Love —— 一门用 MoonBit 实现的逻辑编程语言

Love（♥）是一门口袋大小的 Prolog 风格逻辑编程语言，用 MoonBit 从零实现。它的架构参考了 reference/ 目录中的经典 Prolog 实现：

• Trealla Prolog（C）：WAM 风格堆单元 + trail 回溯，引擎设计的主要参考；
• SWI-Prolog（C）：内置谓词集、运算符优先级表、findall/3 等语义参照；
• Scryer Prolog（Rust）：项表示与干净的错误处理参考；
• Mercury（逻辑+函数式）：语言设计文档风格参考。

Love 的目标不是复刻 ISO Prolog 的全部，而是用一套小而完整的核心（项、合一、SLD 求解、 回溯、cut、内置谓词、动态数据库、REPL）演示逻辑编程语言的完整实现路径。

完整设计文档见 DESIGN.md。

快速上手

构建与运行

# 编译并运行（模块默认 native 目标，直接运行即可）
moon run cmd/main

# 加载程序文件进入 REPL
moon run cmd/main -- examples/family.lv

# 批处理：运行单个查询并打印全部解
moon run cmd/main -- examples/family.lv "?- father(F, C)."

# 运行测试
moon test

REPL 示例

REPL 交互参考 Scryer Prolog 的 toplevel：提示符 ?- ，多行输入续行提示 | ； 答案独占一行（首个缩进 3 空格），后续答案以 ; 开头（分号在行首），确定解以 . 结尾， 枚举耗尽输出 false.，答案与下一个提示符之间空一行。

?- father(F, C).
   F = tom, C = bob
;  F = tom, C = lisa
;  F = bob, C = ann
;  F = bob, C = pat
;  F = pat, C = jim
;  ... .
 
?- X is 1 + 2 * 3.
   X = 7.

?- append([1, 2], [3], L).
   L = [1, 2, 3]
;  false.

?- findall(X, member(X, [a, b, c]), L).
   L = [a, b, c].

?- halt.

答案之后可输入的按键（与 Scryer 一致）：在交互终端中按单键即可，无需回车 （原始模式读取，参考 Scryer 的 get_single_char/1；管道/重定向时自动退回按行读取）。

按键	含义
; / 空格 / n	下一个解
Enter / .	停止枚举（显示 ; ... .）
a	枚举全部解
f	再显示 5 个解
h	显示帮助

输入查询时（交互终端）：方向键移动光标（左/右/Home/End）、Delete 删除光标处字符、 Backspace 删除、上/下箭头召回历史（会话内）、Ctrl-L 清屏、Ctrl-D 退出、 Ctrl-C 取消当前行。查询支持多行输入：未以 . 结尾时回车会以 | 提示续行。 halt. 或 Ctrl-D 退出。（行编辑参考 Scryer 所用的 rustyline。）

语言速览

事实、规则与查询

% 事实
likes(alice, bob).
likes(bob, carol).

% 规则：Head :- Body.
happy(X) :- likes(X, bob).

% 查询（REPL 中直接输入）
?- happy(X).
   X = alice
;  false.

项

• 变量：X、Name、_（匿名，每次出现都是新变量）
• 原子：alice、'hello world'
• 整数 / 浮点数：42、-7、3.14、1e-3
• 字符串："hello"（字符串项）
• 复合项：likes(alice, bob)
• 列表：[]、[a, b, c]、[H | T]
• 剪切：!

运算符

Love 内置与 ISO/SWI 兼容的运算符优先级表：:- -->(1200) table(1150, 前缀) ;(1100) ->(1050) ,(1000) \+(900) = \= == \== is =:= =\= < =< > >= =.. @< 等(700) + -(500) * / // mod rem div(400) ^(200) 以及前缀 - + \(200)。

自定义运算符：op(Prec, Type, Name) 动态增删运算符（Type 为 xfx/xfy/yfx/fx/fy，Prec 为 0..1200，0 删除，Name 为原子或原子列表）， 对之后解析的查询生效：

?- op(500, yfx, foo).
   true.
?- X = a foo b.
   X = foo(a, b).

内置谓词

类别	谓词
控制流	true/0 fail/0 !/0 call/1 ,/2 ;/2 ->/2,3 \+/1 once/1 repeat/0 catch/3 throw/1
合一与项	=/2 \=/2 ==/2 \==/2 unify_with_occurs_check/2 var/1 nonvar/1 atom/1 number/1 integer/1 float/1 string/1 atomic/1 compound/1 callable/1 ground/1 functor/3 arg/3 =../2
原子操作	atom_length/2 atom_concat/3 sub_atom/5 compare/3 @</2 @=</2 @>/2 @>=/2
列表	member/2 append/3 length/2 reverse/2 sort/2 msort/2 sum_list/2 maplist/2 nth0/3 nth1/3
算术	is/2 =:=/2 =\=/2 </2 =</2 >/2 >=/2 between/3 plus/3；可求值函子：+ - * / // rem mod div abs max min sign sqrt exp log sin cos tan floor ceiling round truncate float integer ^
动态库	assertz/1 asserta/1 retract/1 clause/2 listing/0
收集	findall/3 bagof/3 setof/3
表驱动	table/1 abolish_table/1 abolish_all_tables/0；指令 :- table p/1.
DCG	phrase/2 phrase/3；规则用 --> 定义
运算符	op/3
I/O	write/1 writeln/1 nl/0 read/1

