Mython

Интерпретатор языка программирования Mython. Mython (Mini-python) — упрощённое подмножество Python.

Сборка проекта

Перейти в каталог проекта, выполнить:

mkdir build && cd "$_"
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \
      -DBUILD_TESTING=OFF ..
cmake --build .

Запуск

После запуска Mython ожидает ввод программы от пользователя. Для завершения ввода необходимо нажать C^D, после этого введенная программа начнет исполняться.

./Mython
Mython version: 1.0.0
class Factorial:
  def calc(n):
    if n == 0:
      return 1
    return n * self.calc(n - 1)

fact = Factorial()
x = 10
print "Факториал числа", x, "равен", fact.calc(x)
# Для завершения ввода необходимо нажать C^D
Факториал числа 10 равен 3628800

Также при запуске Mython можно передать на вход файл, содержащий скрипт программы на исполнение:

./Mython < script.my
Mython version: 1.0.0
Факториал числа 10 равен 3628800
Число Фибоначи для числа 10 равно 55

Описание языка Mython

Числа

В языке Mython используются только целые числа. С ними можно выполнять обычные арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, целочисленное деление.

Строки

Строковая константа в Mython — это последовательность произвольных символов, размещающаяся на одной строке и ограниченная двойными кавычками " или одинарными '. Поддерживается экранирование спецсимволов '\n', '\t', '\'' и '\"'. Примеры строк в Mython:

• "hello"
• 'world'
• 'long string with a double quote " inside'
• "another long string with a single quote ' inside"
• "string with a double quote \" inside"
• 'string with a single quote \' inside'
• '', "" — пустые строки. Строки в Mython — неизменяемые.

Логические константы и None

Кроме строковых и целочисленных значений язык Mython поддерживает логические значения True и False. Есть также специальное значение None, аналог nullptr в С++. В отличие от C++, логические константы пишутся с большой буквы.

Комментарии

Mython поддерживает однострочные комментарии, начинающиеся с символа #. Весь следующий текст до конца текущей строки игнорируется. # внутри строк считается обычным символом.

# это комментарий
x = 5 #это тоже комментарий
# в следующей строке # - обычный символ
hashtag = "#природа"

Идентификаторы

Идентификаторы в Mython используются для обозначения имён переменных, классов и методов. Об этом далее. Идентификаторы формируются так же, как в большинстве других языков программирования: начинаются со строчной или заглавной латинской буквы либо с символа подчёркивания. Потом следует произвольная последовательность, состоящая из цифр, букв и символа подчёркивания.

Примеры правильных идентификаторов: x, _42, do_something, int2str. Примеры неправильных идентификаторов:

• 4four — начинается с цифры;
• one;two — содержит символ, который не относится к цифрам, буквам или знакам подчёркивания.

Классы

Объявление класса начинается с ключевого слова class, за которым следует идентификатор имени и объявление методов класса. Пример класса «Прямоугольник»:

class Rect:
  def __init__(w, h):
    self.w = w
    self.h = h

  def area():
    return self.w * self.h

Специальный метод __init__ играет роль конструктора — он автоматически вызывается при создании нового объекта класса. Метод __init__ может отсутствовать.

Неявный параметр всех методов — специальный параметр self, аналог указателя this в C++. Параметр self ссылается на текущий объект класса.

Поля не объявляются заранее, а добавляются в объект класса при первом присваивании. Поэтому обращения к полям класса всегда надо начинать с self., чтобы отличать их от локальных переменных.

Все поля объекта — публичные.

r = Rect(10, 5)

В этой программе создаётся новый объект класса Rect. При вызове метода __init__ параметр w будет иметь значение 10, а параметр h — 5. Созданный прямоугольник будет доступен в переменной r.

Типизация

Mython — это язык с динамической типизацией. В нём тип каждой переменной определяется во время исполнения программы и может меняться в ходе её работы. Поэтому вместо «присваивания переменной значения» лучше говорить о «связывании значения с некоторым именем». Благодаря динамической типизации при первом использовании переменной не надо указывать её тип. Пример:

x = 4  # переменная x связывается с целочисленным значением 4
# следующей командой переменная x связывается со значением 'hello'
x = 'hello'
y = True
x = y

Операции

В Mython определены:

• Арифметические операции для целых чисел, деление выполняется нацело. Деление на ноль вызывает ошибку времени выполнения.
• Операция конкатенации строк, например: s = 'hello, ' + 'world'.
• Операции сравнения строк и целых чисел ==, !=, <=, >=, <, >; сравнение строк выполняется лексикографически.
• Логические операции and, or, not.
• Унарный минус.

Приоритет операций (в порядке убывания приоритета):

• Унарный минус.
• Умножение и деление.
• Сложение и вычитание.
• Операции сравнения.
• Логические операции.

Порядок вычисления выражений может быть изменён скобками:

print 2 + 3 * 4   # выведет 14
print (2 + 3) * 4 # выведет 20

В Mython операция сложения кроме чисел и строк применима к объектам классов со специальным методом __add__:

class Fire:
  def __init__(obj):
    self.obj = obj

  def __str__():
    return "Burnt " + str(self.obj)

class Tree:
  def __str__():
    return "tree"

class Matches: # Спички
  # операция сложения спичек с другими объектами превращает их в огонь
  def __add__(smth):
    return Fire(smth)

result = Matches() + Tree()
print result             # Выведет Burnt tree
print Matches() + result # Выведет Burnt Burnt tree

Операции сравнения применяются не только к числам и строкам, но и к объектам классов, имеющих методы __eq__ (проверка «равно») и __lt__ (проверка «меньше»). Используя эти методы, можно реализовать все операции сравнения.

