はじめに

以前の記事で関数の戻り値に対応しました。
次はif文に対応したいと思います。

if文対応でやりたいこと

簡単にやりたいことを確認します。
例えば下のようなプログラムがあったら、初めのprintln()では3が出力され、
次のprintln()では4が出力されることを目指します。
簡単のためにif文の真偽の判定は、0以外が真、0が偽とします。

function f(a) {
  if (a) {
    return 3
  } else {
    return 4
  }
}
println(f(1))
println(f(0))

実装の仕方

実装の仕方について、構文解析(Parser)、インタプリタ(Interpreter)と順に考えていきます。
字句解析(Lexer)はとくに変更しません。

構文解析(Parser)の実装の仕方

if文の構文解析の実装の仕方は、以前の記事で実装した関数定義文の構文解析と似ています。
はじめにキーワードifがあり、それに続くトークンの出現順序も決まっているので、順にトークンをなぞって解析します。

インタプリタ(Interpreter)の実装の仕方

インタプリタでは式を逐次実行するメソッドbody()で、
if文を処理するように変更します。
if文の中でreturnがあったときに、扱いやすいためです。

Javaで実装してみる

実装にうつります。
構文解析(Parser)、インタプリタ(Interpreter)について、
変更と追加をしたところを順にみていきます。

Parser.java

Parser.javaの実装です。
トークンの意味に対して、どう動作するかの定義を追加します。
ifとelseが予約語となるので、<-- Updateとあるところに追加しました。

Parser.java

    public Parser() {
        degrees = new HashMap<>();
        degrees.put("(", 80);
        degrees.put("*", 60);
        degrees.put("/", 60);
        degrees.put("+", 50);
        degrees.put("-", 50);
        degrees.put("=", 10);
        factorKinds = Arrays.asList(new String[] { "digit", "ident" });
        binaryKinds = Arrays.asList(new String[] { "sign" });
        rightAssocs = Arrays.asList(new String[] { "=" });
        unaryOperators = Arrays.asList(new String[] { "+", "-" });
        reserved = Arrays.asList(new String[] { "function", "return", "if", "else" });  // <-- Update
    }

解析を行う部分の変更です。
ifの解析を行う関数の呼び出しを<-- Addがある箇所へ加えました。

Parser.java

    private Token lead(Token token) throws Exception {
        if (token.kind.equals("ident") && token.value.equals("function")) {
            return func(token);
        } else if (token.kind.equals("ident") && token.value.equals("return")) {
            token.kind = "ret";
            if (!token().kind.equals("eob")) {
                token.left = expression(0);
            }
            return token;
        } else if (token.kind.equals("ident") && token.value.equals("if")) {    // <-- Add
            return if_(token);
        } else if (factorKinds.contains(token.kind)) {
            return token;
        } else if (unaryOperators.contains(token.value)) {
            token.kind = "unary";
            token.left = expression(70);
            return token;
        } else if (token.kind.equals("paren") && token.value.equals("(")) {
            Token expr = expression(0);
            consume(")");
            return expr;
        } else {
            throw new Exception("The token cannot place there.");
        }
    }

解析を行う部分の変更です。
if文の解析を行うメソッドif_()を追加しました。
if文の解析結果は引数のtokenにまとめられます。
まとめるにあたり、Tokenクラスへフィールド変数を追加しています。
追加したフィールド変数はblockOfElseです。
if文のelse側の処理ブロックを保持するために追加しました。
型はList<Token>になっています。

if_()メソッドでの処理は、if文定義のトークンを順になぞるようになっています。
最初にtoken.kindへの代入で、トークンの意味をifに決定します。
次に条件文の始まりの(を消費します。
expression()メソッドはif文の条件文を解析して、token.leftへ保持します。
次いで条件文の終わり)を消費します。

処理ブロックの解析です。
ブロックの始まりの{があれば、{トークンと}トークンで囲まれた
処理ブロックを解析するbody()メソッドを呼び出して、token.blockへ保持します。
ブロックの始まりの{がなければ、処理ブロックは1文だけだとみなして、token.blockへ保持します。

else側の処理ブロックの解析もほとんど同じです。

Parser.java

    private Token if_(Token token) throws Exception {
        token.kind = "if";
        consume("(");
        token.left = expression(0);
        consume(")");
        if (token().value.equals("{")) {
            token.block = body();
        } else {
            token.block = new ArrayList<Token>();
            token.block.add(expression(0));
        }
        if (token().value.equals("else")) {
            consume("else");
            if (token().value.equals("{")) {
                token.blockOfElse = body();
            } else {
                token.blockOfElse = new ArrayList<Token>();
                token.blockOfElse.add(expression(0));
            }
        }
        return token;
    }

{トークンと}トークンで囲まれた処理ブロックを解析します。
func()メソッドの処理ブロックを解析する箇所でも、
同じことをしていたので、このメソッドを呼ぶように変更しました。

Parser.java

    private List<Token> body() throws Exception {
        consume("{");
        List<Token> block = block();
        consume("}");
        return block;
    }

Interpreter.java

Interpreter.javaの実装です。

式を逐次実行するメソッドbody()への変更です。

// <-- Addの箇所へif文を処理するメソッドの呼び出しを追加しました。
if文の処理ブロックの中でreturnが呼ばれた場合に上位へ戻れるように、
ret[0]がtrueかを判定して、body()メソッドを中断します。

Interpreter.java

    public Object body(List<Token> body, boolean[] ret) throws Exception {
        for (Token exprs : body) {
            if (exprs.kind.equals("if")) {      // <-- Add
                Object val = if_(exprs, ret);
                if (ret != null && ret[0]) {
                    return val;
                }
            } else if (exprs.kind.equals("ret")) {
                if (ret == null) {
                    throw new Exception("Can not return");
                }
                ret[0] = true;
                if (exprs.left == null) {
                    return null;
                } else {
                    return expression(exprs.left);
                }
            } else {
                expression(exprs);
            }
        }
        return null;
    }

if文を実行するif_()メソッドです。
token.leftが条件式を保持しています。
isTrue()メソッドで、条件式が真かを判定します。
条件式が真ならtoken.blockを実行します。
偽ならtoken.blockOfElseを実行します。

Interpreter.java

    public Object if_(Token token, boolean[] ret) throws Exception {
        List<Token> block;
        if (isTrue(token.left)) {
            block = token.block;
        } else {
            block = token.blockOfElse;
        }
        if (block != null) {
            return body(block, ret);
        } else {
            return null;
        }
    }

    public boolean isTrue(Token token) throws Exception {
        return 0 != value(expression(token));
    }

以上の実装を使って下のプログラム

function f(a) {
  if (a) {
    return 3
  } else {
    return 4
  }
}
println(f(1))
println(f(0))

を実行し、標準出力へ3と4を順にプリントします。

Interpreter.java

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String text = "";
        text += "function f(a) {";
        text += "  if (a) {";
        text += "    return 3";
        text += "  } else {";
        text += "    return 4";
        text += "  }";
        text += "}";
        text += "println(f(1))";
        text += "println(f(0))";
        List<Token> tokens = new Lexer().init(text).tokenize();
        List<Token> blk = new Parser().init(tokens).block();
        new Interpreter().init(blk).run();
        // --> 3
        // --> 4
    }

実装は以上です。
ありがとうございました。

おわりに

ソースの全文はこちらで公開しています。

Calc
https://github.com/quwahara/Calc/tree/article-10-if-r2/Calc/src/main/java

続きの記事があります。

比較演算子と論理演算子に対応する
http://qiita.com/quwahara/items/162d01c5af7c69cfa0ed