Я думаю вы согласитесь, что это гораздо проще, чем классический цикл FOR. Однако, каждая конструкция имеет свое назначение.
Оператор BREAK
Ранее я обещал вам оператор BREAK для сопровождения цикла LOOP. Им я в некотором роде горд. На первый взгляд BREAK кажется действительно сложным. Моим первым подходом было просто использовать его как дополнительный ограничитель в Block и разделить все циклы на две части точно также как я сделал это для ELSE оператора IF. Но, оказывается, это не работает, потому что оператор BREAK редко находится на том же самом уровне, что и сам цикл. Наиболее вероятное место для BREAK – сразу после IF, что приводило бы к выходу из конструкции IF, а не из окружающего цикла. Неправильно. BREAK должен выходить из внутреннего LOOP даже если он вложен в несколько уровней IF.
Моей следующей мыслью было просто сохранять в какой-то глобальной переменной, метку окончания самого вложенного цикла. Это также не работает, потому что может возникнуть прерывание из внутренного цикла с последующим прерыванием из внешнего. Сохранение метки для внутреннего цикла затерло бы метку для внешного. Так глобальная переменная превратилась в стек. Дело становилось грязным.
Тогда я решил последовать своему собственному совету. Помните последний урок, когда я показал вам как хорошо служит нам неявный стек синтаксического анализатора с рекурсивным спуском. Я сказал, что если вы начинаете видеть потребность во внешнем стеке, возможно вы делаете что-то неправильно. Действительно возможно заставить рекурсию, встроенную в наш синтаксический анализатор, позаботиться обо всем и это решение настолько простое, что кажется удивительным.
Секрет состоит в том, чтобы заметить, что каждый оператор BREAK должен выполняться внутри блока... и ни в каком другом месте. Так что все, что мы должны сделать это передать в Block адрес выхода из самого внутреннего цикла. Затем он может передать этот адрес подпрограмме, транслирующей инструкцию Break. Так как оператор IF не изменяет уровень цикла, процедура DoIf не должна делать что-либо за исключением передачи метки в ее блок (оба из них). Так как циклы изменяют уровень, каждый цикл просто игнорирует любую метку выше его и передает свою собственную метку выхода дальше.
Все это проще показать вам чем описывать. Я продемонстрирую это с самым простым циклом, циклом LOOP:
{–}
{ Parse and Translate a LOOP Statement }
procedure DoLoop;
var L1, L2: string;
begin
Match('p');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
PostLabel(L1);
Block(L2);
Match('e');
EmitLn('BRA ' + L1);
PostLabel(L2);
end;
{–}
Заметьте, что теперь DoLoop имеет две метки а не одну. Вторая дает команде BREAK адрес перехода Если в цикле нет BREAK, то мы зря потратили метку и немного загромоздили код, но не нанесли никакого вреда.
Заметьте также, что процедура Block теперь имеет параметр, который для циклов всегда будет адресом выхода. Новая версия Block:
{–}
{ Recognize and Translate a Statement Block }
procedure Block(L: string);
begin
while not(Look in ['e', 'l', 'u']) do begin
case Look of
'i': DoIf(L);
'w': DoWhile;
'p': DoLoop;
'r': DoRepeat;
'f': DoFor;
'd': DoDo;
'b': DoBreak(L);
else Other;
end;
end;
end;
{–}
Снова заметьте, что все что Block делает с меткой это передает ее в DoIf и DoBreak. Циклы не нуждаются в ней, потому что они в любом случае передают свою собственную метку.
Новая версия DoIf:
{–}
{ Recognize and Translate an IF Construct }
procedure Block(L: string); Forward;
procedure DoIf(L: string);
var L1, L2: string;
begin
Match('i');
Condition;
L1 := NewLabel;
L2 := L1;
EmitLn('BEQ ' + L1);
Block(L);
if Look = 'l' then begin
Match('l');
L2 := NewLabel;
EmitLn('BRA ' + L2);
PostLabel(L1);
Block(L);
end;
Match('e');
PostLabel(L2);
end;
{–}
Здесь единственное, что изменяется, это добавляется параметр у процедуры Block. Оператор IF не меняет уровень вложенности цикла, поэтому DoIf просто передает метку дальше. Независимо от того, сколько уровней вложенности IF мы имеем, будет использоваться та же самая метка.
