前言

上次利用 Antlr 重構(gòu)一版??用 Antlr 重構(gòu)腳本解釋器??之后便著手新增其他功能，也就是現(xiàn)在看到的支持了作用域以及函數(shù)調(diào)用。

int b= 10;
int foo(int age){
 for(int i=0;i<10;i++){
  age++;
 }
 return b+age;
}
int add(int a,int b) {
 int e = foo(10);
 e = e+10;
 return a+b+3+e;
}
add(2,20);
// Output:65

整個語法規(guī)則大部分參考了 Java，現(xiàn)階段支持了：

• 函數(shù)聲明與調(diào)用。
• 函數(shù)調(diào)用的入棧和出棧，保證了函數(shù)局部變量在函數(shù)退出時銷毀。
• 作用域支持，內(nèi)部作用域可以訪問外部作用域的變量。
• 基本的表達式語句，如i++, !=,==

這次實現(xiàn)的重點與難點則是作用域與函數(shù)調(diào)用，實現(xiàn)之后也算是滿足了我的好奇心，不過在講作用域與函數(shù)調(diào)用之前先來看看一個簡單的變量聲明與訪問語句是如何實現(xiàn)的，這樣后續(xù)的理解會更加容易。

變量聲明

int a=10;
a;

由于還沒有實現(xiàn)內(nèi)置函數(shù)，比如控制臺輸出函數(shù) print()，所以這里就直接訪問變量也能拿到數(shù)據(jù)

運行后結(jié)果如下：

首先看看變量聲明語句的語法：

variableDeclarators
    : typeType variableDeclarator (',' variableDeclarator)*
    ;

variableDeclarator
    : variableDeclaratorId ('=' variableInitializer)?
    ;
typeList
    : typeType (',' typeType)*
    ;
typeType
    : (functionType | primitiveType) ('[' ']')*
    ;
primitiveType
    : INT
    | STRING
    | FLOAT
    | BOOLEAN
    ;

只看語法不太直觀，直接看下生成的 AST 樹就明白了：

編譯期 左邊這棵 ?BlockVardeclar? 樹對應(yīng)的就是  int a=10;?，右邊的 blockStm? 對應(yīng)的就是變量訪問 a。

整個程序的運行過程分為編譯期和運行期，對應(yīng)的流程：

遍歷 AST 樹，做語義分析，生成對應(yīng)的符號表、類型表、引用消解、還有一些語法校驗，比如變量名、函數(shù)名是否重復(fù)、是否能訪問私有變量等。

運行期：從編譯期中生成的符號表、類型表中獲取數(shù)據(jù)，執(zhí)行具體的代碼邏輯。

訪問 AST

對于剛才提到的編譯期和運行期其實分別對應(yīng)兩種訪問 AST? 的方式，這也是 Antlr 所提供兩種方式。

Listener 模式

第一種是 Listener 模式，就這名字也能猜到是如何運行的；我們需要實現(xiàn) Antlr 所提供的接口，這些接口分別對應(yīng) AST 樹中的不同節(jié)點。

接著 Antlr 會自動遍歷這棵樹，當訪問和退出某個節(jié)點時變會回調(diào)我們自定義的方法，這些接口都是沒有返回值的，所以我們需要將遍歷過程中的數(shù)據(jù)自行存放起來。

這點非常適合上文提到的編譯期，遍歷過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)自然就會存放到符號表、類型表這些容器中。

以這段代碼為例，我們實現(xiàn)了程序根節(jié)點、for循環(huán)節(jié)點的進入和退出 Listener，當 Antlr 運行到這些節(jié)點時便會執(zhí)行其中的邏輯。

https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/main/resolver/type_scope_resolver.go

Visitor 模式

Visitor? 模式正好和 Listener 相反，這是由我們自行控制需要訪問哪個 AST 節(jié)點，同時需要在每次訪問之后返回數(shù)據(jù)，這點非常適合來做程序運行期。

配合在編譯期中存放的數(shù)據(jù)，便可以實現(xiàn)各種特性了。

以上圖為例，在訪問 Prog 節(jié)點時便可以從編譯期中拿到當前節(jié)點所對應(yīng)的作用域 scope?，同時我們可以自行控制訪問下一個節(jié)點 VisitBlockStms，訪問其他節(jié)點當然也是可以的，不過通常我們還是按照語法中定義的結(jié)構(gòu)進行訪問。

作用域

即便是同一個語法生成的 AST 是相同的，但我們在遍歷 AST 時實現(xiàn)不同也就會導致不同的語義，這就是各個語言語義分析的不同之處。

比如 Java 不允許在子作用域中聲明和父作用域中相同的變量，但 JavaScript 卻是可以的。

有了上面的基礎(chǔ)下面我們來看看作用域是如何實現(xiàn)的。

int a=10;
a;

還是以這段代碼為例：

這里我簡單畫了下流程：

在編譯期間會會為當前節(jié)點寫入一個 scope?，以及在 scope? 中寫入變量 “a”。

這里的寫入 scope 和寫入變量是分為兩次 Listener 進行的，具體代碼實現(xiàn)在下面查看源碼。

第一次：https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/main/resolver/type_scope_resolver.go#L21

第二次：https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/main/resolver/type_resolver.go#L59

接著是運行期，從編譯期中生成的數(shù)據(jù)拿到 scope? 以及其中的變量，獲取變量時有一個細節(jié)：當前 scope 中如果獲取不到需要嘗試從父級 scope 中獲取，比如如下情況：

int b= 10;
int foo(){
 return b;
}

這里的 b 在當前函數(shù)作用域中是獲取不到的，只能在父級 scope 中獲取。

父級 scope 的關(guān)系是在創(chuàng)建 scope 的時候維護進去的，默認當前 scope 就是寫入時 scope 的父級。

關(guān)鍵代碼試下如下圖：

第四步獲取變量的值也是需要訪問到 AST 中的字面量節(jié)點獲取值即可，核心代碼如下：

函數(shù)

函數(shù)的調(diào)用最核心的就是在運行時需要把當前函數(shù)中的所有數(shù)據(jù)入棧，訪問完畢后出棧，這樣才能實現(xiàn)函數(shù)退出后自動釋放函數(shù)體類的數(shù)據(jù)。

核心代碼如下：

int b= 10;
int foo(){
 return b;
}
int func(int a,int b) {
 int e = foo();
 return a+b+3+e;
}
func(2,20);

即便是有上面這類函數(shù)類調(diào)其他函數(shù)情況也不必擔心，無非就是在執(zhí)行函數(shù)體的時候再往棧中寫入數(shù)據(jù)而已，函數(shù)退出后會依次退出棧幀。

有點類似于匹配括號的算法 {[()]}，本質(zhì)上就是遞歸調(diào)用。

總結(jié)

限于篇幅其中的許多細節(jié)沒有仔細討論，感興趣的朋友可以直接跑跑單測，debug 試試。

https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/main/compiler_test.go

目前的版本還比較初級，比如基本類型還只有 int，也沒有一些常用的內(nèi)置函數(shù)。

后續(xù)會逐步完善，比如新增：

• 函數(shù)多返回值。
• 自定義類型
• 閉包

等特性，這個坑會一直填下去，希望在年底可以用 gscript? 寫一個 web 服務(wù)端那就算是里程碑完成了。

現(xiàn)階段也實現(xiàn)了一個簡易的 REPL? 工具，大家可以安裝試用：

源碼地址：https://github.com/crossoverJie/gscript