第9章 EBASIC脚本语言及应用

到目前为止，我们设计并实现了一个完整的计算机系统，包括8051计算机硬件、51DOS磁盘操作系统和基本命令程序，但为其开发应用程序只能在PC上进行，还需要Keil开发环境下和C语言，能不能直接在我们自己设计的计算机系统上开发程序呢？

程序大体可以分成两大类，一类是由二进制机器码组成的，计算机硬件直接识别执行；另一类是由脚本语言组成，这类程序就是使用脚本语言写成的文本文件，由一个脚本解释程序一边解释一边执行。二进制机器码的程序可以由高级语言（例如C语言）经编译器生成，也可以由汇编语言经汇编器生成，甚至也可以直接用二进制指令写，因为是硬件执行，所以速度相对较快。脚本语言程序是由脚本解释器一行一行的解析并处理，解释器本身是一个计算机程序，脚本就是一个文本文件，可以理解为脚本解释器处理脚本文件，根据脚本文件的内容作出各种响应，比如脚本文件需要输出“hello world”，那么脚本解释器就输出个“hello wolrd”，脚本文件需要往P0口输出高电平，脚本解释器就往P0口输出个高电平，这种软件解释的方式，速度相对比较慢。

如果想在我们设计的计算机系统上写程序，可以使用哪种方式呢？C语言等高级语言这种方式可以排除，因为高级语言编译器需要内存比较大、CPU比较快，8051单片机无法满足。汇编语言程序可以考虑，汇编语言和机器语言有严格对应关系，汇编器所需要的内存和CPU资源有限，8051单片机基本可以满足，笔者也做了一个简单的汇编器，可以实现在8051计算机上写汇编程序，由汇编器汇编成二进制程序，然后直接执行，但汇编语言可读性太差，这种方式我们也不准备采用。脚本语言有高级语言一样的可读性和可移植性，而且8051单片机的资源也能运行简单的脚本解释器程序，所以脚本语言程序是不错的选择。

9.1 EBASIC语言语法设计

我们选择BASIC语言作为开发语言，但完整版的BASIC语言语法也非常复杂，解释器做起来也很困难，所以要对BASIC语法做最大限度的精简，然后再为其做一个简单的BASIC解释器，语法简化后的BASIC语言，就叫EBASIC语言吧，容易的BASIC语言。

1. EBASIC语言基本语法

l 每一行语句要有行号，程序结尾要有end；

l 变量名只能用26个小写字母，变量类型是32位整形有符号数，输入的常数最长10位，常量可以是负数；

l 支持变量赋值语句；

l 支持print语句，可以打印输出字符串、变量、算数表达式，多个输出用逗号隔开；

l 支持for循环，for循环可以多层嵌套；

l 支持if else判断语句，但要写在一行，不支持嵌套；

l 支持加、减、乘、除、取余、逻辑与、逻辑或运算；

l 支持等于、大于、小于关系运算；

l 支持带括号的算数表达式；

l 支持子程序调用；

l 支持延时语句。

2. EBASIC语言扩充语句

l in 通道号 to 变量，用于读取P1端口的值到变量，通道号0至7，通道号可以是常数，也可以是变量；

l out 变量 to 通道号，用于把变量的值写入P1端口，通道号0至7，通道号可以是常数，也可以是变量。

9.2 EBASIC语言示例

例子1 计算并输出1加到100之和

10 s=0

20 for i=0 to 100

30 s=s+i

40 if i=100 then print s

50 next i

60 end

在8051计算机上使用行文本编辑器ed创建123.txt文件，输入上面的例子并保存退出，使用EBASIC的解释器执行“basic 123.txt”，运行结果如图9-1所示。

图9-1 1到100之和执行情况

例子2 打印输出乘法口诀表

10 for i=1 to 9

20 for j=1 to 9

30 print i,”x”,j,”=”,i*j

40 next j

50 next i

60 end

创建文件并输入程序，运行结果片段如图9-2所示。

图9-2 乘法口诀表片段

例子3 计算圆周率的近似值

莱布尼茨公式：

这个圆周率计算公式比较有规律，分母是顺序的奇数，分子是1，正负符号一项变化一次。

EBASIC语言只支持整数，所以公式可以简单变化一下：

这样可以计算出圆周率1000000倍的近似值，每一项都是近似值，累加的项数越多，精度就越高，计算前1000项的代码如下：

10 p=0

20 for i=1 to 1000

30 if i%2=1 then p=p+4000000/(2*i-1) else p=p-4000000/(2*i-1)