class Person:
  def __init__(name, age):
    self.name = name
    self.age = age
  def __eq__(rhs):
    return self.name == rhs.name and self.age == rhs.age
  def __lt__(rhs):
    if self.name < rhs.name:
        return True
    return self.name == rhs.name and self.age < rhs.age

print Person("Ivan", 10) <= Person("Sergey", 10) # True
print Person("Ivan", 10) <= Person("Sergey", 9)  # False

Функция str

Функция str преобразует переданный ей аргумент в строку. Если аргумент — объект класса, она вызывает у него специальный метод __str__ и возвращает результат. Если метода __str__ в классе нет, функция возвращает строковое представление адреса объекта в памяти. Примеры:

• str('Hello') вернёт строку Hello;
• str(100500) вернёт строку 100500;
• str(False) вернёт строку False;
• str(Rect(3, 4)) вернёт адрес объекта в памяти, например 0x2056fd0.

Пример класса с методом __str__:

class Rect(Shape):
  def __init__(w, h):
    self.w = w
    self.h = h

  def __str__():
    return "Rect(" + str(self.w) + 'x' + str(self.h) + ')'

Выражение str(Rect(3, 4)) вернёт строку Rect(3x4).

Команда print

Специальная команда print принимает набор аргументов, разделённых запятой, печатает их в стандартный вывод и дополнительно выводит перевод строки. Посмотрите на этот код:

x = 4
w = 'world'
print x, x + 6, 'Hello, ' + w

Он выведет: 4 10 Hello, world

Команда print вставляет пробел между выводимыми значениями. Если ей не передать аргументы, она просто выведет перевод строки.

Чтобы преобразовать каждый свой аргумент в строку, команда print вызывает для него функцию str. Таким образом, команда print Rect(20, 15) выведет в stdout строку Rect(20x15).

Условный оператор

В Mython есть условный оператор. Его синтаксис:

if <условие>:
  <действие 1>
  <действие 2>
  ...
  <действие N>
else:
  <действие 1>
  <действие 2>
  ...
  <действие M>

<условие> — это произвольное выражение, за которым следует двоеточие. Если условие истинно, выполняются действия под веткой if, если ложно — действия под веткой else. Наличие ветки else необязательно.

<условие> может содержать сравнения, а также логические операции and, or и not. Условие будет истинным или ложным в зависимости от того, какой тип имеет вычисленное выражение.

Если результат вычисления условия — значение логического типа, для проверки истинности условия используется именно оно. Примеры:

• if x > 0:
• if s != 'Jack' and s != 'Ann':

Если результат вычисления условия — число, условие истинно тогда и только тогда, когда это число не равно нулю, как в C/C++, например, if x + y:.

Если результат вычисления условия — строка, условие истинно тогда и только тогда, когда эта строка имеет ненулевую длину.

Если результат вычисления условия — объект класса, условие истинно.

Если результат вычисления условия — None, условие ложно.

Действия в ветках if и else набраны с отступом в два пробела. В языке Mython команды объединяются в блоки отступами. Один отступ равен двум пробелам. Отступ в нечётное количество пробелов считается некорректным.

Наследование

В языке Mython у класса может быть один родительский класс. Если он есть, он указывается в скобках после имени класса и до символа двоеточия. В примере ниже класс Rect наследуется от класса Shape:

class Shape:
  def __str__():
    return "Shape"

  def area():
    return 'Not implemented'

class Rect(Shape):
  def __init__(w, h):
    self.w = w
    self.h = h

  def __str__():
    return "Rect(" + str(self.w) + 'x' + str(self.h) + ')'

  def area():
    return self.w * self.h

Наследование в Mython работает так же, как в Python, — все методы родительского класса становятся доступны классу-потомку. При этом все методы публичные и виртуальные. Например, код ниже выведет Hello, John:

class Greeting:
  def greet():
    return "Hello, " + self.name()

  def name():
    return 'Noname'

class HelloJohn(Greeting):
  def name():
    return 'John'

greet_john = HelloJohn()
print greet_john.greet()

Методы

Методы в Mython имеют синтаксис:

def <имя метода>(<список параметров>):
  <действие 1>
  <действие 2>
  ...
  <действие N>

Ключевое слово def располагается с отступом в два пробела относительно класса. Инструкции, составляющие тело метода, имеют отступ в два пробела относительно ключевого слова def.

Как и в случае полей класса, обращения к полям и методам текущего класса надо начинать с self.:

class Factorial:
  def calc(n):
    if n == 0:
      return 1
    return n * self.calc(n - 1)

fact = Factorial()
print fact.calc(4) # Prints 24

Этот пример также показывает поддержку рекурсии, которая компенсирует отсутствие циклов в языке.

Команда return завершает выполнение метода и возвращает из него результат вычисления своего аргумента. Если исполнение метода не достигает команды return, метод возвращает None.

Семантика присваивания

Как сказано выше, Mython — это язык с динамической типизацией, поэтому операция присваивания имеет семантику не копирования значения в область памяти, а связывания имени переменной со значением. Как следствие, переменные только ссылаются на значения, а не содержат их копии. Говоря терминологией С++, переменные в Mython — указатели. Аналог nullptr — значение None. Код ниже выведет 2, так как переменные x и y ссылаются на один и тот же объект:

class Counter:
  def __init__():
    self.value = 0

  def add():
    self.value = self.value + 1

x = Counter()
y = x
x.add()
y.add()
print x.value

Прочие ограничения

Результат вызова метода или конструктора в Mython — терминальная операция. Её результат можно присвоить переменной или использовать в виде параметра функции или команды, но обратиться к полям и методам возвращённого объекта напрямую нельзя:

# Так нельзя
print Rect(10, 5).w
# А вот так можно
r = Rect(10, 5)
print r.w