手寫編程語言-遞歸函數是如何實現的？

作者：crossoverJie 2022-09-27 08:01:48

本篇文章主要是記錄一下在 GScript 中實現遞歸調用時所遇到的坑，類似的問題在中文互聯網上我幾乎沒有找到相關的內容，所以還是很有必要記錄一下。

前言

在開始之前還是簡單介紹下本次更新的 GScript v0.0.9 所包含的內容：

支持可變參數
優化append 函數語義
優化編譯錯誤信息
最后一個就是支持遞歸調用

先看第一個可變參數：

printf(string format, any ...a){}
string sprintf(string format, any ...a){}

以上是隨著本次更新新增的兩個標準函數，均支持可變參數，其中使用 ... 表示可變參數，調用時如下：

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");

與大部分語言類似，可變參數本質上就是一個數組，所以可以拿來循環遍歷：

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);

append(any[] a, any v){}

之后是優化了內置函數 append() 的語義，本次優化來自于 issue12 的建議：https://github.com/crossoverJie/gscript/issues/12。

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

現在 append 之后不需要再重新賦值，也會追加數據，優化后這里看起來是一個值/引用傳遞的問題，但其實底層也是值傳遞，只是在語法上增加了這樣的語法糖，幫使用者重新做了一次賦值。

之后是新增了編譯錯誤信息提示，比如下面這段代碼：

a+2;
b+c;

使用沒有聲明的變量，現在會直接編譯失敗：

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

class T{}
class T{}
2:0: class T redeclared in this block

重復聲明之類的語法錯誤也有相關提示。

最后一個才是本次討論的重點，也就是遞歸函數的支持。

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

再上一個版本中 int v1 = num(x - 1, y - 1); 這行代碼是不會執行的，具體原因后文會分析。

現在利用遞歸便可以實現類似于打印楊輝三角之類的程序了：

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;   
 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);
      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

函數中的 return

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

現在我們來看看這樣的代碼為什么執行完 return 1 之后就不會執行后邊的語句了。

其實在此之前我首先解決的時候函數 return 后不能執行后續 statement 的需求，其實正好就是上文提到的邏輯，只是這里是遞歸而已。

先把代碼簡化一下方便分析：

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

當參數 a 等于 10 的時候確實不能執行后續的打印語句了，那么如何實現該需求呢？

以正常人類的思考方式：當我們執行完 return 語句的時候，就應該標記該語句所屬的函數直接返回，不能在執行后續的 statement。

可是這應該如何實操呢？

其實看看 AST 就能明白了：

當碰到 return 語句的時，會遞歸向上遍歷語法樹，標記上所有 block 節點表明這個 block 后續的語句不再執行了，同時還得把返回值記錄下來。

這樣當執行到下一個 statement 時，也就是 println("abc"); 則會判斷他所屬的 block 是否有被標記，如果有則直接返回，這樣便實現了 return 語句不執行后續代碼。

部分實現代碼如下：

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)
 }
}