main.cpp

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <map>
#include <vector>

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Lexer
//===----------------------------------------------------------------------===//

enum Token {
  tok_eof = -1,

  tok_def = -2, tok_extern = -3,

  tok_identifier = -4, tok_number = -5
};

static std::string IdentifierStr;  // Заполняется, если tok_identifier
static double NumVal;

/// gettok - Возвращает следующий токен из стандартного потока ввода.
static int gettok() {
  static int LastChar = ' ';

  while (isspace(LastChar))
    LastChar = getchar();

  if (isalpha(LastChar)) {
    IdentifierStr = LastChar;
    while (isalnum((LastChar = getchar())))
      IdentifierStr += LastChar;

    if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
    if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
    return tok_identifier;
  }

  if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {
    std::string NumStr;
    do {
      NumStr += LastChar;
      LastChar = getchar();
    } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');

    NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
    return tok_number;
  }

  if (LastChar == '#') {
    do LastChar = getchar();
    while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');

    if (LastChar != EOF)
      return gettok();
  }

  // Проверка конца файла.
  if (LastChar == EOF)
    return tok_eof;

  // В противном случае просто возвращаем символ как значение ASCII
  int ThisChar = LastChar;
  LastChar = getchar();
  return ThisChar;
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Abstract Syntax Tree
//===----------------------------------------------------------------------===//

/// ExprAST - Базовый класс для всех узлов выражений.
class ExprAST {
public:
  virtual ~ExprAST() {}
};

class NumberExprAST : public ExprAST {
  double Val;
public:
  NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
};

class VariableExprAST : public ExprAST {
  std::string Name;
public:
  VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
};

class BinaryExprAST : public ExprAST {
  char Op;
  ExprAST *LHS, *RHS;
public:
  BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
    : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
};

class CallExprAST : public ExprAST {
  std::string Callee;
  std::vector<ExprAST*> Args;
public:
  CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
    : Callee(callee), Args(args) {}
};

class PrototypeAST {
  std::string Name;
  std::vector<std::string> Args;
public:
  PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args)
    : Name(name), Args(args) {}

};

class FunctionAST {
  PrototypeAST *Proto;
  ExprAST *Body;
public:
  FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
    : Proto(proto), Body(body) {}

};

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Parser
//===----------------------------------------------------------------------===//

static int CurTok;
static int getNextToken() {
  return CurTok = gettok();
}

/// BinopPrecedence - Содержит приоритеты для бинарных операторов
static std::map<char, int> BinopPrecedence;

/// GetTokPrecedence - Возвращает приоритет текущего бинарного оператора.
static int GetTokPrecedence() {
  if (!isascii(CurTok))
    return -1;
  // Удостоверимся, что это объявленный бинарный оператор.
  int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
  if (TokPrec <= 0) return -1;
  return TokPrec;
}

/// Error* - Это небольшие вспомогательные функции для обработки ошибок.
ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }

static ExprAST *ParseExpression();

/// identifierexpr
///   ::= identifier
///   ::= identifier '(' expression* ')'
static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
  std::string IdName = IdentifierStr;

  getNextToken();  // получаем идентификатор.

  if (CurTok != '(') // Обычная переменная.
    return new VariableExprAST(IdName);

  // Вызов функции.
  getNextToken();  // получаем (
  std::vector<ExprAST*> Args;
  if (CurTok != ')') {
    while (1) {
      ExprAST *Arg = ParseExpression();
      if (!Arg) return 0;
      Args.push_back(Arg);

      if (CurTok == ')') break;

      if (CurTok != ',')
        return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
      getNextToken();
    }
  }

  // Получаем ')'.
  getNextToken();

  return new CallExprAST(IdName, Args);
}

/// numberexpr ::= number
static ExprAST *ParseNumberExpr() {
  ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
  getNextToken(); // получаем число
  return Result;
}

/// parenexpr ::= '(' expression ')'
static ExprAST *ParseParenExpr() {
  getNextToken();  // получаем (.
  ExprAST *V = ParseExpression();
  if (!V) return 0;

  if (CurTok != ')')
    return Error("expected ')'");
  getNextToken();  // получаем ).
  return V;
}

/// primary
///   ::= identifierexpr
///   ::= numberexpr
///   ::= parenexpr
static ExprAST *ParsePrimary() {
  switch (CurTok) {
  default: return Error("unknown token when expecting an expression");
  case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
  case tok_number:     return ParseNumberExpr();
  case '(':            return ParseParenExpr();
  }
}

