パソコン活用研究5番街（Visual Basic、Excel(VBA)、BASIC　プログラミング研究）

VB.NETで計算機を作る（足し算引き算）
（準備中）


いよいよVB.NETで再帰を使って再帰下降パースによる演算を実装してみることにしますが。
まずは肩慣らしで足し算と引き算のみでやってみます。
※まだ、足し算、引き算にしか対応させていないので、乗算除算、括弧( )があると停止します。
自分の勉強用にコーディングしたものなので、ボロな個所が多数あります。

Cによる完成形のプログラムは「プログラミング言語を作る」のP57〜P70にあります。
本に掲載されているプログラムは、再帰下降パーサによる完成されたプログラムで、
字句解析ー＞構文解析ー＞演算まで2段抜かしでやってしまうようなプログラムです。

このページでは、各プロセスの動きを１段づつ確認したいので、本にあるような洗練されたものとはかなり違う
無骨なプログラムを作っていきます。加えて、上に書いたように乗算除算、括弧( )は対応してないので未完成形です。

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VB.NETで計算機を作る（字句解析）からの変更点、追加点
構造体変数　tokをグローバル変数にした。

再帰が使えるので、再帰下降パースで
演算部を実装してみた。
BASICで組んだ時は構文解析の工程　―＞　演算の工程　と2段階に
工程をはっきり分けていたが、再帰下降パースで実装すると、
構文解析しつつ演算もこなしていくことになる。
トークンを１つ先読みするので、LL(1)パーサということになる。

演算のための基本的な関数はexpression, primary_expression, get_tokenの３つ

expressionは　v1+v2　またはv1-v2 という足し算、引き算を実行するが、
v1,v2の値はprimary_expressionを呼び出して取りに行く。
primary_expressionはget_tokenを呼び出して数値を取得する。

BNF記法で定義すると

expression: primaru_expression | expression + primary_expression | expression - primary expression;
primary _expression: number;

構文図式で表すと以下の通り


入力された式の末尾に式の終わりを示すために列挙型でtype.line_end　を追加している。
tok(pos + 1).type = type.line_end

関数expression
上の構文図式の通り、まずprimary_expressionを呼び出し、そこで取得した値を変数v1に入れる。
以下whileループで、トークンを1つ読み、それが演算子+ ,- であれば再びprimary_expressionを呼び出して
次の値を取得しv2に入れ、演算を行うということをぐるぐる回している。

先読みしたトークンが+, - 以外の場合（このプログラムではtype.line_endの属性のトークンが該当する）には、
whileループを抜ける。

関数primary_expression
get_tokenを呼び出してトークンを読みだしてきてその値をリターンするだけ。
一応以下のIf文では、読みだしたトークンの属性がtype.number出ない場合は"Syntax error"を表示して
プログラム終了とするようにしているが、字句解析のパートでそういうイレギュラーな表記をある程度排除しているので
予期しない文字列(TOKEN)に出くわしてsyntax errorになることはない。
※ただし、入力を許容している* / ( )　などの解析には対応させていないので、これらの記号があると停止する。
If t.type = type.number Then Return t.v　 Else Console.WriteLine("Syntax error") : End


関数　get_token()　では
Return tok(i - 1)
として構造体tok()をリターンしている。

VB.Netでは構造体をリターンできる。




10--20+35　を実行してみたところ。
1文字づつに分解　ー＞字句解析(TOKEN)　ー＞構文解析しながら演算(Calculate)
のプロセスを全部表示させている。


（実行画面１）



乗算除算にはまだ対応させていないので、乗算の記号*で停止する。
（実行画面２）


括弧( )への対応もしていないので、( )が出現するとSyntax errorと表示して停止する。

（実行画面３）

ソースコード

Imports System
Module Program

REM Public num_token As Integer

    Enum type
        number
        add_op
        sub_op
        mul_op
        div_op
        lparen
        rparen
        space
        bad
        line_end
    End Enum

    Structure token
        Dim type As type
        Dim str As String
        Dim v As Integer
    End Structure

