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Thorsten Ball

writing an

INTERPRETER

in go

Contents

Acknowledgments 3

Introduction 4

The Monkey Programming Language & Interpreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Why Go? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

How to Use this Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1 Lexing 9

1.1 - Lexical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2 - Dening Our Tokens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3 - The Lexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 - Extending our Token Set and Lexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.5 - Start of a REPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2 Parsing 28

2.1 - Parsers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2 - Why not a parser generator? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3 - Writing a Parser for the Monkey Programming Language . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 - Parser’s rst steps: parsing let statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5 - Parsing Return Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.6 - Parsing Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Expressions in Monkey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Top Down Operator Precedence (or: Pratt Parsing) . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Preparing the AST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Implementing the Pratt Parser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Identiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Integer Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Prex Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Inx Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.7 - How Pratt Parsing Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2.8 - Extending the Parser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Boolean Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Grouped Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

If Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Function Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Call Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Removing TODOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.9 - Read-Parse-Print-Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3 Evaluation 103

3.1 - Giving Meaning to Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.2 - Strategies of Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.3 - A Tree-Walking Interpreter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.4 - Representing Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Foundation of our Object System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Booleans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Null . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.5 - Evaluating Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Integer Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Completing the REPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Boolean Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Null . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Prex Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Inx Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

3.6 - Conditionals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.7 - Return Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

3.8 - Abort! Abort! There’s been a mistake!, or: Error Handling . . . . . . . . . . . . 131

3.9 - Bindings & The Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.10 - Functions & Function Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

3.11 - Who’s taking the trash out? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

4 Extending the Interpreter 152

4.1 - Data Types & Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

4.2 - Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Supporting Strings in our Lexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Parsing Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Evaluating Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

String Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

4.3 - Built-in Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

len . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

4.4 - Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Supporting Arrays in our Lexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Parsing Array Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Parsing Index Operator Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Evaluating Array Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Evaluating Index Operator Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Adding Built-in Functions for Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Test-Driving Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

4.5 - Hashes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Lexing Hash Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Parsing Hash Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Hashing Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Evaluating Hash Literals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Evaluating Index Expressions With Hashes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

4.6 - The Grand Finale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Resources 200

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