2k行代码实现的51上的BASIC

Aline744 · 发表于 2024-8-16 11:21:31

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https://github.com/PJSDDL/PJ_BASIC
使用<2000行C代码，开发了一个简洁的BASIC解释器。该解释器具有如下优点：只使用C标准库、能产生报错信息、适合移植嵌入式设备、不用写行号。在STM32上该解释器占用rom<20K（包含CUBEMX标准库占用空间），使用ram<20K，绝大多数STM32芯片都可以轻松运行。下面详细介绍该语言。

（该代码存在不同版本，请以示例代码及注释为准！）

一、语法
PJ_BASIC语句有两种：赋值语句和关键字语句。
1.1，赋值语句
格式如下：
变量  =  表达式
例如：
i = i + 1
需要注意的是，每个符号之间都要由空格分开，表达式不能以运算符开头：
i = -1-1 （错误，没有空格）
i = -  1  -  1  （错误，表达式以运算符开头）
i = 0  -  1  -  1  （正确）
变量被赋值前，要使用var语句声明，否则会报错。
PJ_BASIC支持以下几种运算符：+  -  *  /  >  <  ==，其中比较运算符的运算优先级最低，值为0或1，例如如下表达式
2 > 1
1 > 2
前者等于1，后者等于0

1.2，关键字语句
关键字语句由关键字开头，有以下几种：
1.2.1，pri
该关键字作用是打印变量、常量或字符串（不能打印表达式的值）。被打印变量需要用空格隔开：
例子：pri  i  0  “1200”
1.2.2，var
定义变量，变量默认为32位int型
例子：var  i
1.2.3，if endif
条件分支语句，使用方法如下：
if  表达式
语句
endif
例如，以下语句判断i的值，i>2则打印i的值
if  i  >  2
pri  i
endif
1.2.4，while endwh  循环语句
使用方法如下：
while  表达式
语句
endwh
当表达式的值为1，则会进行循环，否则跳出。例如，您可以使用如下指令进入死循环
while  1
endwh
1.2.5，func call ret语句
您可以组合使用这三条语句定义子函数。call指令执行时，会自动将当前指令位置压栈，然后跳转到func位置，执行语句后遇到ret跳转回cal语句后的一条语句。子函数名必须为数字，函数内不能定义局部变量，您可以使用全局变量在主函数和子函数之间传递参数。
例如，您可以使用如下指令定义一个自加函数
var  i
call  1
pri i
func  1
i  =  i  +  1
ret
程序执行时如果遇到func，则会自动跳转到ret后的语句，例如
var  i
i = 2
func  1
i = 1
ret
pri  i
执行结果是2，因为子函数只能使用call调用，不能顺序执行。因此，您可以使用func ret语句将代码注释掉。
1.2.6，read  write语句
PJ_BASIC中定义了一个大数组mem，您可以利用read  write读取这个数组。read命令格式如下：
read  常数1（或变量1）  常数2（或变量2）
意为将常数2（或变量2）视为数组索引，读取数组mem，结果保存在常数1（或变量1）中
write 命令格式如下：
write  常数1（或变量1）  常数2（或变量2）
意为将常数2（或变量2）的值，保存在常数1（或变量1）对应的地址中
下面的示例代码展示了两种指令的用法：
var i
i  =  100
var  addr
addr  =  4
write  3  3
read  i  3
pri i
write  addr  321
read  i  addr
pri  i

1.3，关于代码书写
若代码以字符串的形式保存在char basic_prog[]中，字符串中的换行应使用\n表示，双引号"使用转义字符\"表示，字符串换行时用\连接两行代码。一个示例字符串数组basic_prog形式如下：
char basic_prog[] = "\
var flag \n\
flag = 11 \n\
while flag > 1 \n\
pri flag \n\
endwh \n\
";
每行代码后都要留一个空格，然后以\n\结尾。
若您使用STM32串口输入代码，代码结尾不应有任何符号，代码最后应加一个\0，以提示代码结尾。
var flag
flag = 11
while flag > 1
pri flag
endwh \0

二、解释器宏定义介绍
在BASIC.h中，有一些宏定义，您可以修改这些定义以节约硬件资源
LIST_LEN：预编译生成代码列表的最大长度
MAX_EXPR_LEN：表达式最大长度
MAX_VAR_NUM：最多可以定义的变量数量
MAX_VAR_LEN：变量最大长度（字符串长度）
MAX_FUN_STACK：函数嵌套最大数量
MEM_SIZE：mem数组尺寸

三、解释器运行原理简介
代码首先经过分词器parser分词，形成预编译代码，然后利用索引计算器index_match计算关键字跳转位置，例如计算if对应的endif的位置，最后使用运行器basic_run执行代码，代码中的表达式由表达式计算器expr计算。
该代码没有优化，如果您对代码进行修改，可以节约更多的空间，代价是牺牲一定的速度。

四、性能测试
运行以下质数运算代码：
pri \"prim\"\n\
var b \n\
var div \n\
var flag \n\
b = 2 \n\
div = 2 \n\
flag = 0 \n\
while b < 10000 \n\
flag = 1 \n\
div = 2 \n\
while div < b / 2 + 1 \n\
      if ( b / div ) * div == b \n\
      flag = 0 \n\
      endif \n\
      div = div + 1\n\
endwh \n\
if flag \n\
pri b \n\
endif \n\
b = b + 1 \n\
endwh \n\
pri \"prim_end\"\n\
笔记本电脑上，C语言耗时0.3秒，PJ_BASIC耗时15.6秒，耗时相差40倍左右，STM32上，C语言耗时6.5秒，PJ_BASIC耗时2397秒，耗时相差400倍左右