    Public tok(20) As token

    Sub Main(args As String())
        Dim i, pos, isnum As Integer
        Dim value As Double
        Dim r As type
        Dim statement As String

        statement = Console.ReadLine()

        For i = 0 To statement.Length - 1
            Console.WriteLine("{0} : {1}", i, statement.Chars(i))
        Next

        Console.WriteLine("TOKEN")
        pos = 0 : isnum = 0

        For i = 0 To statement.Length - 1
            r = checktype(statement.Chars(i))
            If r = type.space Then GoTo L1 : 
            If r = type.bad Then Exit For
            If isnum = 1 And r = type.number Then tok(pos).str = tok(pos).str + statement.Chars(i) : tok(pos).v = Integer.Parse(tok(pos).str) : GoTo L1
            If isnum = 1 And r = type.rparen Then pos = pos + 1 : tok(pos).str = statement.Chars(i) : tok(pos).type = r : GoTo L1
            If isnum = 1 And (r = type.add_op Or r = type.sub_op Or r = type.mul_op Or r = type.div_op) Then pos = pos + 1 : tok(pos).str = statement.Chars(i) : tok(pos).type = r : pos = pos + 1 : isnum = 0 : GoTo L1
            If isnum = 0 And r = type.lparen Then tok(pos).str = tok(pos).str + statement.Chars(i) : tok(pos).type = r : pos = pos + 1 : GoTo L1
            If isnum = 0 And r = type.number Then tok(pos).str = tok(pos).str + statement.Chars(i) : tok(pos).type = type.number : tok(pos).v = Integer.Parse(tok(pos).str) : isnum = 1
            If isnum = 0 And r = type.sub_op Then tok(pos).str = tok(pos).str + statement.Chars(i) : tok(pos).type = type.number : isnum = 1
L1:
        Next

tok(pos + 1).type = type.line_end

        For i = 0 To pos + 1
            Console.WriteLine("{0}: {1} : {2} : {3}", i, tok(i).str, tok(i).type, tok(i).v)
        Next

        If r = type.bad Then Console.WriteLine("Wrong expression")
        Console.WriteLine("Calculate")
        value = expression()
        Console.WriteLine(value)
    End Sub

    Function expression() As Double
        Dim v1, v2 As Double
        Dim t As token
        v1 = primary_expression()
        Console.WriteLine("expression v1:{0}", v1)
        While (1)
            t = get_token()
            Console.WriteLine("expression {0}: {1} : {2} ", t.str, t.type, t.v)
            If (t.type <> type.add_op And t.type <> type.sub_op) Then unget_token() : Exit While
            v2 = primary_expression()
            Console.WriteLine("expression v2:{0}", v2)
            If t.type = type.add_op Then v1 = v1 + v2
            If t.type = type.sub_op Then v1 = v1 - v2
            Console.WriteLine("expression calculated  v1:{0}", v1)
        End While

        Return v1
    End Function

    Function primary_expression() As Double
        Dim t As token
        t = get_token()
        Console.WriteLine("primary_expression {0}: {1} : {2} ", t.str, t.type, t.v)
        If t.type = type.number Then Return t.v　 Else Console.WriteLine("Syntax error") : End

    End Function

    Function get_token() As token
        Static Dim i As Integer = 0
        Console.WriteLine("get_token {0}: {1} : {2} :{3} ", i, tok(i).str, tok(i).type, tok(i).v)
        REM Console.WriteLine("get_token {0}: {1} : {2} :{3} ", num_token, t.str, t.type, t.v)
        i = i + 1
        Return tok(i - 1)
    End Function

    Sub unget_token()

    End Sub

    Function checktype(ByVal t As String) As Integer
        If IsNumeric(t) = True Then Return type.number
        If t = "+" Then Return type.add_op
        If t = "-" Then Return type.sub_op
        If t = "*" Then Return type.mul_op
        If t = "/" Then Return type.div_op
        If t = "(" Then Return type.lparen
        If t = ")" Then Return type.rparen
        If t = " " Then Return type.space
        Return type.bad
    End Function

End Module

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