval v) {lval_print(v);putchar('\n');
}/* Use operator string to see which operation to perform */
lval eval_op(lval x, char *op, lval y) {/* If either value is an error return it* 如果 “算子” 的类型是错误，则直接返回。*/if (x.type == LVAL_ERR) { return x; }if (y.type == LVAL_ERR) { return y; }/* Otherwise do maths on the number values* 如果 “算子” 是 Number，则取出操作数进行运算。*/if (strcmp(op, "+") == 0) { return lval_num(x.num + y.num); }if (strcmp(op, "-") == 0) { return lval_num(x.num + y.num); }if (strcmp(op, "*") == 0) { return lval_num(x.num + y.num); }if (strcmp(op, "/") == 0) {/* If second operand is zero return error */if (y.type == LVAL_NUM) {return y.num == 0? lval_err(LERR_DIV_ZERO): lval_num(x.num / y.num);}}return lval_err(LERR_BAD_OP);
}lval eval(mpc_ast_t *t) {/* If tagged as number return it directly. */if (strstr(t->tag, "number")) {/* Check if there is some error in conversion */errno = 0;/* 使用 strtol 函数进行字符串到数字的转换，* 这样就可以通过检测 errno 变量确定是否转换成功，* 对数据类型转换的准确性进行了加强。*/long x = strtol(t->contents, NULL, 10);return errno != ERANGE? lval_num(x): lval_err(LERR_BAD_NUM);}/* The operator is always second child. */char *op = t->children[1]->contents;/* We store the third child in `x` */lval x = eval(t->children[2]);/* Iterate the remaining children and combining. */int i = 3;while (strstr(t->children[i]->tag, "expr")) {x = eval_op(x, op, eval(t->children[i]));i++;}return x;
}int main(int argc, char *argv[]) {/* Create Some Parsers */mpc_parser_t *Number   = mpc_new("number");mpc_parser_t *Operator = mpc_new("operator");mpc_parser_t *Expr     = mpc_new("expr");mpc_parser_t *Lispy    = mpc_new("lispy");/* Define them with the following Language */mpca_lang(MPCA_LANG_DEFAULT,"                                                     \number   : /-?[0-9]+/ ;                             \operator : '+' | '-' | '*' | '/' ;                  \expr     : <number> | '(' <operator> <expr>+ ')' ;  \lispy    : /^/ <operator> <expr>+ /$/ ;             \",Number, Operator, Expr, Lispy);puts("Lispy Version 0.1");puts("Press Ctrl+c to Exit\n");while(1) {char *input = NULL;input = readline("lispy> ");add_history(input);/* Attempt to parse the user input */mpc_result_t r;if (mpc_parse("<stdin>", input, Lispy, &r)) {/* On success print and delete the AST */lval result = eval(r.output);lval_println(result);mpc_ast_delete(r.output);} else {/* Otherwise print and delete the Error */mpc_err_print(r.error);mpc_err_delete(r.error);}free(input);}/* Undefine and delete our parsers */mpc_cleanup(4, Number, Operator, Expr, Lispy);return 0;
}

编译：

gcc -g -std=c99 -Wall parsing.c mpc.c -lreadline -lm -o parsing

运行：

$ ./parsing
Lispy Version 0.1
Press Ctrl+c to Exitlispy> / 10 0
Error: Division By Zero!
lispy> / 10 2
5
lispy>
<stdin>:1:1: error: expected '+', '-', '*' or '/' at end of input
lispy> / 10 2
5

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