您的问题有几个部分。首先,如果您想为您的语言使用一些非 mma 语法,您需要制作一个从您的语言到 mma 表达式(代码的 AST)的解析器。我将忽略这个(因为这是一个单独的主题)并假设您愿意愿意使用 mma 语法或有办法将您的程序转换为某些 mma 表达式。
关于 mma 代码生成,Mathematica 非常适合它,因为它包含代码即数据范式。这里最难的部分是评估控制——我们要确保我们生成的代码段在代码生成过程中不会被评估。评估控制的标准技术可以成功地用于此,但这通常会使事情变得相当复杂。我将说明一种 mma 代码生成技术,它不是最好/最强大的技术,但最简单。
考虑由这些定义创建的玩具语言:
SetAttributes[testSet, HoldFirst];
SetAttributes[testIf, HoldRest];
SetAttributes[testVar, HoldAll];
SetAttributes[module, HoldAll];
SetAttributes[{package, inContext}, HoldRest];
testPlus[x_, y_] := Plus[x, y];
testTimes[x_, y_] := Times[x, y];
testDivide[x_, y_] := If[y == 0, Inf, Times[x, Power[y, -1]]];
testPower[x_, y_] := If[x == 0 && y < 0, Inf, Power[x, y]];
testSet[HoldPattern[testVar[x_]], expr_] := Set[x, expr];
testVar[x_] := If[ValueQ[x], x, Throw[$Failed, {"varundef", x}]];
testIf[cond_, expr_] := If[cond, expr];
testIf[cond_, expr_, else_] := If[cond, expr, else];
module[{vars__}, body_] := Module[{vars}, body];
package[name_, code_] := (BeginPackage[name]; code; EndPackage[]);
inContext[name_, code_] := (Begin[name]; code; End[]);
这是一个用这种新语言编写的小代码 sn-p(包装在 Hold 中):
cd =
Hold[module[{a}, testSet[testVar[a],
testPlus[testTimes[testTimes[testPlus[1, 2],
testPower[testPlus[3, 4], -1]], testPlus[5, 6]], -7]]; testVar[a]]]
对应这个mma代码:
Module[{a},a = (1 + 2)/(3 + 4)*(5 + 6) - 7; a]
我们的代码生成器基于一个非常简单的想法 - 我们将反复将本地规则应用于我们持有的代码。本地规则将从我们函数的定义中提取,如下所示:
ClearAll[expansionRules];
expansionRules[heads : {__Symbol}] := Flatten[DownValues /@ heads]
我们需要为我们的语言提供一个头部列表。我将手动执行此操作,但通过创建自定义赋值运算符很容易实现自动化。
allHeadsToExpand[] := {testIf, testVar, testPlus, testTimes, testDivide,
testPower, testSet, testIf,module,package, inContext}
现在,我们生成代码:
In[195]:= expanded = cd//.expansionRules[allHeadsToExpand[]]
Out[195]=
Hold[Module[{a},
a = ((1 + 2) If[3 + 4 == 0 && -1 < 0, Inf, 1/(3 + 4)]) (5 + 6) - 7;
If[ValueQ[a], a, Throw[$Failed, {"varundef", a}]]]]
要执行它,你可以简单地使用ReleaseHold:
In[197]:= ReleaseHold[expanded]
Out[197]= -(16/7)
我们构造的好处是我们也可以直接执行我们的AST:
In[198]:= ReleaseHold[cd]
Out[198]= -(16/7)
要将它保存到一个包中,您可以简单地使用Put 命令。以您想要的任何方式扩展语言也很容易。当然,这种语言的代码看起来并不漂亮,因为它本质上是用 mma 表达式表示的 AST。为了让它更漂亮,你需要引入你自己的语法并编写一个解析器到 mma AST,但那是另一回事了。
编辑
关于代码生成的自动化并将生成的代码保存到一个包中:这里有几个实用程序可以做到这一点。
Clear[generateCode];
generateCode[code_Hold] :=
code //. expansionRules[allHeadsToExpand[]] //.
HoldPattern[
CompoundExpression[left___, CompoundExpression[middle___], right___]] :>
(left; middle; right);
Clear[formatCode];
formatCode[code_Hold] :=
StringReplace[Function[Null, ToString[Unevaluated[#], InputForm], HoldAll] @@
code, ";" :> ";\n"];
Clear[saveCode];
saveCode[file_, generatedCode_] :=
With[{result = BinaryWrite[file, formatCode@generatedCode]},
Close[file];
result];
下面是同一个例子,但放在一个包中:
cdp = Hold[
package["myPackage`",
inContext["`Private`",
module[{a},
testSet[testVar[a],
testPlus[testTimes[testTimes[testPlus[1, 2],
testPower[testPlus[3, 4], -1]], testPlus[5, 6]], -7]];
testVar[a]]]]]
我们生成并保存代码如下:
In[101]:= file = FileNameJoin[{"C:","Temp","myPackage.m"}]
Out[101]= C:\Temp\myPackage.m
In[106]:= saved =saveCode[file,generateCode[cdp]]
Out[106]= C:\Temp\myPackage.m
我们可以Import它来测试:
In[107]:= Import[file,"Text"]
Out[107]=
BeginPackage["myPackage`"];
Begin["`Private`"];
Module[{a}, a = ((1 + 2)*If[3 + 4 == 0 && -1 < 0, Inf, (3 + 4)^(-1)])*(5 + 6) - 7;
If[ValueQ[a], a, Throw[$Failed, {"varundef", a}]]];
End[];
EndPackage[]
编辑 2
关于您的语言中代码的外观,您可以通过使用 Notation 包更改您输入代码的方式和Format/@987654338 @ 控制前端如何呈现它。