用 C# 编写解释器：实现指令的最佳方式？

Question

我正在使用 C# 编写一个 PLC 语言解释器。该 PLC 语言包含 20 多种数据类型和 25 条左右的指令。当我开始生成代码时，我会平衡两种不同的指令编写方式：

1) 每一种指令都在一个类中表示，其中包含一个大的switch，以便选择数据类型。示例：

public class ADD : Instruction
{
    private string type;

    public ADD(string type)
    {
        this.type = type;
    }

    public bool Exec(Context c)
    {
        switch (type)
        {
            case "INT":
                short valor2 = c.PopINT();
                short valor = c.PopINT();
                short result = (short)(valor + valor2);
                c.PushINT(result);
                break;
            case "DINT":
                int valor4 = c.PopDINT();
                int valor3 = c.PopDINT();
                int result2 = (int)(valor4 + valor3);
                c.PushDINT(result2);
                break;
            case "BOOL":
                // Implement BOOL
                break;
            // Implement other types...
            default:
                break;
        }

        c.IP++;
        return false; ;
    }

}

2) 每个类代表具有单一数据类型的单一指令。这样可以避免大的switch。示例：

public class ADDi : Instruction
{
    public bool Exec(Context c)
    {
        short valor = c.PopINT();
        short valor2 = c.PopINT();
        short result = (short)(valor + valor2);
        c.PushINT(result);
        c.IP++;
        return false;
    }
}

我正在使用 COMMAND 设计模式 (Exec()) 来编写指令。我认为第二个选择更好，因为它避免了大开关，但该选择涉及编写超过 400 条指令。

请始终牢记，在这种情况下，执行性能比翻译性能更重要。

所以，我的确切问题如下：有没有其他方法来分解指令和数据类型？我希望在不影响性能的情况下编写更少的指令。

编辑：

这张图显示了我的类型层次结构：

这是 INT 类实现：

public class INT : ANY_INT
{

    public override string DefaultInitValue()
    {
        return "0";
    }

    public override int GetBytes()
    {
        return 2;
    }

    public override string GetLastType()
    {
        return this.ToString();
    }

    public override string ToString()
    {
        return "INT";
    }

}

有些类更复杂（结构、数组等）。

Push 和 Pop 操作定义如下：

public void PushINT(short value)
{
    //SP -> Stack Pointer
    resMem.WriteINT(SP, value);
    SP += 2;
}

public short PopINT()
{
    SP -= 2;
    short value = resMem.ReadINT(SP);
    return value;
}

最后是在内存中读写的操作。

public void WriteINT(int index, short entero)
{
    SetCapacity(index + 2); // Memory grows up dinamically
    memory[index] = (sbyte)((ushort)entero >> 8 & 0x00FF);
    memory[index + 1] = (sbyte)((ushort)entero >> 0 & 0x00FF);
}

public short ReadINT(int index)
{            
    return (short)(((short)(memory[index]) << 8 & 0xFF00) |
       ((short)(memory[index + 1]) & 0x00FF));
}

我希望这些信息对您有所帮助。谢谢你。

Answer 1

如果您可以更改 Context 的实现以支持泛型类型（例如，Pop<int> 而不是 PopINT()），您可以使用委托来简化实现。

加法：

var addInt = new MathInstruction<int>((a, b) => a + b));
var addDouble = new MathInstruction<double>((a, b) => a + b));
var addDecimal = new MathInstruction<decimal>((a, b) => a + b));

减法：

var subtractInt = new MathInstruction<int>((a, b) => a - b));
var subtractDouble = new MathInstruction<double>((a, b) => a - b));
var subtractDecimal = new MathInstruction<decimal>((a, b) => a - b));

部门：

var divideIntAsDouble = new MathInstruction<int, double>((a, b) => a / b));
var divideDouble = new MathInstruction<double>((a, b) => a / b));
var divideDecimal = new MathInstruction<decimal>((a, b) => a / b));

以及类型之间的转换：

var addIntAndDouble = new MathInstruction<int, double, double>((a, b) => a + b));

它会这样实现：

class MathInstruction<TA, TB, TResult> : Instruction
{
    private Func<TA, TB, TResult> callback;

    public MathInstruction(Func<TA, TB, TResult> callback) 
    {
        this.callback = callback;
    }

    public bool Exec(Context c)
    {
        var a = c.Pop<TA>();
        var b = c.Pop<TB>();
        var result = callback(a, b);
        c.Push<TResult>(result);
        return false;
    }
}

// Convenience
class MathInstruction<T, TResult> : MathInstruction<T, T, TResult>
class MathInstruction<T> : MathInstruction<T, T, T>

我想你的上下文只是有一个Stack<object> 和PopINT、PopBOOL 等。只需弹出参数并强制转换。在这种情况下，您可能只需使用：

public T Pop<T>()
{
    var o = stack.Pop();
    return Convert.ChangeType(o, typeof(T));
} 

public void Push<T>(T item)
{
    stack.Push(item);
} 

请注意，这也可以处理您的逻辑运算符 - 例如：

var logicalAnd = new MathInstruction<bool>((a, b) => a && b);
var logicalOr = new MathInstruction<bool>((a, b) => a || b);

Answer 2

你可以使用继承吗？我会看到有关数据类型的继承的巧妙组合，然后是将执行委托给适当对象的策略模式。

但是我们真的需要看一个类图来帮助你。

记住要编程到一个接口，而不是一个类型，而且，组合比继承更强大。我希望这可以帮助你。