手写编程语言-递归函数是如何实现的？-函数式编程语言有哪些

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：

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<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: a
2:0: undefined: b
2:2: undefined: c

class 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 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：

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。