40 print p

50 next i

60 end

读者创建脚本文件并输入代码，使用basic程序解释执行代码，会看到圆周率精度逐步提高，计算1000项后的结果如图9-3所示，中间任意时刻可以输入q退出。

图9-3 近似计算圆周率结果

例子4 一筐鸡蛋，1个1个拿能拿完，2个2个拿剩1个，3个3个拿剩1个，4个4个拿剩1个，5个5个拿剩1个，6个6个拿剩1个，7个7个拿能拿完，这筐鸡蛋最少有多少个？

10 for i=1 to 1000

20 a=(i%2-1)|(i%3-1)|(i%4-1)|(i%5-1)|(i%6-1)|(i%7)

30 if a=0 then print i

40 next i

50 end

创建脚本文件，并执行之后如图9-4所示。

图9-4 例子3执行情况

例子5 K1~K4四个按键分别控制D1~D4四个LED灯的亮灭。

10 for i=0 to 1000

20 for j=4 to 7

30 in j to a

40 out a to j-4

50 next j

60 next i

70 end

创建脚本文件并执行，是不是按键按下时，相应的LED等熄灭？键盘输入q可以退出程序。

例子6 LED灯轮流亮灭

10 for i=0 to 1000

20 gosub 100

30 next i

40 end

100 delay 1000

110 out 0 to i%4

120 delay 1000

130 out 1 to i%4

140 return

“gosub 100”表示跳转到子程序100行处执行，140行处的“return”表示返回主程序，也就是继续执行第30行。另外，EBASIC中的变量都是全局变量。

创建脚本文件并执行，会看到四个LED灯轮流亮灭，键盘输入q可退出。

实际生产生活中，懂计算机编程的人往往对各个具体的行业不太熟悉，而熟悉本行业的业内人士又对计算机编程不太熟悉，如果我们能有一种语法及其简单的语言，再配合一些本行业相关的语句，让业内人士也能轻松学会编程，应该也是一件有意义的事情。或许，EBASIC语言再加上行业语句，可以让不懂计算机的行业人士用上编程。

9.3 EBASIC解释器原理

EBASIC解释器是在一个叫做“ubasic”的开源软件基础上修改扩充而成。这里我简单描述一下解释器的实现原理。

解释器可以分成两大部分，第一部分完成词法分析，第二部分完成语法分析。

9.3.1 词法分析

把EBASIC脚本分割成一个一个的可识别的单词元素（Token），EBASIC语言支持的单词元素如下：

关键字类

print、if、then、else、for、to、next、gosub、return、in、out、delay、end。

单字符类

\n、，、+、-、*、/、%、&、|、(、)、<、>、=。

杂项类

文本结束标志0、数字常量、字符串、变量、无法识别。

9.3.2 语法分析

分析由单词元素构成的语句，我们这里就是分析并处理一行语句。（可以贴一点核心代码）

1. 变量赋值语句

使用有26个元素的数组来存储26个变量值，a对应数组的第一个元素，z对应最后一个。那怎样解析赋值语句呢？

赋值语句的第一个单词必定是一个变量，把变量名换算成数组序号，越过变量，再越过等号，计算等号后面的算数表达式的值，把这个值写入变量名对应的数组元素，赋值语句解析完成。

static void let_statement(void)

{

int var;

var = tokenizer_variable_num();

accept(TOKENIZER_VARIABLE);

accept(TOKENIZER_EQ);

ubasic_set_variable(var, expr());

while(tokenizer_token() != TOKENIZER_CR)

tokenizer_next();

accept(TOKENIZER_CR);

}

算数表达式涉及加、减、乘、除、取余、逻辑与、逻辑或和括号的排列组合，处理起来比较复杂，按照从左至右，先算乘除，后算加减，如遇括号，先算括号，往前累计的方式递归运算，具体实现方法，请读者直接阅读源代码。

static long expr(void) compact reentrant

{

long t1, t2;

long op;

t1 = term();

op = tokenizer_token();

while(op == TOKENIZER_PLUS ||

op == TOKENIZER_MINUS ||

op == TOKENIZER_AND ||

op == TOKENIZER_OR) {

tokenizer_next();

t2 = term();

switch(op) {

case TOKENIZER_PLUS:

t1 = t1 + t2;

break;

case TOKENIZER_MINUS:

t1 = t1 - t2;

break;

case TOKENIZER_AND:

t1 = t1 && t2;

break;

case TOKENIZER_OR:

t1 = t1 || t2;

break;

