【算法】远方来信，从数学表达式算法到汇编语法解释器

微风吹过

在繁华的都市中，小悦作为一名软件工程师，每天都在这座钢筋水泥的森林里忙碌。她的生活似乎被工作和各种琐碎的事情填满了，但在这个繁忙的生活中，她总能在工作之余找到一些小小的乐趣。
这天下班后，小悦收到了一封来自国外同学苏菲的email。邮件的内容让她的思绪一下子飘回了那个学习汇编语言的大学时代。
苏菲是一个非常聪明的女孩，她们俩在大学时期成为了要好的朋友。苏菲对编程有着浓厚的兴趣，而小悦则是对理论知识情有独钟。在大学最后一年的上机考试中，她们俩通过逆波兰表达式算法，合作完成了一个数学算式表达式的算法。
这个算式表达式算法是小悦在上机考试中实现的，它主要用于解决数学算式计算的问题。但现在回想起来，她觉得这个算法还有很多可以完善的地方，甚至可以在它基础上开发出自己的脚本语言解释器。于是，她决定利用业余时间来改进这个算法。
在众多实用的编程项目中，页面脚本解释器和SQL语言解释器是两个比较热门的选择。但是这两个项目的语法也相对复杂，因此小悦决定从更简单的汇编语言解释器开始研究。
小悦开始仔细研究汇编语言的语法和指令集，她想要用cSharp写一个自己的汇编语法解释器。她知道，实现一个汇编语法解释器并不是一件容易的事情，但她也坚信，只要自己不断努力和探索，一定能够成功。
在实现汇编语法解释器的过程中，小悦参考了大量的资料和文档，不断调整和完善自己的代码。她遇到了很多困难和挫折，但她都没有放弃。每当遇到问题时，她都会想起苏菲和那个算式表达式算法，这让她有了继续前进的动力。
经过一段时间的努力，小悦终于成功地写出了一个自己的汇编语法解释器。这个解释器能够解析汇编语言语法，并根据程序员输入的语法执行相应的操作。
小悦的闺蜜小欣看到她的成果后，打趣说：“你真是编程界的女侠啊！”小悦听后笑了笑，心中不禁想起了苏菲。她想：“如果苏菲还在国内，我们一定会有更多的合作机会。”
然而，生活总是充满了未知和变数。苏菲毕业后选择了留在国外工作和生活，而小悦则在国内继续着她的软件工程师生涯。虽然两人已经很少联系，但小悦一直珍藏着她们之间的友谊和那个上机考试中的算式表达式算法。
在小悦实现汇编语法解释器的过程中，她不仅提升了自己的编程能力，还进一步理解了算式表达式算法的原理和实现方式。她相信，这个经验将会成为她未来职业生涯中的一笔宝贵财富。
如今的小悦已经不再是那个单纯为了应付考试而编程的女孩了。她在编程领域有着自己的追求和梦想。她希望通过自己的努力和不断的学习，成为一个更加优秀的软件工程师，为这个数字化时代贡献自己的力量。
小悦需要实现的汇编解释器语法如下：
mov x, y - 将y（无论是整数还是寄存器的值）复制到寄存器(变量)x中。
inc x - 使寄存器x的内容增加1。
dec x - 使寄存器x的内容减少1。
add x, y - 将寄存器x的内容与y（无论是整数还是寄存器的值）相加，并将结果存储在x中（即register[x] += y）。
sub x, y - 从寄存器x中减去y（无论是整数还是寄存器的值），并将结果存储在x中（即register[x] -= y）。
mul x, y - 与乘法相同（即register[x] *= y）。
div x, y - 与整数除法相同（即register[x] /= y）。
label: - 定义函数标签位置，一般用于函数定位（标签 = 标识符 + 冒号，标识符是与任何其他命令不匹配的字符串）。跳转命令和调用针对程序中的这些标签位置。
jmp lbl - 跳转到自定义函数标签lbl。
cmp x, y - 比较x（无论是整数还是寄存器的值）和y（无论是整数还是寄存器的值）。结果用于条件跳转（jne，je，jge，jg，jle和jl）。
jne lbl - 如果上一个cmp命令的值不相等，则跳转到标签lbl。
je lbl - 如果上一个cmp命令的值相等，则跳转到标签lbl。
jge lbl - 如果在之前的cmp命令中x大于或等于y，则跳转到标签lbl。
jg lbl - 如果在之前的cmp命令中x大于y，则跳转到标签lbl。
jle lbl - 如果在之前的cmp命令中x小于或等于y，则跳转到标签lbl。
jl lbl - 如果在之前的cmp命令中x小于y，则跳转到标签lbl。
call lbl - 调用由lbl标识的子程序。当在子程序中找到ret时，指令指针应返回到此call命令之后的指令。
ret - 当在子程序中找到ret时，指令指针应返回到调用当前函数的指令。
msg '输出结果:  ',x - 这条指令存储程序的输出。它可能包含文本字符串（以单引号分隔）和寄存器。参数的数量不限，会因程序而异。
end - 这条指令表示程序正确结束，因此返回存储的输出（如果程序在没有此指令的情况下终止，它应返回默认输出：参见下文）。
; - comment注释指令在代码执行程序时不运行。
示例语法：
//代码定义
var program = @"
; My first program
mov  a, 5
inc  a
call function
msg  '计算结果：(5+1)/2 = ', a    ; output message
end
function:
    div  a, 2
    ret
";
//执行代码
AssemblerInterpreter.Interpret(program);
//msg命令输出结果 
计算结果：(5+1)/2 = 3
算法实现1：
