【独家焦点】手写编程语言-递归函数是如何实现的?
2022-09-27 09:50:50来源:crossoverJie
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。
(资料图)
在开始之前还是简单介绍下本次更新的GScriptv0.0.9 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:
printf(string format, any ...a){}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 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。
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);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:
a+2;b+c;使用没有声明的变量,现在会直接编译失败:
1:0: undefined: a2:0: undefined: b2:2: undefined: cclass T{}class T{}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; 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函数中的 returnint 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:
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) }}源码地址:https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/793d196244416574bd6be641534742e57c54db7a/visitor.go#L182。
递归的问题但同时问题也来了,就是递归的时候也不会执行后续的递归代码了。
其实解决问题的方法也很简单,就是在判断是否需要直接返回那里新增一个条件,这个block中不存在递归调用。
所以我们就得先知道这个block中是否存在递归调用。
整个过程有以下几步:
编译期:在函数声明处记录下函数与当前context的映射关系。编译期:扫描statement时,取出该statement的context所对应的函数。编译期:扫描到的statement如果是一个函数调用,则判断该函数是否为该block中的函数,也就是第二步取出的函数。编译期:如果两个函数相等,则将当前block标记为递归调用。运行期:在刚才判断return语句处,额外多出判断当前block是否为递归调用,如果是则不能返回。部分代码如下:
https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/3e179f27cb30ca5c3af57b3fbf2e46075baa266b/resolver/ref_resolver.go#L70。
总结这里的递归调用其实卡了我挺长时间的,思路是有的,但是写出来的代码总是和预期不符,当天晚上坐在电脑面前到凌晨两三点,百思不得其解。
最后受不了上床休息的时候,突然一个灵光乍现让我想到了解决方案,于是第二天起了个早床赶忙实践,还真给解决了。
所以有些时候碰到棘手问题时给自己放松一下,往往会有出其不意的效果。
最后是目前的递归在某些情况下性能还有些问题,后续会尽量将这些标记过程都放在编译期,编译慢点没事,但运行时慢那就有问题了。
之后还会继续优化运行时的异常,目前是直接
panic
,堆栈也没有,体感非常不好;欢迎感兴趣的朋友试用反馈bug。