Моделирование интерпретатора функционального языка программирования с возможностями метапрограммирования

Цель исследований заключается в моделировании интерпретатора функционального языка программирования с возможностями метапрограммирования и анализе способов реализации примитивных операторов на основе макросов.
Методы. Была разработана формальная модель интерпретатора функционального языка, являющегося подмножеством Common Lisp, с денотационной семантикой, которая позволяет точно описать поведение интерпретатора при вычислении элементов языка, таких как цитирование, обращение к переменным, последовательность действий, ветвление, присваивание, абстракция, аппликация.
Результаты. На основе денотационной семантики был разработана архитектура интерпретатора функционального языка с возможностями метапрограммирования. В качестве базовых типов объектов были выбраны числа, символы, пары, строки и массивы. Для хранения объектов была использована теговая архитектура, где младшие биты адреса объекта всегда равны нулю, поэтому в них можно хранить код типа объекта и бит для пометки. Выделение и освобождение объектов происходит автоматически: для сборки мусора использован алгоритм пометки и очистки. С помощью макросов были реализованы операторы ветвления – полные и неполные, оператор выбора, операторы блока связанных переменных.
Заключение. В результате работы был реализован интерпретатор функционального языка с возможностями метапрограммирования. С помощью макросов были реализованы примитивные операторы условия, выбора, блока связанных переменных. На примере этих операторов показано, что, используя метапрограммирование, можно встраивать в интерпретатор только базовые формы и примитивы, а остальные операторы могут быть реализованы с помощью метапрограммирования, что позволяет упростить и сократить объем программного кода интерпретатора.

1. Сайбель П. Практическое использование Common Lisp. М.: ДМК Пресс, 2017. 488 с.

2. Душкин Р. В. Функциональное программирование на языке Haskell. М.: ДМК Пресс, 2016. 608 с.

3. Узких Г. Ю. Функциональное программирование и его влияние на качество кода и обслуживаемость // Вестник науки. 2023. Т. 4, № 8(65). С. 316–318. EDN TQONQF.

4. Телегин В. А. Влияние функционального программирования на современные языки программирования // Инновации и инвестиции. 2023. № 7. С. 189–192. EDN VQEXEK

5. Городняя Л. В. Перспективы функционального программирования параллельных вычислений // Электронные библиотеки. 2021. Т. 24, № 6. С. 1090–1116. https://doi.org/10.26907/1562-5419-2021-24-6-1090-1116. EDN LOGTRU

6. Билуха И. Н. Актуальность функционального программирования // Студенческий вестник. 2020. № 5-4 (103). С. 60–61. EDN VTDJGN

7. Krasnov M. M., Feodoritova O. B. Using the functional programming library for solving numerical problems on graphics accelerators with CUDA technology // Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. 2021. Vol. 33, No. 5. P. 167–180. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2021-33(5)-10. EDN WXDIFI

8. Domkin V. Programming Algorithms in Lisp. Berkeley: Apress, 2021. 377 p.

9. Грэй П. ANSI Common LISP. М.: Символ-Плюс, 2020. 448 с.

10. Малов А. В., Родионов С. В. Реализация упрощенного алгоритма Байеса в среде функционального программирования COMMON LISP // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. № 2. С. 32–37. EDN TKJVLJ

11. Вторников А. Lisp: маленький гигант // Системный администратор. 2016. № 6 (163). С. 64–69. EDN VZGXVD

12. Nystrom R. Crafting interpreters. М.: Nobel Press, 2024. 640 p.

13. Ульман Джеффри Д., Сети Рави. Компиляторы: принципы, технологии и инструментарий. М.: Диалектика-Вильямс, 2018. 1184 с.

14. Халилов Э. Р. Разработка интерпретатора для языка программирования видеоигр // Информационно-компьютерные технологии в экономике, образовании и социальной сфере. 2020. № 1 (27). С. 79–89. EDN KNIRUT

15. Абельсон Х., Сассман Д. Структура и интерпретация компьютерных программ. М.: КДУ, 2022. 608 с.

16. Григорьев Е. А., Климов Н. C. Использование Ahead-Of-Time компиляции в платформе.NET как альтернатива Just-In-Time компиляции // E-Scio. 2019. № 11 (38). С. 364–371. EDN EOMDHH

17. Харин И. А., Раскатова М. В. Анализ алгоритмов составляющих частей компилятора и его оптимизации // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10, № 2. С. 26–35. https://doi.org/10.33693/2313-223X-2023-10-2-26-35. EDN BDGKMA

18. Штейнберг Б. Я., Штейнберг О. Б. Преобразования программ – фундаментальная основа создания оптимизирующих распараллеливающих компиляторов // Программные системы: теория и приложения. 2021. Т. 12, № 1 (48). С. 21–113. https://doi.org/10.25209/2079-3316-2021-12-1-21-113. EDN FZFEPX

19. Чаплыгин А. А. Использование метапрограммных средств языка Common Lisp для разработки систем эмуляторов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2023. Т. 13, № 3. С. 135–145.

20. Krishnamurthi Sh. Programming Languages: Application and Interpretation. Providence: Brown University, 2022. 376 p.