[code]  1 public class AssemblerInterpreter  2 {  3      public static string Interpret(string input)  4     {  5       // 存储寄存器的字典  6       var register = new Dictionary();  7       // 存储比较结果的字符串  8       var compare  = "";  9       // 存储标签的字典 10       var label    = new Dictionary(); 11       // 整数类型的栈，存储代码当前位置 12       var stack    = new Stack(); 13       // 存储消息的字符串构建器 14       var messages = new StringBuilder(); 15        16       // 将输入的程序按行分割 17       var program = input.Split("\n"); 18        19       // 遍历程序，找到标签并存储其位置 20       for(var i = 0; i < program.Length; i++) 21       { 22         var parts = program.Split(":"); 23         if (parts.Length == 2) label.Add(parts[0], i); 24       } 25          26       // 遍历程序的每一行指令 27       for (var i = 0; i < program.Length; i++) 28       { 29         // 将当前行的指令解析为操作符和操作数 30         var token = TokensFrom(program); 31         if (token.Length == 0) continue; // 跳过空行 32          33         // 根据操作符执行相应的操作 34         if (token[0] == "mov") 35         { 36           // 将操作数存储到寄存器中 37           var r = token[1]; 38           var val = ValueOf(token[2]); 39           if (register.ContainsKey(r)) register[r] = val; 40           else register.Add(r, val); 41         } 42         else if (token[0] == "inc") register[token[1]++; 43         else if (token[0] == "dec") register[token[1]--; 44         else if (token[0] == "add") register[token[1]] += ValueOf(token[2]); 45         else if (token[0] == "sub") register[token[1]] -= ValueOf(token[2]); 46         else if (token[0] == "mul") register[token[1]] *= ValueOf(token[2]); 47         else if (token[0] == "div") register[token[1]] /= ValueOf(token[2]); 48         else if (token[0] == "msg") 49         { 50           // 将消息内容添加到消息字符串构建器中 51           var args = ParseMsg(program) 52             .Select(s => s.First() == '\'' 53                       ? s.Length >= 2 ? s[1..^1] : s 54                       : ValueOf(s).ToString()); 55           messages.Append(string.Concat(args)); 56         } 57         else if (token[0] == "call") 58         { 59           // 将当前位置压入栈中，并跳转到指定标签位置 60           stack.Push(i); 61           i = label[token[1]]; 62         } 63         else if (token[0] == "ret") i = stack.Pop(); // 从栈中弹出位置并跳转 64         else if (token[0] == "cmp") 65         { 66           // 比较两个值并存储比较结果 67           var x = ValueOf(token[1]); 68           var y = ValueOf(token[2]); 69            70           if (x == y) compare = "="; 71           else if (x > y) compare = ">"; 72           else if (x < y) compare = "" || compare == "=") i = label[token[1]]; 88         } 89         else if (token[0] == "jg") 90         { 91           if (compare == ">") i = label[token[1]]; 92         } 93         else if (token[0] == "jle") 94         { 95           if (compare == "