}

op = tokenizer_token();

}

return t1;

}

2. print语句

越过print单词，如果下一个单词是字符串，那么打印输出这个字符串，如果是逗号，那么输出空格，如果是算数表达式（可以只是一个变量或一个常数），那么计算出算数表达式的值并输出，继续分析后面的单词，直到本行语句结束。

static void

print_statement(void)

{

accept(TOKENIZER_PRINT);

do {

if(tokenizer_token() == TOKENIZER_STRING) {

tokenizer_string(string, sizeof(string));

printf("%s", string);

tokenizer_next();

} else if(tokenizer_token() == TOKENIZER_COMMA) {

printf(" ");

tokenizer_next();

} else if(tokenizer_token() == TOKENIZER_SEMICOLON) {

tokenizer_next();

} else if(tokenizer_token() == TOKENIZER_VARIABLE ||

tokenizer_token() == TOKENIZER_MINUS ||

tokenizer_token() == TOKENIZER_NUMBER) {

printf("%ld", expr());

} else {

break;

}

} while(tokenizer_token() != TOKENIZER_CR &&

tokenizer_token() != TOKENIZER_ENDOFINPUT);

printf("\r\n");

while(tokenizer_token() != TOKENIZER_CR)

tokenizer_next();

}

3. if语句

越过if单词，下一个肯定是关系表达式，计算关系表达式的值（先计算关系符两侧的算数表达式的值，再计算最终的关系值，结果是0或1）。越过then，如果前面表达式的值为真，则继续解析then后的语句（递归解析），如果为假，则判断后面是否有else，有else则解析else后语句（递归解析），无else则本行解析结束。

static void if_statement(void) compact reentrant

{

int r;

accept(TOKENIZER_IF);

r = relation();

accept(TOKENIZER_THEN);

if(r) {

statement();

} else {

do {

tokenizer_next();

} while(tokenizer_token() != TOKENIZER_ELSE &&

tokenizer_token() != TOKENIZER_CR &&

tokenizer_token() != TOKENIZER_ENDOFINPUT);

if(tokenizer_token() == TOKENIZER_ELSE) {

tokenizer_next();

statement();

} else if(tokenizer_token() == TOKENIZER_CR) {

tokenizer_next();

}

4. gosub语句

越过gosub单词，取出gosub后面的跳转行号，把下一行的行号压入调用栈保存，然后跳转到跳转行号处。

static void gosub_statement(void)

{

int linenum;

accept(TOKENIZER_GOSUB);

linenum = tokenizer_num();

accept(TOKENIZER_NUMBER);

while(tokenizer_token() != TOKENIZER_CR)

tokenizer_next();

accept(TOKENIZER_CR);

if(gosub_stack_ptr < MAX_GOSUB_STACK_DEPTH) {

gosub_stack[gosub_stack_ptr] = tokenizer_num();

gosub_stack_ptr++;

jump_linenum(linenum);

} else {

}

跳转到具体行号的方式是：从前往后检索行号，如果行号匹配，就把这一行作为下一步解析的开始。

static void jump_linenum(int linenum)

{

tokenizer_init(program_ptr);

while(tokenizer_num() != linenum) {

do {

tokenizer_next();

} while(tokenizer_token() != TOKENIZER_CR &&

tokenizer_token() != TOKENIZER_ENDOFINPUT);

if(tokenizer_token() == TOKENIZER_CR) {

tokenizer_next();

}

} while(tokenizer_token() != TOKENIZER_NUMBER);

}

5. return语句

从调用栈里弹出返回行号，跳转到返回行，跳转方法如前面所述。

static void

return_statement(void)

{

accept(TOKENIZER_RETURN);

if(gosub_stack_ptr > 0) {

gosub_stack_ptr--;

jump_linenum(gosub_stack[gosub_stack_ptr]);

} else {

}

6. for语句

越过for单词，计算初始值并写入循环变量，越过to单词，计算循环终止值，把for语句下一行的行号、循环变量名和循环终止值压入循环栈保存，本行语句解析完成。

static void for_statement(void)

