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Yak 中的块作用域

家人们早上好呀

这里是超绝脱单牛一枚

没错，我和Yaker有一个孩子（bushi

今天我们的孩子——YakLang！来给大家介绍介绍，ta对块作用域的处理方式

在编程中，作用域（Scope）指的是变量、函数和对象的可访问性和生命周期的范围。不同的编程语言可能对作用域有不同的定义和实现。

块级作用域
（Block Scope）是指在代码块（如条件语句、循环、函数等）内部定义的变量仅在该块内可访问的特性。这一概念在许多现代高级编程语言中得到了广泛应用。

那么在 yaklang 中是如何处理块级作用域的呢？

首先查看如下的 golang if 语句 

if a := 0;  a > 0   {            a = 1          }           else           {            a := 2        }

可以发现，上述代码实际上形成了如下的 block 结构：

想必细心的同学已经发现了，在true block 中的表达式会影响外部的 global block 并且生成 phi 值，而 false block 则不会。

那么 yaklang 是如何区分是否生成 phi 的呢？这就涉及到了 scope 的3种常规操作：
sub，merge，cover。

Phi值是什么？#

  • 在编程语言和编译器设计中，
    phi 值（φ 值）是一种用于静态单赋值形式（Static Single Assignment, SSA）中的概念
  • 当控制流图中的某个节点（如条件分支）需要根据不同的路径选择变量的值时就会生成 phi 值，phi 值用于描述一个变量在当前作用域中可能存在的所有值

Scope 常规操作：#

Sub（产生子作用域）

  • 定义：
    以一个 scope 为父类，产生该 scope 的子作用域（在查找变量时可以通过_parent 指针索引到父类 scope）。
  • 实例： 
if a := 1; a > 0 { // condition block sub true block    println(a) // 1}

Cover（覆盖）

  • 定义：
    当一个变量在内部 scope 被重新赋值时，内部作用域的变量将“覆盖”外部作用域中同名的变量。这意味着在内部作用域中，引用该变量时将使用新定义的值。
  • 实例： 
a := 1{    a = 2 // true block cover to condition block}println(a) // 2

Merge（合并）

  • 定义:
    在作用域中，合并通常指将多个作用域中的变量或命名空间组合在一起，以便可以访问所有变量。这种合并可能发生在不同的作用域级别之间，特别是在模块或命名空间中。
  • 实例： 
if a > 0 {    a = 1} else {    a = 2} // true block, false block merge to global blockprintln(a) // phi(a)[1,2]

简单来说，cover 会使非本地的变量影响到外部，而 merge 则会合并多个 scope 以生成 phi 值。

yaklang 中的 local value#

在 yaklang 中有一个 local 标志位来记录变量是否在当前作用域中创建，还是这个例子： 

if a := 0 /* local value(condition block) */; a > 0 {    a = 1 /* not local value(true block) */    a = 2 /* not local value(true block) */} else {    a := 3 /* local value(false block) */}

如果在某个 scope 中产生了一个非本地变量，那么在当前 scope 中将会生成一个 capture value，而 merge 正是通过 capture value 来生产 phi 值的。

了解了以上知识以后，我们来看一个复杂一点的案例： 

b := 0if a := 0; a > 0 {    a = 1    a = 2    b = 1} else {    a := 2}println(a) // undefinedprintln(b) // phi(b)[0,1]

详细的处理过程如下：

首先从 global scope 中 sub 一个 condition scope，然后再分别从 condition scope 中 sub true scope 和 false scope。

在 true scope 中存在非本地变量 “a” 与 “b”，然后分别生成对应的 capture value（capture value 会记录当前 scope 中非本地变量的最后一次赋值）。

当 true block 和 false block 都处理完毕以后，程序就会将 true scope 和 false scope merge 到一起，由于检测到 capture value，因此会生成 phi 值（分别是 phi(a)[0,2]和 phi(b)[0,1]）。

在 yaklang 中，最后两步处理比较特殊：

程序会选择在 condition scope 中 sub 一个新的 scope（condition scope end），然后将 merge 后的 scope 直接 cover 到新的 scope 上。

