手写编程语言-递归函数是如何实现的？

Posted on 2022-09-27 In gscript , compiler Views: Views: Disqus:

前言

本篇文章主要是记录一下在 GScript 中实现递归调用时所遇到的坑，类似的问题在中文互联网上我几乎没有找到相关的内容，所以还是很有必要记录一下。

在开始之前还是简单介绍下本次更新的 GScript v0.0.9 所包含的内容：

支持可变参数
优化 append 函数语义
优化编译错误信息
最后一个就是支持递归调用

先看第一个可变参数：

//formats according to a format specifier and writes to standard output.
printf(string format, any ...a){}

//formats according to a format specifier and returns the resulting string.
string sprintf(string format, any ...a){}

以上是随着本次更新新增的两个标准函数，均支持可变参数，其中使用 ... 表示可变参数，调用时如下：

printf("hello %s ","123");
printf("hello-%s-%s ","123","abc");
printf("hello-%s-%d ","123",123);
string format = "this is %s ";
printf(format, "gscript");

string s = sprintf("nice to meet %s", "you");
assertEqual(s,"nice to meet you");

与大部分语言类似，可变参数本质上就是一个数组，所以可以拿来循环遍历：

int add(string s, int ...num){
	println(s);
	int sum = 0;
	for(int i=0;i<len(num);i++){
		int v = num[i];
		sum = sum+v;
	}
	return sum;
}
int x = add("abc", 1,2,3,4);
println(x);
assertEqual(x, 10);

1 2	// appends "v" to the end of a array "a" append(any[] a, any v){}

之后是优化了内置函数 append() 的语义，本次优化来自于 issue12 的建议：
https://github.com/crossoverJie/gscript/issues/12

// Before
int[] a={1,2,3};
println(a);
println();
a = append(a,4);
println(a);
// Output: [1 2 3 4]

// Now
int[] a={1,2,3};
println(a);
println();
append(a,4);
int b = a[3];
assertEqual(4, b);
println(a);
// Output: [1 2 3 4]

现在 append 之后不需要再重新赋值，也会追加数据，优化后这里看起来是一个值/引用传递的问题，但其实底层也是值传递，只是在语法上增加了这样的语法糖，帮使用者重新做了一次赋值。

之后是新增了编译错误信息提示，比如下面这段代码：

1
2

a+2;
b+c;

使用没有声明的变量，现在会直接编译失败：

1
2
3

1:0: undefined: a
2:0: undefined: b
2:2: undefined: c

class T{}
class T{}

// output:
2:0: class T redeclared in this block

重复声明之类的语法错误也有相关提示。

最后一个才是本次讨论的重点，也就是递归函数的支持。

int num(int x,int y){
	if (y==1 || y ==x) {
		return 1;
	}
	int v1 = num(x - 1, y - 1);
	return c;
}

再上一个版本中 int v1 = num(x - 1, y - 1); 这行代码是不会执行的，具体原因后文会分析。

现在利用递归便可以实现类似于打印杨辉三角之类的程序了：

int num(int x,int y){
	if (y==1 || y ==x) {
		return 1;
	}
    int v1 = num(x - 1, y - 1);
    int v2 = num(x - 1, y);
	int c = v1+v2;
    // int c = num(x - 1, y - 1)+num(x - 1, y);
	return c;
}
printTriangle(int row){
	for (int i = 1; i <= row; i++) {
        for (int j = 1; j <= row - i; j++) {
           print(" ");
        }
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            print(num(i, j) + " ");
        }
        println("");
    }
}
printTriangle(7);

// output:
      1 
     1 1 
    1 2 1 
   1 3 3 1 
  1 4 6 4 1 
 1 5 10 10 5 1 
1 6 15 20 15 6 1

函数中的 return

int num(int x,int y){
	if (y==1 || y ==x) {
		return 1;
	}
	int v1 = num(x - 1, y - 1);
	return c;
}

现在我们来看看这样的代码为什么执行完 return 1 之后就不会执行后边的语句了。

其实在此之前我首先解决的时候函数 return 后不能执行后续 statement 的需求，其实正好就是上文提到的逻辑，只是这里是递归而已。

先把代码简化一下方便分析：

int f1(int a){
	if (a==10){
		return 10;
	}
	println("abc");
}

当参数 a 等于 10 的时候确实不能执行后续的打印语句了，那么如何实现该需求呢？

以正常人类的思考方式：当我们执行完 return 语句的时候，就应该标记该语句所属的函数直接返回，不能在执行后续的 statement。

可是这应该如何实操呢？

其实看看 AST 就能明白了：

当碰到 return 语句的时，会递归向上遍历语法树，标记上所有 block 节点表明这个 block 后续的语句不再执行了，同时还得把返回值记录下来。

这样当执行到下一个 statement 时，也就是 println("abc"); 则会判断他所属的 block 是否有被标记，如果有则直接返回，这样便实现了 return 语句不执行后续代码。

部分实现代码如下：

// 在 return 的时候递归向上扫描所有的 Block，并打上标记，用于后面执行 return 的时候直接返回。
func (v *Visitor) scanBlockStatementCtx(tree antlr.ParseTree, value interface{}) {
	context, ok := tree.(*parser.BlockContext)
	if ok {
		if v.blockCtx2Mark == nil {
			v.blockCtx2Mark = make(map[*parser.BlockContext]interface{})
		}
		v.blockCtx2Mark[context] = value
	}
	if tree.GetParent() != nil {
		v.scanBlockStatementCtx(tree.GetParent().(antlr.ParseTree), value)
	}
}