{

int for_variable, to;

accept(TOKENIZER_FOR);

for_variable = tokenizer_variable_num();

accept(TOKENIZER_VARIABLE);

accept(TOKENIZER_EQ);

ubasic_set_variable(for_variable, expr());

accept(TOKENIZER_TO);

to = expr();

accept(TOKENIZER_CR);

if(for_stack_ptr < MAX_FOR_STACK_DEPTH) {

for_stack[for_stack_ptr].line_after_for = tokenizer_num();

for_stack[for_stack_ptr].for_variable = for_variable;

for_stack[for_stack_ptr].to = to;

for_stack_ptr++;

} else {

}

7. next语句

越过next单词，把循环变量值加1，然后判断是否小于等于循环栈里保存的循环终止值，如果小于等于，那么调转到循环栈里保存的行号（就是for语句的下一行），如果大于，那么把循环栈保存的本循环数据释放，执行next语句的下一行，也就是循环结束了。

static void

next_statement(void)

{

int var;

accept(TOKENIZER_NEXT);

var = tokenizer_variable_num();

accept(TOKENIZER_VARIABLE);

if(for_stack_ptr > 0 &&

var == for_stack[for_stack_ptr - 1].for_variable) {

ubasic_set_variable(var,

ubasic_get_variable(var) + 1);

if(ubasic_get_variable(var) <= for_stack[for_stack_ptr - 1].to) {

jump_linenum(for_stack[for_stack_ptr - 1].line_after_for);

} else {

for_stack_ptr--;

accept(TOKENIZER_CR);

}

} else {

accept(TOKENIZER_CR);

}

8. in语句

越过in单词，计算算数表达式值作为通道号，越过to单词，取出变量名，读取P1端口对应通道号的值，把值写入变量，本行解析完成。

static void in_statement(void)

{

int var, channel;

accept(TOKENIZER_IN);

channel = expr();

accept(TOKENIZER_TO);

var = tokenizer_variable_num();

accept(TOKENIZER_VARIABLE);

P1 = P1 | (1 << channel);

ubasic_set_variable(var, (P1 >> channel) & 1);

accept(TOKENIZER_CR);

}

9. out语句

越过out单词，计算算数表达式的值作为输出值，越过to单词，计算算数表达式的值作为通道号，把输出值输出到P1口对应的通道，本行解析结束。

static void out_statement(void)

{

int value, channel;

accept(TOKENIZER_OUT);

value = expr();

accept(TOKENIZER_TO);

channel = expr();

if(value == 1)

P1 = (1 << channel) | P1;

else P1 = ~(1 << channel) & P1;

accept(TOKENIZER_CR);

}

10. delay语句

越过delay单词，计算算数表达式的值作为延时的毫秒值，通过循环模拟经过的毫秒数（不准确，只是近似值），本行解析完成。

static void delay_statement(void)

{

int ms;

char t;

accept(TOKENIZER_DELAY);

ms = expr();

while(ms--) //about

for(t = 0; t<65; t++);

accept(TOKENIZER_CR);

}

11. end语句

置位退出标志，结束解析，返回操作系统。

static void end_statement(void)

{

accept(TOKENIZER_END);

ended = 1;

}

12.关键字的判断

static void statement(void) compact reentrant

{

int token;

token = tokenizer_token();

switch(token) {

case TOKENIZER_PRINT:

print_statement();

break;

case TOKENIZER_IF:

if_statement();

break;

case TOKENIZER_GOTO:

goto_statement();

break;

case TOKENIZER_GOSUB:

gosub_statement();

break;

case TOKENIZER_RETURN:

return_statement();

break;

case TOKENIZER_FOR:

for_statement();

break;

case TOKENIZER_NEXT:

next_statement();

break;

case TOKENIZER_IN:

in_statement();

break;

case TOKENIZER_OUT:

out_statement();

break;

case TOKENIZER_DELAY:

delay_statement();

break;

case TOKENIZER_END:

end_statement();

break;

case TOKENIZER_LET:

accept(TOKENIZER_LET);

/* Fall through. */

case TOKENIZER_VARIABLE:

let_statement();

break;

default:

printf("error statement!\n");

}

9.3.3 关键字扩充

首先，在tokenizer.h头文件的枚举类型里添加关键字标识，比如“out”关键字添加“TOKENIZER_OUT”。其次，在tokenizer.c文件的“keywords[]”结构体里添加关键字对应的字符串，比如out关键字就添加{"out", TOKENIZER_OUT}。再次，完成关键字功能的函数实现，如前面所述的out_statement()。最后，在关键字判断函数statement()中添加实现的函数。这样，新添加的关键字就可以在EBASIC程序中使用了。

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