接着从 global scope 中 sub 一个新的 scope（global scope end），然后将之前 cover 后的 scope 直接 cover 到该 scope 上。

这样处理的目的是为了确保最后生成的 global scope end 是 global scope 的直接子类（没有任何的中间 scope）。

流程图如下：

PS：
从代码层面来看，流程图可能有所不同，因为在我们实际的代码中 merge 方法里面包含了 cover 的代码，因此在代码流程图中没有 merge scope 这一步。

最后形成如下结构： 

if-condition :          condition          true -> if-true          false -> if-falseif-true:          body          if-true -> if-doneif-false:           // else or else-if          (else-body)          (conditiontrue -> if-true2false-> if-false2          )     if-false -> if-doneif-done:           // next code

对于一个 if 语句而言，yaklang 将其 scope 分为了3个大的部分：
global scope，if scope，if scope end：

  • if scope 和 if scope end 都以 global scope 为父类
  • if scope end 被 if scope 所覆盖

最后在 if 语句执行完毕以后，将当前作用域标记为 if scope end。

实际上的处理也应该是这样：

  • if 语句后的代码可以通过父类的 global scope 查找到 global scope 中的变量
  • 在 if scope 中对外部作用域的影响（例如生成 phi 值）被 cover 到当前作用域中（if scope end）

我们可以利用 yaklang 跑一个 golang 的代码，查看 yaklang 对于块作用域的处理效果： 

func TestTemp(t *testing.T) {        t.Run("temp", func(t *testing.T) {                test.CheckPrintlnValue(`package main                import "fmt"
func main() {        b := 0        if a := 0; a > 0 {                a = 1                a = 2                b = 1        } else {                a := 2        }        println(a) // undefined        println(b) // phi(b)[0,1]}
                `, []string{"Undefined-a","phi(b)[1,0]"}, t)        })}

package: main library@inittype: (any) -> anyentry-0:
extern type:maintype: () -> nullentry-0:        jump -> if-condition-1if-condition-1: <- entry-0        <boolean> t22 = <number> 0 gt <number> 0        If [<boolean> false] true -> if.true-2, false -> if.false-3if.true-2: <- if-condition-1        jump -> if.done-4if.false-3: <- if-condition-1        jump -> if.done-4if.done-4: <- if.true-2 if.false-3        <any> t33 = phi [<number> 1, if.true-2] [<number> 0, entry-0]        <any> t34 = phi [<number> 2, if.true-2] [<number> 0, if-condition-1]        <any> t36 = undefined-a        <number, error> t37 = call <func(...interface {}) (int, error)> println (<any> t36) binding[] member[]        <number, error> t38 = call <func(...interface {}) (int, error)> println (<any> t33) binding[] member[]
extern type:error:        [ warn] (GO):   not find variable a in current scope: 14:10 - 14:11: a
Values: 1        0 (t35): [Function] Function-println    14:2 - 14:9: println
Values: 2        0 (t37): [Call  ] Function-println(Undefined-a) 14:2 - 14:12: println(a)        1 (t38): [Call  ] Function-println(phi(b)[1,0]) 15:2 - 15:12: println(b)
[INFO] 2024-09-19 13:20:49 [utils4frontend:135] got :[Undefined-a phi(b)[1,0]][INFO] 2024-09-19 13:20:49 [utils4frontend:137] want :[Undefined-a phi(b)[1,0]]

可以发现，yaklang 不仅对块作用域有明确的标识，还分析了各个块的逻辑关系，生产的 phi 值也有明确的来源，最后在查找的过程中也区分开了变量 “a” 与变量 “b” 的作用域范围。

在 yaklang 中，目前已经对if，loop，try-catch，switch，break，continue都有了比较完善的处理，和对 goto 的部分处理（正在开发）。

END

 YAK官方资源

Yak 语言官方教程：
https://yaklang.com/docs/intro/Yakit
视频教程：
https://space.bilibili.com/437503777Github
下载地址：
https://github.com/yaklang/yakitYakit
官网下载地址：
https://yaklang.com/Yakit
安装文档：
https://yaklang.com/products/download_and_install
Yakit使用文档：
https://yaklang.com/products/intro/
常见问题速查：
https://yaklang.com/products/FAQ


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