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interactive_prompt.md

File metadata and controls

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交互式提示符(interactive prompt)

读取,计算,打印(Read, Evaluate, Print)

reptile

既然我们打造我们自己的编程语言,我们需要和它交互的方法。C语言使用了一个编译器,所以你可以修改程序,重新编译然后运行它。如果我们能做的更好并且能够动态的和编程语言交互那就更棒了。然后我们就很快的在若干条件下测试它的特性。为了做到这一点我们要构造一个叫做*交互式提示符(interactive prompt)*的东西。

这是一个程序,它可以提示用户输入,并且得到输入后返回一些信息。用这个是测试我们编程语言的最简单的方法。这种系统也叫 REPL, 代笔 read(读)-evaluate(计算)-print(打印) loop(循环)。这是常用的一种和编程语言交互的方法,你可能在例如 Python 的其他语言里使用过。

在建立一个完整的 REPL 之前我们将从一些简单的事情开始。我们将构造一个系统,它可以提示用户,并且直接将输入返回给用户。 如果我们做到这一点,我们以后就可以扩展它来解析用户输入并计算,就像一个实际的 Lisp 程序一样。

一个交互式终端

为了一个基本的体系,我们将要写一个循环,它反复的写出消息,然后等待输入。为了获取用户的输入我们可以用一个叫 fget 的函数,它读取输入直到遇到换行符。我们需要找一个地方来存储用户输入。为了这一点我们可以声明一个不变大小的输入缓冲区(buffer)。

一旦我们存储了用户的输入后就可以把它输出给用户,这要用到一个叫做 printf 函数。

#include <stdio.h>

/* 声明一个静态缓冲区,允许用户最大的大小为2048的输入 */
static char input[2048];

int main(int argc, char** argv) {

  /* 输出版本和退出信息 */
  puts("Lispy Version 0.0.0.0.1");
  puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

  /* 一个永远不会停下的循环 */
  while (1) {

    /* 输出提示 */
    fputs("lispy> ", stdout);

    /* 读取一行用户的输入,最大大小2048 */
    fgets(input, 2048, stdin);

    /* Echo input back to user */
    printf("No you're a %s", input);
  }

  return 0;
}
**这个灰色的文本是什么?**

上面包含注释的代码。它们是在符号 /**/ 之间的部分, 注释会被编译器忽略,但是被用于告诉阅读这段代码的人到底是怎么回事。注意它们!

让我们深入的复习一下这个程序。

static char input[2048]; 这一行声明了一个公有的2048个字符数组。这是一个保留的数据块,我们可以在程序的任何地方使用它。我们将要把用户在命令行里的输入存储到里面。static 这个关键词(keyword)让这个变量属于这个文件局部,并且 [2048] 这个部分声明了它的大小。

我们用 while (1) 写了一个无限循环。条件块 1 总是等同于 true(真)。因此循环里的命令将会永远运行。

为了在我们使用函数 fputs 时能够输出我们的提示。这和 puts 略有不同,它并不尾部追加一个换行符。我们用 fgets 函数来获取用户在命令行的输入。这两个函数需要一些文件来读写。为了这一点我们提供了两个特殊的变量 stdinstdout。它们被声明在 <stdio.h> 里,而且是特殊的文件变量,代表着从命令行的输入输出。当传递这个变量的时候函数 fputs将会等待用户输入一行文本,得到输入后便将它存储在 input 里,包括换行符。所以 fgets 并不会读取太多数据,我们提供一个大小为2048的缓冲区便足够了。

为了将消息显示给用户我们需要用到函数 printf。这个函数提供了一个方法可以打印由不同元素组成的信息。它按照给定的格式字符串来匹配参数。例如在我们的例子中我们在格式字符串里可以看到 %s。这意味着它将被接下来传递的参数替代,解释为一个字符串。

关于更多关于 printf 的不同格式字符串的信息请看 documentation

**我如何了解像 `fgets` 和 `printf`这样的函数呢?**

如何了解这些标准函数,以及什么时候使用它们并不是显而易见的。当面对一个问题时知道有什么已经解决了您的问题的库函数是需要经验的。

幸运的是C语言有一个非常小的标准库而且它们中的大部分可以在练习中被学习。如果你想做一些基础或者根本的事情,那你值得看一看标准库的参考文档,并检查这里是否有你想要的函数。

编译

你可以使用和第二章中一样的命令编译

cc -std=c99 -Wall prompt.c -o prompt

在编译后你可以试着运行它。但你完成的时候你可以使用 Ctrl+c 来退出程序。如果一切都正确的话你应该可以像这样运行你的程序

Lispy Version 0.0.0.0.1
Press Ctrl+c to Exit

lispy> hello
No You're a hello
lispy> my name is Dan
No You're a my name is Dan
lispy> Stop being so rude!
No You're a Stop being so rude!
lispy>

