构建一个 Human Resource Machine 编译器 - 语言设计

(Thanks to Doubao for translating. See original at this page. 感谢豆包的翻译, 原文见此页面。如有差异，请以英文版为准。如果中文使你困惑看不懂，也请读英文版。)

这是Human Resource Machine 编译器系列的一篇文章。

现在，我们需要确定这种语言真正需要的是什么。这个游戏的机制相当简单，所使用的处理器也非常基础。我们将从关注游戏的早期关卡开始，随着我们进入后期关卡，逐渐扩展我们的语言。这种语言在达到第 20 年关卡之前都是有效的，而我目前就在这个关卡，并且看起来不需要太多脑力就能达到这一点。

在游戏中，我们的任务是执行各种操作，所以看起来我们将设计一种命令式语言。目前，游戏只能处理一种数据类型——整数。为了支持逻辑操作，我们还定义了一个布尔类型。我们需要实现算术和逻辑操作，但目前位操作不是必需的。对于这些操作，我们将遵循 C 语言中的优先级和结合性规则。是否以短路方式评估表达式可以稍后决定。

我们引入基本操作：

• 算术
  • +，加法
  • -，减法
  • *，乘法
  • /，整数除法
  • %，取模
  • ++，自增
  • --，自减
• 逻辑
  • &&，与
  • ||，或
  • >，大于
  • >=，大于等于
  • <，小于
  • <=，小于等于
  • ==，等于
  • !=，不等于
  • !，非

运算符优先级和结合性定义如下。

优先级	运算符	描述	结合性
12	a()	函数调用	从左到右 →
11	floor[]	访问地板	从左到右 →
10	++a --a	前缀自增和自减	从右到左 ←
9	+a -a	一元加和一元减	从右到左 ←
8	!	逻辑非	从右到左 ←
7	a*b a/b a%b	乘法、除法和取余	从左到右 →
6	a+b a-b	加法和减法	从左到右 →
5	< <= > >=	关系运算符	从左到右 →
4	== !=	相等运算符	从左到右 →
3	&&	逻辑与	从左到右 →
2	`		`
1	=	直接赋值	从右到左 ←

变量可以用与其他语言类似的作用域来定义。我们支持全局、函数和块级作用域。在这种语言中，不允许变量遮蔽，这意味着如果一个变量已经在外部作用域中定义，就不能在一个块中重新定义它。我们也跳过了static变量，因为它们似乎不是必需的。

这种语言没有很强的类型概念——我们处理的都是整数。虽然我们可能会使用布尔值，但它们很容易用整数表示。作为一种语法糖，我们定义了true和false，它们在内部将被视为 1 和 0。与 C 语言类似，在逻辑操作中，任何非零值都被视为true，而零被视为false。

由于游戏没有栈或堆，我们的语言也不会有它们。相反，我们有一系列的存储单元（称为“地板”）。用户可以直接访问特定的地板值，而语言将自动管理其余的地板盒子。为了便于编译和优化，我们引入两个地板指令：init floor[IDX] = VAL和init floor_max = VAL。第一个指令告诉编译器某些地板盒子有预设值，而第二个指令指定地板上可用的最大槽位数。

鉴于游戏模仿了一个基本的处理器，我们将语言设计得接近非常低级的语言，但仍然能够处理常见的操作和逻辑。变量名是静态绑定的，不允许用户定义类型。游戏中需要基本的选择和循环结构，所以我们将它们包含在语言中。我们定义了一个while循环（while (CONDITION) {}）、一个for循环（for (LOOP_VARIABLE_DECL, LOOP_CONDITION, LOOP_ADVANCEMENT) {}）和一个if语句（if (CONDITION) {} else {}）。还为循环定义了continue和break。

最后是子程序。虽然游戏本身不支持子程序，但我们偶尔可能会需要它们。我们定义简化的子程序结构，只允许一个参数，使其更容易适应游戏的处理器。如果一个子程序有返回值，它应该是一个function。否则，使用sub（就像在 BASIC 中一样😄）。我们还定义了两个特殊的子程序，inbox()和outbox(val)，它们的作用与游戏中的相同。调用和返回的机制完全是由实现定义的。

最后一件事——模块。我们可能希望在不同关卡中设计通用的过程以供重用。我们引入import MODULE_NAME。一个注意事项是，地板初始化指令在整个程序中只能出现一次，但这条规则可以在编译时强制执行。

这将是我们的极简“人力资源机器懒人编码语言”。以下是这种语言中的一个程序可能的样子：

import lang_mod;

// only single line comments allowed
init floor[1] = 1; // init floor[id] sets the initial value for a box on the floor
init floor[0] = 0;
init floor_max = 10;

// A function is defined, which takes an argument. 
// Only one or zero argument is allowed.
function countdown(a) {
    for (let i = a, i >= 0, --i) {
        if (a % 2 == 0) {
            continue;
        }
        outbox(i);
    }

    return a;
}

// sub marks a no-return function
sub no_return_func() {
    // and it does nothing
}

// the program starts here
sub start() {
    // a loop construct
    // int(true) = 1, int(false) = 0, boolean and int are basically the same thing
    // bool(1) = true, bool(0) = false, bool(anything except 0) = true
    while (true) {
        // inbox and outbox
        let a = inbox();
        let b = inbox();
        if (a > b) {
            outbox(a);
        } else {
            outbox(b);
        }
        let c = a * b;
        let num = countdown(a);
        floor[2] = num;
        floor[3] = floor[b] + c;
        outbox(c);
    }
}