REPL

概述

REPL(read-eval-print-loop)是一个简单，交互式的计算机编程环境。这个术语经常在Lisp交互式环境中被引用，但是它可以被应用到命令行界面（command line shell），或者在类似的编程环境中，其同义词是交互式编程环境（interactive toplevel）和Language Shell，如下语言都具备这样的环境（APL, BASIC, F#, Haskell, J , Perl, PHP, Python, Ruby, Prolog, Scala, Smalltalk, Tcl, Standard ML）.

 

REPL适用于探索性的编程和调试，因为它通常比传统的edit-compile-run loop快。在REPL中，程序员输入一个或多个表达式（不是一个编译单元），然后代码被解析并打印结果。REPL这一术语来自于Lisp中实现这一功能的函数。

        read函数接受一个用户输入的表达式，在内存中将其解析为一个数据结构。例如，当用户输入s-expression (+ 1 2 3)，它被解析成一个拥有四个元素的链表

        eval函数输入上述内部数据结构并分析它。在lisp中，分析到一个s-expression以函数名开始意味着调用该函数，并且以该表达式剩余部分作为参数；因此上述表达式意味着以 1 2 3作为参数调用函数+，最后得到的结果为6

        print函数获取eval函数的输出作为输入，并将其打印出来。如果结果为一个复杂的表达式，为了便于理解，可能需要做一些转换。这个例子中，结果比较简单，不需要转换。

 

优势

REPL可以作为学习一门新语言的非常重要的一个工具，因为它可以对用户的输入做出快速反馈。很多软件套件和编程语言都适用REPL提供算法学习和调试，例如MATLAB, ROOT, Scipy和Ipython。Python的doctest模块可以非常容易的捕获REPL命令行的输出结果并用于测试。

由于print函数输出的数据格式和read函数输入的数据格式相同，大部分结果可以被重新输入到REPL中。然而，有时也需要打印不能重新输入到REPL中的数据格式，如socket句柄和复杂的对象实例。在这些情况下，需要一种用于不可读对象的语法。在Python中，相应的用法为<__module__.class instance>，在common lisp中，格式为#.

 

实现

实现一个Lisp REPL，需要实现三个函数和一个无限循环（一般情况下，eval的实现会比较复杂，由于它必须实现所有基本函数（如car和+）和特殊操作（如if））。eval的一种可能实现方式是实现一个作用于read产生的语法树上的递归解释器，另一种实现方式是将语法树编译成机器码并运行。

 

Lisp实际的REPL实现非常复杂，它包括以下典型功能：

1. 输入输出的历史信息

2. 设置变量，这些变量可以在输入表达式和输出结果中使用，这些变量可以在REPL中使用，如在Common Lisp中，* 代表上一个输出结果

3.REPL级别，在许多Lisp系统中，read，evaluation或者print阶段的任何一个阶段出错，系统并不会将错误消息抛出到顶层。

4.错误处理