编辑输入

如果你正在 Linux 或者是 Mac 下工作你将会发现在你输入时使用方向键时有一些奇怪的表现。

Lispy Version 0.0.0.0.3
Press Ctrl+c to Exit

lispy> hel^[[D^[[C

用方向键会产生一些奇怪的字符: ^[[D 或者 ^[[C, 而不是在编辑区移动光标。我们真正想要的是,在我们弄错的情况下能够移动,删除和编辑输入。

在 Windows 下这种行为是默认的。在 Linux 和 Mac 下这个功能由一个叫做 editline 的库。在 Linux 和 Mac 下我们用这个库提供的函数替换我们的 fputsfgets

如果你正在 Windows 下开发,而只是想要继续下去,那么可以跳到这一章的结尾,因为接下来的几节可能不相关。

使用 Editline

editline 库 提供两个我们要用的函数,叫做 readlineadd_history。第一个函数, readline 是用来从提示符读取输入的,但是它允许编辑输入。第二个韩式 add_history 让我们记录输入的历史一变我们可以通过上下键再次使用之前的输入。

我们用这些函数取代了 fputsfgets 得到了下面的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <editline/readline.h>
#include <editline/history.h>

int main(int argc, char** argv) {

  /* 打印版本信息和退出信息 */
  puts("Lispy Version 0.0.0.0.1");
  puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

  /* 无限循环 */
  while (1) {

    /* 输出提示符并得到输入 */
    char* input = readline("lispy> ");

    /* 将输入记录进历史 */
    add_history(input);

    /* 将输入反过来显示给用户 */
    printf("No you're a %s\n", input);

    /* 释放 input */
    free(input);

  }

  return 0;
}

我们 included(包含) 一些新的 (头文件)headers. 这里有 #include <stdlib.h>, 让我们可以使用 free 函数在代码的最后。我们还添加了 #include <editline/readline.h>#include <editline/history.h> ,这让我们可以使用 editline , r eadlineadd_history 三个函数。

我们用一个 readline 取代了提示,并且用 fgets 来获得输入。我们将结果传递给 add_history 来记录它。 最后我们像之前一样使用 printf 来打印它。

不像 fgets, readline 函数去掉了输入结尾的换行符,所以我们需要把换行符加到我们的 printf 函数中。我们还需要使用 free 来删除 readline 给我们的输入。因为它并不像 fgets 一样写入到一个已经存在的缓冲区,readline 函数被调用时申请新的空间。关于释放内存我们将会在后面的章节深入讨论。

和 Editline 一起编译

如果你尝试用之前的命令马上编译它你会得到一个错误。这是因为你首先需要在你的电脑上安装 editorline 库。

fatal error: editline/readline.h: No such file or directory #include <editline/readline.h>

Linux 上这可以用命令 sudo apt-get install libedit-dev完成。在 Fedora 或者相似的系统我们可以使用命令 su -c "yum install libedit-dev*"

Maceditline 库应该在 Command Line Tools(命令行工具) 旁边。 如果你得到一个有关头文件未找到的错误。你可以试着删除这一行代码或者安装 readline 库来作为替代。它可以用 Homebrew 或者 MacPorts 来安装。

一旦你安装了它你可以尝试重新编译。这次你会得到一个不同的错误。

undefined reference to `readline'
undefined reference to `add_history'

这代表你没有 (连接)linked 你的程序和 editline连接 过程允许编译器直接将对 editline 的调用嵌入你的程序。你可以在你的编译命令里加上 -ledit 标记让它连接,只要标记在 output 标记(-o)前。

cc -std=c99 -Wall prompt.c -ledit -o prompt

希望你现在应该能够编译你的程序并连接它和 editline。运行并检查你现在是否可以在输入的时候编辑。

**它仍然不能工作!**

一些系统在如何安装,包含,和连接 editline 可能会有所不同。例如在 Mac 和一些其他系统 history 头文件可能不是必需的所以这一行代码就可以移除。 在 Arch linux 上 editline history 头文件是 histedit.h。如果你遇到问题可以在网上搜索并且可以看看你能不能找到特定发行版关于如何使用 editlinereadline 的说明, 这是一个等价的库。

C语言的预处理器

对于一个小工程来说,根据不同的系统写不同的代码可能没有关系 ,但是如果我想把我的源代码发给一个正在用不同操作系统的朋友,让他来协助这个工程,那可能就会引发问题。在一个理想的世界我希望我的源代码能够在任何一个地方或电脑编译。这是C语言中一个常见的问题,它叫做可移植性 。不会总是有一个简单或正确的方案。

octopus

但是 C 提供了一个机制来帮忙,叫做预处理器

预处理器是一个在编译器之前运行的程序。它有许多我们已经使用确不知到的目的。任何有井号 # 的一行都是一个预处理器命令。我们曾经用它来 (包含)include 头文件, 这让我们可以使用标准库和其他库的函数。