Теперь не забудьте, что DoProgram также вызывает Block и теперь необходимо передавать ей метку. Попытка выхода из внешнего блока является ошибкой, поэтому DoProgram передает пустую метку, которая перехватывается DoBreak:
{–}
{ Recognize and Translate a BREAK }
procedure DoBreak(L: string);
begin
Match('b');
if L <> '' then
EmitLn('BRA ' + L)
else Abort('No loop to break from');
end;
{–}
{ Parse and Translate a Program }
procedure DoProgram;
begin
Block('');
if Look <> 'e' then Expected('End');
EmitLn('END')
end;
{–}
Этот код позаботится почти обо всем. Испытайте его, посмотрите, сможете ли вы «сломать» («break») его (каламбур). Аккуратней однако. К настоящему времени мы использовали так много букв, что трудно придумать символ, который не представляет сейчас какое либо зарезервированное слово. Не забудьте, перед тем, как вы протестируете программу, вы должны будете исправить каждый случай появления Block в других циклах для включения нового параметра. Сделайте это точно так же, как я сделал это для LOOP.
Я сказал выше «почти». Есть одна небольшая проблема: если вы внимательно посмотрите на код, генерируемый для DO, вы увидите, что если вы прервете этот цикл, то значение счетчика все еще остается в стеке. Мы должны исправить это! Позор... это была одна из самых маленьких наших подпрограмм, но это не помогло. Вот новая версия, которая не имеет этой проблемы:
{–}
{ Parse and Translate a DO Statement }
procedure Dodo;
var L1, L2: string;
begin
Match('d');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
Expression;
EmitLn('SUBQ #1,D0');
PostLabel(L1);
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
Block(L2);
EmitLn('MOVE (SP)+,D0');
EmitLn('DBRA D0,' + L1);
EmitLn('SUBQ #2,SP');
PostLabel(L2);
EmitLn('ADDQ #2,SP');
end;
{–}
Две дополнительные инструкции SUBQ и ADDQ заботятся о сохранении стека в правильной форме.
Заключение
К этому моменту мы создали ряд управляющих конструкций... в действительности более богатый набор чем предоставляет почти любой другой язык программирования. И, за исключением цикла FOR, это было довольно легко сделать. Но даже этот цикл был сложен только потому, что сложность заключалась в ассемблере.
Я завершаю на этом урок. Чтобы можно было обернуть наш продукт красной ленточкой, в действительности мы должны иметь настоящие ключевые слова вместо этих игрушечных односимвольных. Вы уже видели, что расширить компилятор для поддержки многосимвольных слов не трудно, но в этом случае возникнут большие различия в представлении нашего входного кода. Я оставлю этот небольшой кусочек для следующей главы. В этой главе мы также рассмотрим логические выражения, так что мы сможем избавиться от фиктивной версии Condition, которую мы здесь использовали. Увидимся.
Для справочных целей привожу полный текст синтаксического анализатора для этого урока:
{–}
program Branch;
{–}
{ Constant Declarations }
const TAB = ^I;
CR = ^M;
{–}
{ Variable Declarations }
var Look : char; { Lookahead Character }
Lcount: integer; { Label Counter }
{–}
{ Read New Character From Input Stream }
procedure GetChar;
begin
Read(Look);
end;
{–}
{ Report an Error }
procedure Error(s: string);
begin
WriteLn;
WriteLn(^G, 'Error: ', s, '.');
end;
{–}
{ Report Error and Halt }
procedure Abort(s: string);
begin
Error(s);
Halt;
end;
{–}
{ Report What Was Expected }
procedure Expected(s: string);
begin
Abort(s + ' Expected');
end;
{–}
{ Match a Specific Input Character }
procedure Match(x: char);
begin
if Look = x then GetChar
else Expected('''' + x + '''');
end;
{–}
{ Recognize an Alpha Character }
function IsAlpha(c: char): boolean;
begin
IsAlpha := UpCase(c) in ['A'..'Z'];
end;
{–}
{ Recognize a Decimal Digit }
function IsDigit(c: char): boolean;
begin
IsDigit := c in ['0'..'9'];
end;
{–}
{ Recognize an Addop }
function IsAddop(c: char): boolean;
begin
IsAddop := c in ['+', '-'];
