本篇来描述一下数值运算相关的内容。

本篇描述的只是最简单的实现方式, 并没有提供什么优化技巧。

详细内容

数值运算应该编程里必不可少的一部分, 所以一个脚本语言引擎应该需要实现数值运算的功能。

下面来看一段代码。

a = 1;
b = 2;

c = a + b;
d = a - b;
e = a / d;
f = a * b; 
g = a % d;

h = a ^ b;
i = a | b;
j = a & b;
k = ~ a ;

大概需要实现的运算类型就是 加减乘除,取模以及位运算。 读者可以根据自己的需求只实现部分的运算符号, 或者实现更多的符号。 (自定义新的符号

基本逻辑

这里只讨论单个运算符, 不讨论多个运算符的情况。 比如 d = a + b + c 这种暂时不讨论。

基本逻辑其实很简单。

  1. 取出N个数字
  2. 进行运算
  3. 将结果放回去

几个运算符的差异部分,基本就是第二步,进行运算的部分。

N个操作数, 产生一个结果的运算符(+,-,*,/等)的第一步和第三步的内容基本是一致的。

基于Map 的实现逻辑

下面尝试解析一下 c = a + b 的实现过程。

  1. 从Map中取出key为a, b 的数字。

  2. 在宿主语言中进行运算 (c/cpp/java/…) 然后获得结果

  3. 将结果保存到Map中。 (Key为 c)

下面看一段示例代码

// java 代码, 代码并没有经过测试,只是解释思路使用
// c = a + b; 

public class Test {
 
  public void test (){
    // key: 变量名,  value: 变量值
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    // 第一个操作数
    String first = "a";
    // 第二个操作数
    String second = "b";
    
    String result = "c";
    
    // 1
    Object a = map.get(first);
    Object b = map.get(second);
    
    // null check 和 类型check 这里就省略了。 
    
    // 2
    // Number 是一个自定义类型, 因为篇幅问题,对声明进行了省略。
    Number c = Number.add( ((Number) a), ((Number) b) );
    
    // 3
    map.put( result, c );
  }
  
}

基于栈的实现逻辑

本部分笔者并没有实现过,只是基于自己的知识和理解来写的内容。

下面同样尝试解析一下 c = a + b 的实现过程。

  1. 取出 a 对应的数值, 进行压栈
  2. 取出 b 对应的数值, 进行压栈
  3. 执行 加号指令 | 这里应该是基于栈的核心部分
    1. 取出栈顶的2个元素
    2. 进行相加
    3. 将结果压栈
  4. 将栈顶元素出栈,放入到c对应的位置。

这里使用局部变量表和栈进行配合使用, 而不使用Map。

下面看示例代码

// 同样使用 Java做示例, 代码只是演示说明使用
// c = a + b ;

public class Test {
 
  // 局部变量表
  private Object[] localVarTable = new Object [30];
  
  // 栈
  private Stack<Object> stack = new Stack<>();
  
  /**
   * 根据变量名获取变量对应的 局部变量表的索引
   */
  public int getIndex(String name){
    // todo 
    return 0;
  }
  
  /**
   * 执行加号指令
   */
  public void add(){
    // check size 和别的check 暂时都直接省略了
    
    Number a = (Number) stack.pop();
    Number b = (Number) stack.pop();
    
    // 运算, 并将结果入栈
    stack.push( Number.add(a,b) );
    
  }
  
  public void test(){
   
    // 第一个操作数
    String first = "a";
    // 第二个操作数
    String second = "b";
    
    String result = "c";
    
    // 1, 2
    // 因为要节省篇幅, 所以大部分的 error check 就不做了
    Object a = localVarTable[getIndex(first)];
    Object b = localVarTable[getIndex(second)];
    
    // 入栈
    stack.push(a);
    stack.push(b);
    
    // 3
    add();
    
    // 4
    Object c = stack.pop();
    localVarTable[getIndex(result)] = c;
    
  }
  
}

基于 寄存器的实现逻辑

本部分笔者并没有实现过,只是基于自己的知识和理解来写的内容。

这里假设存在3个寄存器: a, b, c 。 每一个寄存器都可以放任意类型的值。

  1. 取出变量a的值, 放入a 寄存器
  2. 取出变量b的值, 放入b 寄存器
  3. 执行加法运算, 将结果放入c寄存器
  4. 取出c寄存器的值, 放回局部变量表
  5. 清空所有寄存器

下面看示例代码

// c = a + b ;

public class Test {
 
  // 局部变量表
  private Object[] localVarTable = new Object [30];
  
  // 寄存器
  private Object a = null;
  private Object b = null;
  private Object c = null;
  
  /**
   * 根据变量名获取变量对应的 局部变量表的索引
   */
  public int getIndex(String name){
    // todo 
    return 0;
  }
  
  /**
   * 清理寄存器 
   */
  public void clearReg(){
  	a = b = c = null;
  }
  
  /**
   * 执行加法运算, 运算逻辑总是将 寄存器 a,b 相加,并把值放入寄存器 c
   */
  public void add(){
    // 将会省略 check 
    
    c = Number.add( (Number) a, (Number) b ) ;
  }
  
  /**
   * 这里的变量名, 改用传参的形式
   */
  public void test(String first,String second, String result ){
   
    // 1, 2
    a = localVarTable[getIndex(first)];
    b = localVarTable[getIndex(second)];
    
    // 3
    add();
    
    // 4
    localVarTable[getIndex(result)] = c;
    
    // 5 
    clearReg();
  }
  
}

其他

本篇介绍了几种实现机制, 读者可以根据自己的需求,能力进行选择。

关于复合运算(d = a + b + c), 将会在下节进行介绍。