预处理器的另外一个作用是监测代码正在什么系统下被编译,并且据此使用不同的代码。

这恰好是我们要用的。如果我们正在运行 Windows 我们就要让预处理器使用一些我准备的装作是 readlineadd_history 函数的代码, 否则我们就包含 editline 的头文件并且使用他们。

为了声明什么代码是编译器应该使用的我们可以把他们写在 #ifdef, #else, 和 #endif 包含的预处理语句。就像一个在代码被编译前的 if。 文件中从第一个 #ifdef 到下一个 #else 的内容在条件成立的情况下被使用,否则就使用 #else 到最后 #endif 的内容取代。通过把这些放到我们伪装的函数和editline 头周围,这段代码就可以在Windows, Linux 或者 Mac 下编译。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* 如果我们正在 Windows 下编译则编译这个函数 */
#ifdef _WIN32

#include <string.h>

static char buffer[2048];

/* 伪装的 readline 函数 */
char* readline(char* prompt) {
  fputs(prompt, stdout);
  fgets(buffer, 2048, stdin);
  char* cpy = malloc(strlen(buffer)+1);
  strcpy(cpy, buffer);
  cpy[strlen(cpy)-1] = '\0';
  return cpy;
}

/* 伪装 add_history function */
void add_history(char* unused) {}

/* 否则包含 editline 头 */
#else

#include <editline/readline.h>
#include <editline/history.h>

#endif

int main(int argc, char** argv) {

  puts("Lispy Version 0.0.0.0.1");
  puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

  while (1) {

    /* 现在任何情况下 readline 函数都被正确的定义了 */
    char* input = readline("lispy> ");
    add_history(input);

    printf("No you're a %s\n", input);
    free(input);

  }

  return 0;
}

参考

```c #include

/* Declare a static buffer for user input of maximum size 2048 */ static char input[2048];

int main(int argc, char** argv) {

/* Print Version and Exit Information */ puts("Lispy Version 0.0.0.0.1"); puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

/* In a never ending loop */ while (1) {

/* Output our prompt */
fputs("lispy> ", stdout);

/* Read a line of user input of maximum size 2048 */
fgets(input, 2048, stdin);

/* Echo input back to user */
printf("No you're a %s", input);

}

return 0; }

      </div>
    </div>
  </div>

  <div class="panel panel-default">
    <div class="panel-heading">
      <h4 class="panel-title">
        <a data-toggle="collapse" data-parent="#accordion" href="#collapseTwo">
          prompt_unix.c
        </a>
      </h4>
    </div>
    <div id="collapseTwo" class="panel-collapse collapse">
      <div class="panel-body">
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <editline/readline.h>
#include <editline/history.h>

int main(int argc, char** argv) {

  /* Print Version and Exit Information */
  puts("Lispy Version 0.0.0.0.1");
  puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

  /* In a never ending loop */
  while (1) {

    /* Output our prompt and get input */
    char* input = readline("lispy> ");

    /* Add input to history */
    add_history(input);

    /* Echo input back to user */
    printf("No you're a %s\n", input);

    /* Free retrived input */
    free(input);

  }

  return 0;
}
  </div>
</div>
```c #include #include

/* If we are compiling on Windows compile these functions */ #ifdef _WIN32

#include <string.h>

static char buffer[2048];

/* Fake readline function / char readline(char* prompt) { fputs("lispy> ", stdout); fgets(buffer, 2048, stdin); char* cpy = malloc(strlen(buffer)+1); strcpy(cpy, buffer); cpy[strlen(cpy)-1] = '\0'; return cpy; }

/* Fake add_history function / void add_history(char unused) {}

/* Otherwise include the editline headers */ #else

#include <editline/readline.h> #include <editline/history.h>

#endif

int main(int argc, char** argv) {

puts("Lispy Version 0.0.0.0.1"); puts("Press Ctrl+c to Exit\n");

while (1) {

/* Now in either case readline will be correctly defined */
char* input = readline("lispy> ");
add_history(input);

printf("No you're a %s\n", input);
free(input);

}

return 0; }

      </div>
    </div>
  </div>

</div>


附加题
-----------

<div class="alert alert-warning">
<ul class="list-group">
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 将提示符从 `lispy>` 修改成你自己的选择。</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 改变显示给同户的回复。</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 向 *版本* 和 *退出* 添加额外信息。</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; `\n` 在字符串中代表什么意思?</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 在 `printf` 中还可以用哪些其他的格式化字符串。</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 当你向 `printf` 传递和格式化字符串不匹配的变量时会发生什么?</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 预处理命令 `#ifndef` 是干什么的?</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 预处理命令 `#define` 是干什么的?</li>
  <li class="list-group-item">&rsaquo; 如果 `_WIN32` 在 windows 上被定义,Linux or Mac 有什么呢?</li>
</ul>
</div>