BH-Python-Interpreter-2023/docs/grammar.md

Specific Python

I. 程序结构

按照控制流逐行执行。

II. 语法规则

1. 字符集合

ASCII 编码，区分大小写，中文字符是未定义的，合法字符集如下：

• 标识符（包括变量标识符、函数标识符）：26 个小写英语字母，26 个大写英语字母，数码 0 到 9，下划线 _
• 标准运算符：加号 +，减号 -，乘号 *，浮点除 /，整除//，取模 %
• 关系运算符：大于 >，小于 <，大于等于 >=，小于等于 <=，不等于 !=，等于 ==
• 增量运算符：加法 +=，减法 -=，乘法 *=，浮点除 /=，整除 //=，取模%=
• 赋值运算符：赋值 =
• 下标运算符：取下标对象 []
• 优先级运算符：括号 ()
• 分隔符：逗号 ,
• 特殊符号：空格 ，换行符 \n，制表符 \t，注释标识符 #，字符串标识符 " 或 '。

2. 关键字

None
True
False
def
return
break
continue
if
elif
else
while
or
and
not

关键字不可作为变量名或函数名。

3. 空白字符

空格、制表符在源文件中可以区分词素 (Token)，同时在一行的开头可以表示缩进。

换行符表示新的语句的开始。

缩进在 Python 用于识别代码块，相关问题将在 Parser 中使用 Antlr4 解决，无需考虑相关的实现。

4. 注释

从 # 开始到本行结束的内容都会被作为注释。

5. 标识符

标识符的第一个字符必须是英文字母，第二个字符开始可以是英文字母、数字或者下划线。

标识符区分大小写。长度超过 64 个字符的标识符是未定义的。

6. 常量

• 逻辑常量：True 为真，False 为假

• 整数常量：

  • 整数常量以十进制表示，非十进制的表示为未定义行为

  • 整数常量不设负数，负数可以由正数取负号得到

  • Python 中，整数的范围是没有限制的，此处同理，这意味着你必须实现高精度整数

  • 首位为 0 的整数常量是未定义的

• 浮点数常量：

  • 浮点数常量以十进制表示
  • 浮点数常量不设负数，负数可以由正数取负号得到
  • 拥有前导 0 的浮点数为未定义的，如0001.1
  • 含有 e 的浮点数为未定义的，如 1e5
  • 以 . 开头的浮点数为未定义的，如 .123

• 字符串常量

  • 字符串常量是由双引号 " 或单引号 ' 括起来的字符串
  • 可以由两个字符串拼接而形成新的字符串常量。如 "123""456" 相当于 "123456"
  • 字符串中的所有字符必须是可示字符 (printable character) 或空格中的一种

• 空值常量：None 用来表示变量没有指向任何值

7. 数据类型

• bool：只有 True 和 False

• int：高精度整数

• float: 与 C++ 中的 double 一致

• str：字符串，不可修改!

• 元组: 具体表现请参考 python (待完善)

8. 表达式

8.1. 基础表达式

基础表达式包括单独出现的常量、变量、函数调用和数组访问。

8.2. 算术表达式

合法的算术运算符包括：+, -, *, /, //, %，具体行为可以参照 C++，特殊行为有：

• 字符串运算符
  • str + str 表示字符串的拼接
  • str * int 表示字符串的重复
  • str <= str 表示字符串的比较，比较规则同 C++ std::string，>=, ==等同理
• 除法
  • / 表示浮点除，即计算结果为浮点数
  • // 表示整除，即计算结果为整数。注意无论正负皆向下取整，例如 -5 // 3 = -2
  • % 表示模运算，无论模数的正负，皆定义为：a % b = a - (a // b) * b
• 比较
  • == 和 != 会尝试将两边的值转化为相同类型后再进行比较，但并不会转化为 str 类型。无法转化时，比较结果为 False。
• 连续比较
  • 存在 1<2>3 这样连续的关系运算符，处理方法是将其拆为相邻的比较并用 and 连接但每个值最多只计算一次
  • 如 a()<b()<c()，等价于先翻译成 a()<b() and b()<c() 再进行计算， a(),b(),c() 最多只调用一次（因为短路运算符）
• 逻辑运算符
  • and 等价于 C++ 中的 &&，or 等价于 C++ 中的 ||， not 等价于 C++ 中的 !
  • and 和 or 为短路运算符
• 隐式转化
  • 运算时如果两个运算数类型不一致，需转化成相同类型之后再进行运算
  • 具体转化规则参考 C++

不包含在特殊行为和 C++ 标准中的行为均为未定义行为。

8.3. 赋值表达式

• 给一个变量赋值的意义是将这个变量指向右值，右值不管类型
• 如 a=1,a=”123”,a=1.1 这三条语句依次执行，再输出 a，结果是 1.1，允许变量遮蔽
• 可以给多变量赋值，如 a,b=1,2 意思是 a=1,b=2 依次执行，此处或与标准 Python 不同
• 增量赋值即为普通算术运算的简化表达，具体行为参考 C++

8.4. 运算符优先级

从低到高依次为（其中处在相同行的运算符优先级相同）

=
or
and
not
< > <= >= == !=
+ -
* / // %
()

9. 语句

9.1. 变量定义/赋值语句

• 单变量赋值：var = value
• 连续赋值：var_1 = var_2 = ... = value

参考[赋值表达式](####8.3. 赋值表达式)。

9.2. 表达式语句

参考[表达式](###8. 表达式)

9.3. 条件语句

if expression_1:
	# code block
elif expression_2:
	# code block
else expression_3:
	# code block

elif 相当于 else if，else 可以没有。

9.4. 循环语句

while expression:
	# code block

9.5. 跳转语句

• 包括 return，break，和 continue
• 具体行为参考 C++

10. 函数

10.1. 函数定义

def func(parameters):
	# code block

• 参数列表如 a, b, c，变量名之间用逗号分隔，可以为空

• 有些变量可以有默认值，但是都必须出现在无默认值的变量后面

• 函数可以有返回值，也可以没有返回值，无需显示声明。返回值可以为多变量，如 return a, b

10.2. 函数调用

func(parameters)

• 函数调用必须出现在该函数定义后。

• 参数有两种形式：keyword 和 positional

  • Keyword argument 比如 foo(a=1,b=2) 表示传入参数 a 的值为 1，b 的值 2

  • Positional argument 是指 foo(1,2) 这样按照出现顺序指代参数

  • 若一个参数列表中同时有两种参数形式，那么 positional argument 必须出现在 keyword argument 之前。如 foo(1,b=2)

• 数据保证递归层数不超过 2000 层

11. 内建函数

• print：输出，可以有任意个参数，逐个输出，中间用空格分隔。输出后换行。输出 float 保留 6 位小数。输出字符串不要输出前后面的引号。如 print("123",1.0) 请输出 123 1.000000。

• int：将 float 或 bool 或 str 转成 int。

• float: 将 int 或 bool 或 str 转成 float。

• str： 将 int 或 float 或 bool 转成 str。

• bool： 将 int 或 float 或 str 转成 bool。对于 str，如果是 "" 则为 False，否则为 True。

• 转型类函数都只有一个参数。

12. 作用域

作用域相关规则：

• 与标准 Python 不同，全局变量的生效范围是全部范围（不用 global 关键字即可访问）

• 只有函数的调用会产生新的作用域，作用域的产生请参考 Python

• 没有代码块级作用域，变量注销只发生在函数级作用域退出时

• 全局作用域无需global即可访问，因此，局部变量覆盖全局变量的唯一方式是通过函数参数列表覆盖。