注：これはNotion AIに書いてもらったブログ記事の例です。
Pythonは、スタックベースのプログラミング言語であるForthを実装するのに適しています。この記事では、PythonでForthを実装する方法を説明します。
PythonのForthインタープリタ
最初に、PythonでForthインタープリタを実装する方法を説明します。以下は、Pythonで実装された簡単なForthインタープリタの例です。
stack = []
def add():
stack.append(stack.pop() + stack.pop())
def subtract():
stack.append(- stack.pop() + stack.pop())
def multiply():
stack.append(stack.pop() * stack.pop())
def divide():
stack.append(1 / stack.pop() * stack.pop())
while True:
program = input("> ")
for token in program.split():
if token == "+":
add()
elif token == "-":
subtract()
elif token == "*":
multiply()
elif token == "/":
divide()
else:
stack.append(float(token))
print(stack)
この例では、スタックをグローバル変数として定義し、add、subtract、multiply、divideのような関数を定義しています。これらの関数は、スタックから必要な数をポップし、演算結果をプッシュします。
whileループでは、ユーザーからForthプログラムを入力し、各トークンを処理してスタックに追加します。演算子が出現した場合は、該当する関数が実行されます。それ以外の場合は、トークンを数値に変換してスタックに追加します。
このForthインタープリタの実行例を示します。
> 2 3 +
[5.0]
> 4 *
[20.0]
> 10 -
[10.0]
> 2 /
[5.0]
この例では、ユーザーが2 3 +、4 *、10 -、2 /というForthプログラムを入力し、それぞれの結果がスタックにプッシュされます。
PythonのForthコンパイラ
次に、PythonでForthコンパイラを実装する方法を説明します。以下は、Pythonで実装された簡単なForthコンパイラの例です。
stack = []
def add():
stack.append(stack.pop() + stack.pop())
def subtract():
stack.append(- stack.pop() + stack.pop())
def multiply():
stack.append(stack.pop() * stack.pop())
def divide():
stack.append(1 / stack.pop() * stack.pop())
def compile_program(program):
compiled = []
for token in program.split():
if token in ["+", "-", "*", "/"]:
compiled.append(token)
else:
compiled.append(float(token))
compiled.append("lit")
return compiled
while True:
program = input("> ")
compiled = compile_program(program)
for token in compiled:
if token == "lit":
stack.append(compiled.pop(0))
elif token == "+":
add()
elif token == "-":
subtract()
elif token == "*":
multiply()
elif token == "/":
divide()
print(stack)
この例では、インタープリタと同様に、スタックと演算子用の関数を定義しています。ただし、Forthプログラムを実行する代わりに、compile_program関数を使用してプログラムをコンパイルします。この関数は、プログラムをトークンに分割し、各トークンが演算子の場合はそのまま、数値の場合は"lit"トークンと共にコンパイルされます。
whileループでは、ユーザーからForthプログラムを入力し、プログラムをコンパイルしてcompiledリストに保存します。次に、各トークンを処理してスタックに追加するとともに、"lit"トークンが出現した場合には、その後に続く数値をスタックに追加します。
このForthコンパイラの実行例を示します。
> 2 3 +
[5.0]
> 4 *
[20.0]
> 10 -
[10.0]
> 2 /
[5.0]
この例では、ユーザーが2 3 +、4 *、10 -、2 /というForthプログラムを入力し、それぞれの結果がスタックにプッシュされます。
PythonのForthクラス
以下は、Forthクラスの完全なコードになります。
class Forth:
def __init__(self):
self.stack = []
self.words = {}
def define(self, name, func):
self.words[name] = func
def execute(self, word):
if isinstance(word, float):
self.stack.append(word)
else:
self.words[word]()
def run(self, program, mode="interpreter"):
if mode == "interpreter":
self.run_interpreter(program)
elif mode == "compiler":
self.run_compiler(program)
def run_interpreter(self, program):
for word in program.split():
if word in self.words:
self.words[word]()
else:
self.execute(float(word))
def run_compiler(self, program):
compiled = self.compile(program)
for word in compiled:
if word in self.words:
self.words[word]()
else:
self.execute(word)
def compile(self, program):
compiled = []
for word in program.split():
if word in self.words:
compiled.append(word)
else:
try:
compiled.append(float(word))
except ValueError:
raise ValueError("Invalid word: {}".format(word))
compiled.append("lit")
return compiled
このForthクラスでは、__init__メソッドでスタックを初期化し、defineメソッドで新しいForth単語を定義します。executeメソッドは、与えられた単語が数値ならスタックにプッシュし、そうでない場合はその単語に対応する関数を実行します。runメソッドは、与えられたプログラムを、指定されたモード（interpreterまたはcompiler）で実行します。
run_interpreterメソッドは、プログラムをインタプリタモードで実行します。各単語がForthディクショナリに含まれる場合は、その単語に対応する関数を実行します。そうでない場合は、単語を数値に変換してスタックにプッシュします。
run_compilerメソッドは、プログラムをコンパイラモードで実行します。まず、compileメソッドを使用してプログラムをコンパイルします。次に、各単語がForthディクショナリに含まれる場合は、その単語に対応する関数を実行します。そうでない場合は、単語をexecuteメソッドで処理します。
compileメソッドは、プログラムをコンパイルします。各単語がForthディクショナリに含まれる場合は、そのままリストに追加します。そうでない場合は、単語を数値に変換してリストに追加し、その後に"lit"トークンを追加します。
以上がPythonのForthクラスの完全なコードになります。このクラスを使用すると、Forthプログラムをインタプリタモードまたはコンパイラモードで実行できます。また、新しいForth単語を定義することもできます。このクラスを使用して、より高度なForthプログラムを作成することができます。
最後に
ここからはparachesが書いた記事です。
今回はまず最初にNotion AIに「PythonでForthインタプリタのサンプルコードを書いて」とお願いしたところから始まりました。そこから何度かのやり取りを経て最終的に「今までのやりとりを技術ブログとしてまとめて」とお願いしてできたのがこのブログです。
内容が正しいかどうかなどあれこれとまとめて、後日アップデートする予定です。