런타임 작성하기

런타임은 토크나이저, 렉서, 파서를 거쳐서 만들어진 AST를 실행하는 역할을 합니다. 런타임은 AST를 순회하면서 각 노드를 실행합니다. 런타임을 구현하는데는 여러 방법이 있지만, 이 튜토리얼에서는 분할정복(Divide and Conquer) 방식을 사용합니다.

AST는 언뜻 보면 복잡해보이지만, 각 노드만 떼어서 보면 간단한 연산입니다. 예를 들어, 다음과 같은 AST가 있다고 가정해보겠습니다.

[
    Print {
        value: BinaryCalculation {
            operator: AdditionOperator { },
            left: StringValue { value: '비만도는 ' },
            right: Variable { name: '비만도' },
        },
    },
]

Print 노드는 value의 값을 출력합니다
BinaryCalculation 노드는 operator의 연산자로 left와 right를 계산합니다
AdditionOperator는 두 값을 더하는 연산을 제공합니다

각 노드의 동작만 제대로 정의해주고, 런타임은 각 노드를 순회하면서 동작을 실행하면 됩니다.

앞에서 보았다시피, 각 노드를 클래스로 정의하였습니다. 그리고 그 상속 관계는 다음과 같습니다.

Token
- Executable
  - Evaluable
    - NumberValue
    - StringValue
    - Variable
    - BinaryCalculation
  - SetVariable
  - Print
- Operator
- Keyword
- LineBreak

이제 각 노드의 동작을 정의해보겠습니다.

Token

일반 토큰 노드를 나타내는 클래스입니다. 특별한 일을 하지는 않고, 상속을 위한 클래스입니다.

class Token {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }
}

Executable (inherit Token)

실행 가능한 노드를 나타내는 클래스입니다. 노드를 실행하는 execute 메서드를 정의하겠습니다.

이 노드는 AST에 직접 들어가지는 않습니다. 다른 노드들의 상속을 위해 사용합니다.

class Executable extends Token {
  execute() {}
}

Evaluable (inherit Executable)

계산 가능한 노드를 나타내는 클래스입니다. 노드의 계산 결과를 제공하는 eval 메서드를 정의하겠습니다.

이 노드 또한 AST에 직접 들어가지는 않습니다. 다른 노드들의 상속을 위해 사용합니다.

class Evaluable extends Executable {
  eval() {
    // 계산 결과를 반환합니다
  }
  execute() {
    this.eval();
  }
}

NumberValue & StringValue (inherit Evaluable)

숫자와 문자를 나타내는 클래스입니다. eval 메서드에서는 자기 자신을 반환합니다.

class NumberValue extends Evaluable {
  eval() {
    return this;
  }
}

Operator (inherit Token)

연산자를 나타내는 클래스입니다. +, -, *, / 등의 연산자를 나타냅니다. 연산자는 연산의 방법을 제공해야 합니다. 이를 위해 calculate 메서드를 정의합니다.

class Operator extends Token {
	calculate(left, right) {
		// 연산자가 수행할 연산을 정의합니다
		// 예를 들어, 덧셈 연산자는 다음과 같이 정의할 수 있습니다

		if (this.value === '+') {
			// 좌항과 우항이 어떤 타입인지에 따라 다른 연산을 수행합니다
			// 둘 다 숫자라면, 두 값을 더해서 새로운 NumberValue를 반환합니다

			if (left instanceof NumberValue && right instanceof NumberValue) {
				return new NumberValue(left.value + right.value)
			}

            // 이와 동일하게, 나머지 타입에 대해서도 연산을 정의합니다
            ...
		}

        // 나머지 연산자에 대해서도 동일하게 정의합니다
        ...
	}
}

Keyword (inherit Token)

:와 같이, 흐름에 있어서 의미를 가지는 노드입니다. 다만 파싱 과정에서 다른 노드들로 대체되기 때문에, 런타임에서는 사용되지 않습니다.

class Keyword extends Token {}

LineBreak (inherit Token)

줄바꿈을 나타내는 노드입니다. 런타임에서는 무시하고 넘어갑니다.

class LineBreak extends Token {}

BinaryCalculation (inherit Evaluable)

두 값을 연산하는 노드입니다. left와 right를 operator로 계산합니다.

class BinaryCalculation extends Evaluable {
  constructor(left, operator, right) {
    // 파싱의 과정에서 left, operator, right의 순서로 자식 노드가 constructor에 전달됩니다
    super();

    // property에 저장해둡니다
    this.left = left;
    this.operator = operator;
    this.right = right;
  }
  eval() {
    // left와 right의 값을 계산합니다
    const left = this.left.eval();
    const right = this.right.eval();

    // operator의 calculate 메서드를 호출합니다
    return this.operator.calculate(left, right);
  }
}

SetVariable (inherit Executable)

class SetVariable extends Executable {
  constructor(name, value) {
    super();
    this.name = name;
    this.value = value;
  }

  execute() {
    const value = this.value.eval();
    // 엥? 값을 일단 계산하긴 했는데, 어디에 저장해야 할까요?
  }
}

변수를 클래스의 프로퍼티에 저장할 수는 없습니다. 다른 연산에서 변수의 값을 참조하기 어렵기 때문입니다. 그렇기 때문에, 변수를 저장하는 별도의 공간인 **스코프 (Scope)**를 만들겠습니다.

스코프 (Scope)

스코프는 변수를 저장하는 공간입니다. 스코프는 두 가지 기능을 제공합니다.

변수를 저장합니다
변수를 참조합니다

간단하게 Map으로 구현하겠습니다.

const scope = new Map();

스코프의 구현은 위가 끝입니다.

스코프를 사용하기

스코프를 사용해서 SetVariable 노드를 다시 구현해보겠습니다.

class SetVariable extends Executable {
  constructor(name, value) {
    super();
    this.name = name;
    this.value = value;
  }

  execute(scope) {
    const value = this.value.eval();
    scope.set(this.name, value);
  }
}

execute 메소드에서 scope를 인자로 받았습니다. 이제 execute 메소드를 호출할 때엔 항상 scope를 전달해주면 됩니다.

Variable (inherit Evaluable)

변수의 값을 가져오는 노드입니다. name을 가집니다.

class Variable extends Evaluable {
  constructor(name) {
    super();
    this.name = name;
  }

  eval(scope) {
    return scope.get(this.name);
  }
}

Print (inherit Executable)

값을 출력하는 노드입니다. value를 가집니다. value는 evaluable의 인스턴스여야 합니다.

class Print extends Executable {
  constructor(value) {
    super();
    this.value = value;
  }

  execute(scope) {
    const value = this.value.eval(scope);
    console.log(value);
  }
}

이제 모든 구상이 끝났습니다. 이제 코드를 직접 작성해보겠습니다.

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