/// binoprhs
///   ::= ('+' primary)*
static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
  // Если это бинарный оператор, получаем его приоритет
  while (1) {
    int TokPrec = GetTokPrecedence();

    // Если этот бинарный оператор связывает выражения по крайней мере так же,
    // как текущий, то используем его
    if (TokPrec < ExprPrec)
      return LHS;

    // Отлично, мы знаем, что это бинарный оператор.
    int BinOp = CurTok;
    getNextToken();  // eat binop

    // Разобрать первичное выражение после бинарного оператора
    ExprAST *RHS = ParsePrimary();
    if (!RHS) return 0;

    // Если BinOp связан с RHS меньшим приоритетом, чем оператор после RHS,
    // то берём часть вместе с RHS как LHS.
    int NextPrec = GetTokPrecedence();
    if (TokPrec < NextPrec) {
      RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
      if (RHS == 0) return 0;
    }

    // Собираем LHS/RHS.
    LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
  }
}

/// expression
///   ::= primary binoprhs
///
static ExprAST *ParseExpression() {
  ExprAST *LHS = ParsePrimary();
  if (!LHS) return 0;

  return ParseBinOpRHS(0, LHS);
}

/// prototype
///   ::= id '(' id* ')'
static PrototypeAST *ParsePrototype() {
  if (CurTok != tok_identifier)
    return ErrorP("Expected function name in prototype");

  std::string FnName = IdentifierStr;
  getNextToken();

  if (CurTok != '(')
    return ErrorP("Expected '(' in prototype");

  // Считываем список наименований аргументов.
  std::vector<std::string> ArgNames;
  while (getNextToken() == tok_identifier)
    ArgNames.push_back(IdentifierStr);
  if (CurTok != ')')
    return ErrorP("Expected ')' in prototype");

  // Все отлично.
  getNextToken();  // получаем ')'.

  return new PrototypeAST(FnName, ArgNames);
}

/// definition ::= 'def' prototype expression
static FunctionAST *ParseDefinition() {
  getNextToken();  // Получаем def.
  PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
  if (Proto == 0) return 0;

  if (ExprAST *E = ParseExpression())
    return new FunctionAST(Proto, E);
  return 0;
}

/// toplevelexpr ::= expression
static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
  if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
    // Создаём анонимный прототип.
    PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
    return new FunctionAST(Proto, E);
  }
  return 0;
}

/// external ::= 'extern' prototype
static PrototypeAST *ParseExtern() {
  getNextToken();  // получаем extern.
  return ParsePrototype();
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Top-Level parsing (Парсинг верхнего уровня)
//===----------------------------------------------------------------------===//

static void HandleDefinition() {
  if (ParseDefinition()) {
    fprintf(stderr, "Parsed a function definition.\n");
  } else {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки.
    getNextToken();
  }
}

static void HandleExtern() {
  if (ParseExtern()) {
    fprintf(stderr, "Parsed an extern\n");
  } else {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки.
    getNextToken();
  }
}

static void HandleTopLevelExpression() {
  // Рассчитываем верхнеуровневое выражение в анонимной функции.
  if (ParseTopLevelExpr()) {
    fprintf(stderr, "Parsed a top-level expr\n");
  } else {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки.
    getNextToken();
  }
}

/// top ::= definition | external | expression | ';'
static void MainLoop() {
  while (1) {
    fprintf(stderr, "ready> ");
    switch (CurTok) {
    case tok_eof:    return;
    case ';':        getNextToken(); break;  // игнорируем верхнеуровневые точки с запятой.
    case tok_def:    HandleDefinition(); break;
    case tok_extern: HandleExtern(); break;
    default:         HandleTopLevelExpression(); break;
    }
  }
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Main driver code (Код основной программы)
//===----------------------------------------------------------------------===//

int main() {
  // Задаём стандартные бинарные операторы.
  // 1 - наименьший приоритет.
  BinopPrecedence['<'] = 10;
  BinopPrecedence['+'] = 20;
  BinopPrecedence['-'] = 20;
  BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.

  fprintf(stderr, "ready> ");
  getNextToken();

  // Теперь запускаем основной "цикл интерпретатора".
  MainLoop();

  return 0;
}