end;
{–}
{ Recognize White Space }
function IsWhite(c: char): boolean;
begin
IsWhite := c in [' ', TAB];
end;
{–}
{ Skip Over Leading White Space }
procedure SkipWhite;
begin
while IsWhite(Look) do
GetChar;
end;
{–}
{ Get an Identifier }
function GetName: char;
begin
if not IsAlpha(Look) then Expected('Name');
GetName := UpCase(Look);
GetChar;
end;
{–}
{ Get a Number }
function GetNum: char;
begin
if not IsDigit(Look) then Expected('Integer');
GetNum := Look;
GetChar;
end;
{–}
{ Generate a Unique Label }
function NewLabel: string;
var S: string;
begin
Str(LCount, S);
NewLabel := 'L' + S;
Inc(LCount);
end;
{–}
{ Post a Label To Output }
procedure PostLabel(L: string);
begin
WriteLn(L, ':');
end;
{–}
{ Output a String with Tab }
procedure Emit(s: string);
begin
Write(TAB, s);
end;
{–}
{ Output a String with Tab and CRLF }
procedure EmitLn(s: string);
begin
Emit(s);
WriteLn;
end;
{–}
{ Parse and Translate a Boolean Condition }
procedure Condition;
begin
EmitLn('
end;
{–}
{ Parse and Translate a Math Expression }
procedure Expression;
begin
EmitLn('
end;
{–}
{ Recognize and Translate an IF Construct }
procedure Block(L: string); Forward;
procedure DoIf(L: string);
var L1, L2: string;
begin
Match('i');
Condition;
L1 := NewLabel;
L2 := L1;
EmitLn('BEQ ' + L1);
Block(L);
if Look = 'l' then begin
Match('l');
L2 := NewLabel;
EmitLn('BRA ' + L2);
PostLabel(L1);
Block(L);
end;
Match('e');
PostLabel(L2);
end;
{–}
{ Parse and Translate a WHILE Statement }
procedure DoWhile;
var L1, L2: string;
begin
Match('w');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
PostLabel(L1);
Condition;
EmitLn('BEQ ' + L2);
Block(L2);
Match('e');
EmitLn('BRA ' + L1);
PostLabel(L2);
end;
{–}
{ Parse and Translate a LOOP Statement }
procedure DoLoop;
var L1, L2: string;
begin
Match('p');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
PostLabel(L1);
Block(L2);
Match('e');
EmitLn('BRA ' + L1);
PostLabel(L2);
end;
{–}
{ Parse and Translate a REPEAT Statement }
procedure DoRepeat;
var L1, L2: string;
begin
Match('r');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
PostLabel(L1);
Block(L2);
Match('u');
Condition;
EmitLn('BEQ ' + L1);
PostLabel(L2);
end;
{–}
{ Parse and Translate a FOR Statement }
procedure DoFor;
var L1, L2: string;
Name: char;
begin
Match('f');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
Name := GetName;
Match('=');
Expression;
EmitLn('SUBQ #1,D0');
EmitLn('LEA ' + Name + '(PC),A0');
EmitLn('MOVE D0,(A0)');
Expression;
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
PostLabel(L1);
EmitLn('LEA ' + Name + '(PC),A0');
EmitLn('MOVE (A0),D0');
EmitLn('ADDQ #1,D0');
EmitLn('MOVE D0,(A0)');
EmitLn('CMP (SP),D0');
EmitLn('BGT ' + L2);
Block(L2);
Match('e');
EmitLn('BRA ' + L1);
PostLabel(L2);
EmitLn('ADDQ #2,SP');
end;
{–}
{ Parse and Translate a DO Statement }
procedure Dodo;
var L1, L2: string;
begin
Match('d');
L1 := NewLabel;
L2 := NewLabel;
Expression;
EmitLn('SUBQ #1,D0');
PostLabel(L1);
EmitLn('MOVE D0,-(SP)');
Block(L2);
EmitLn('MOVE (SP)+,D0');
EmitLn('DBRA D0,' + L1);
EmitLn('SUBQ #2,SP');
PostLabel(L2);
EmitLn('ADDQ #2,SP');
end;
{–}
{ Recognize and Translate a BREAK }
procedure DoBreak(L: string);
begin
Match('b');
EmitLn('BRA ' + L);
end;
{–}
{ Recognize and Translate an «Other» }
procedure Other;
begin
EmitLn(GetName);
end;
{–}
{ Recognize and Translate a Statement Block }
procedure Block(L: string);
begin
while not(Look in ['e', 'l', 'u']) do begin
case Look of
'i': DoIf(L);
'w': DoWhile;
'p': DoLoop;
'r': DoRepeat;
'f': DoFor;
'd': DoDo;
'b': DoBreak(L);
else Other;
end;
end;
end;
{–}
{ Parse and Translate a Program }
procedure DoProgram;
begin
Block('');
if Look <> 'e' then Expected('End');
EmitLn('END')
end;
{–}
{ Initialize }
procedure Init;
begin
LCount := 0;
GetChar;
end;
{–}
{ Main Program }
begin
Init;
DoProgram;
end.
{–}