Введение
Среда компьютерного программирования
Интерактивный цикл "чтение-вычисление-печать" (REPL), также называемый интерактивным верхним уровнем или языковой оболочкой, — это простая интерактивная среда компьютерного программирования, которая принимает отдельные пользовательские команды, выполняет их и возвращает результат пользователю; программа, написанная в среде REPL, выполняется последовательно, по частям.
История
В 1964 году Л. Питер Дойч и Эдмунд Беркли использовали выражение "читать-вычислять-печатать" (READ EVAL PRINT) при реализации Lisp на PDP-1. По крайней мере, с 1980-х годов аббревиатуры REP Loop и REPL встречаются в контексте Scheme.
Обзор
В REPL пользователь вводит одно или несколько выражений (а не целую единицу компиляции), а REPL вычисляет их и отображает результаты. Название "read-eval-print loop" (цикл чтения-вычисления-печати) происходит от названий примитивных функций Lisp, которые реализуют эту функциональность: функция `read` принимает выражение от пользователя и разбирает его в структуру данных в памяти. Например, пользователь может ввести s-выражение `(+ 1 2 3)`, которое разбирается в связный список, содержащий четыре элемента данных. Функция `eval` принимает эту внутреннюю структуру данных и вычисляет её. В Lisp, вычисление s-выражения, начинающегося с имени функции, означает вызов этой функции с аргументами, составляющими остальную часть выражения. Таким образом, функция `+` вызывается с аргументами 1, 2 и 3, результатом чего является 6. Функция `print` принимает результат, вычисленный функцией `eval`, и выводит его пользователю. Если выражение сложное, оно может быть отформатировано для удобства чтения. Затем среда разработки возвращается в состояние чтения, создавая цикл, который завершается при закрытии программы. REPL облегчают исследовательское программирование и отладку, поскольку программист может проверить выведенный результат, прежде чем решить, какое выражение предоставить для следующего чтения. Цикл "read-eval-print" вовлекает программиста чаще, чем классический цикл "edit-compile-run-debug" (редактирование-компиляция-запуск-отладка). Поскольку функция `print` выводит данные в том же текстовом формате, который функция `read` использует для ввода, большинство результатов выводятся в форме, которую можно скопировать и вставить обратно в REPL. Однако иногда необходимо выводить представления элементов, которые не могут быть разумно прочитаны обратно, например, дескриптор сокета или сложный экземпляр класса. В этих случаях должен существовать синтаксис для нечитаемых объектов. В Python это обозначение `<module class instance>`, а в Common Lisp – форма `#<whatever>`. REPL CLIM, SLIME и Symbolics Lisp Machine также могут читать нечитаемые объекты. Они запоминают, какой объект был выведен для каждого результата. Позже, при повторном чтении кода, объект извлекается из выведенных данных. REPL можно создавать для поддержки любого текстового языка. Поддержка REPL для компилируемых языков обычно достигается путем реализации интерпретатора поверх виртуальной машины, которая предоставляет интерфейс к компилятору. Например, начиная с JDK 9, Java включает JShell в качестве интерфейса командной строки для языка. Для различных других языков доступны сторонние инструменты для загрузки, которые обеспечивают аналогичное взаимодействие с языком через оболочку.
The read function accepts an expression from the user, and parses it into a data structure in memory. For instance, the user may enter the s expression (+ 1 2 3), which is parsed into a linked list containing four data elements. The eval function takes this internal data structure and evaluates it. In Lisp, evaluating an s expression beginning with the name of a function means calling that function on the arguments that make up the rest of the expression. So the function + is called on the arguments 1 2 3, yielding the result 6. The print function takes the result yielded by eval, and prints it out to the user. If it is a complex expression, it may be pretty printed to make it easier to understand. The development environment then returns to the read state, creating a loop, which terminates when the program is closed. REPLs facilitate exploratory programming and debugging because the programmer can inspect the printed result before deciding what expression to provide for the next read. The read–eval–print loop involves the programmer more frequently than the classic edit–compile–run–debug cycle. Because the print function outputs in the same textual format that the read function uses for input, most results are printed in a form that could be copied and pasted back into the REPL. However, it is sometimes necessary to print representations of elements that cannot sensibly be read back in, such as a socket handle or a complex class instance. In these cases, there must exist a syntax for unreadable objects. In Python, it is the < module class instance> notation, and in Common Lisp, the #<whatever> form. The REPL of CLIM, SLIME, and the Symbolics Lisp Machine can also read back unreadable objects. They record for each output which object was printed. Later when the code is read back, the object will be retrieved from the printed output. REPLs can be created to support any text based language. REPL support for compiled languages is usually achieved by implementing an interpreter on top of a virtual machine which provides an interface to the compiler. For example, starting with JDK 9, Java included JShell as a command line interface to the language. Various other languages have third party tools available for download that provide similar shell interaction with the language.
Применение
В качестве интерактивной среды REPL предоставляет пользователям доступ к функциям операционной системы, наряду с возможностями программирования. Наиболее часто REPL используется вне операционных систем для интерактивного прототипирования. Среди других применений – математические вычисления, создание документов с интегрированным научным анализом (например, в IPython), интерактивное сопровождение программного обеспечения, тестирование производительности и исследование алгоритмов.