示例

递归与列表

% 斐波那契（examples/fib.lv）
fib(0, 0).
fib(1, 1).
fib(N, F) :-
    N > 1,
    N1 is N - 1,
    N2 is N - 2,
    fib(N1, F1),
    fib(N2, F2),
    F is F1 + F2.

?- fib(10, F).
   F = 55
;  false.

回溯与 cut

max(X, Y, M) :- (X > Y -> M = X ; M = Y).

异常

?- catch(throw(bad), bad, true).
   true.

?- catch(throw(x), y, true).   % x 与 y 不合一 → 未捕获 → 查询失败
   false.

bagof/setof 分组收集

?- bagof(X, member(X-Y, [1-a, 2-b, 3-a]), L).
   X = _0, Y = a, L = [1, 3]
;  X = _0, Y = b, L = [2].

DCG 文法

% examples/grammar.lv：a^n b^n
s --> [].
s --> [a], s, [b].

?- phrase(s, [a, a, b, b]).
   true
;  false.
?- phrase(s, [a, b]).
   true
;  false.
?- phrase(s, [a]).
   false.

动态数据库

?- assertz(cat(tom)), assertz(cat(pat)), cat(X).
   X = tom
;  X = pat.

表驱动 tabling

:- table p/1. 把谓词标记为表驱动（变体记忆化 + 全局不动点）：左递归程序 不再无限循环，传递闭包等查询可正常终止（见 examples/reach.lv）：

:- table reach/2.

reach(X, Y) :- edge(X, Z), reach(Z, Y).
reach(X, Y) :- edge(X, Y).

edge(a, b). edge(b, c). edge(c, a). edge(b, d).

?- reach(a, X).
   X = b
;  X = c
;  X = d
;  X = a.

?- setof(X, reach(a, X), L).
   L = [a, b, c, d].

表在每个查询开始时清空，因此 assertz/retract 对后续查询立即可见； abolish_table/1、abolish_all_tables/0 用于当前查询求解过程中的手动清除。

实现架构

love.mbt       公开 API 门面（parse_program / solve / REPL 服务）
syntax.mbt     LoveTerm、Clause、Program 等类型（含内置库子句、运算符表）
lexer.mbt      词法分析（token 流）
parser.mbt     Pratt 递归下降解析器（运算符优先级表、op/3 动态表）
dcg.mbt        DCG 规则 → 普通子句的差表翻译
unify.mbt      合一 + trail + occurs check
engine.mbt     SLD 引擎（目标栈 + choice point 栈 + cut barrier + catch 标记）
tabling.mbt    表驱动（变体规范化、全局不动点、答案回放）
builtins.mbt   内置谓词分发
arith.mbt      算术表达式求值
pretty.mbt     项打印（运算符、列表、引号规则）
read_io_*.mbt  read/1 的 stdin 读取（native FFI / 其它目标占位）
stub.c         read/1 的 C 实现
cmd/main        CLI：加载文件 + 查询 + REPL

求解器采用惰性迭代器：每次 next() 只推进到下一个解。回溯通过 trail + choice point（含目标栈快照） 实现，cut 通过帧屏障截断 choice point 栈实现； catch/3 通过目标栈上的内部标记帧实现，throw/1 向上恢复标记帧入口状态。

与 ISO Prolog 的已知差异（v0.3）

1. 字符串 "..." 是字符串项，不是字符码列表；
2. 合一默认带 occurs check（X = f(X) 失败），另提供 unify_with_occurs_check/2；
3. 算术错误使目标失败而非抛出异常；
4. 未捕获的 throw 使整个查询失败（无错误打印与 error/2）；
5. 无模块系统、current_op/3、postfix 运算符；
6. read/1 只读取单行，wasm/js 目标上失败；
7. atom_concat/3 在两个变量加一个原子的组合时不枚举所有切分；
8. 表按谓词名（不区分元数）生效；表在每查询开始时清空（assert/retract 立即可见）； 表内 cut 作用域限定在批量求值的子引擎内。

路线图

• v0.1：解析器、合一、SLD 引擎、cut、内置谓词、算术、动态库、REPL
• v0.2：catch/throw、bagof/setof、DCG、read/1、自定义运算符
• v0.3：表驱动（tabling）
• v0.4：约束（CLP）、模块系统