Go编译原理系列6（类型检查）

6. Go编译过程-类型检查

前言

在前边的一篇文章中分享了抽象语法树的构建，下边的一个阶段就是类型检查，它会遍历每一个抽象语法树的结点，会按照如下步骤对不同类型的结点进行类型检查（静态类型检查）：

• 常量、类型和函数名及类型验证

• 变量的赋值和初始化

• 计算编译时的常量、将声明与标识符绑定

• 会对一些内置函数进行改写（下边介绍源码时会提到）

• 哈希键值对的类型

• 做特别的语法或语义检查（引用的结构体字段是否是大写可导出的？数组字面量的访问是否超过了其长度？数组的索引是不是正整数？）

通过类型检查，它可以保证每一个抽象语法树的结点不会出现类型错误（注意，编译阶段是静态类型检查），源代码中的静态类型错误，会在类型检查的过程中被发现。并且，如果某个类型是否实现了某个接口，也会在该阶段被检查出来

通过本文你可以了解到Go的类型检查阶段都做了哪些事情，以及在检查一些特殊类型的结点时，对结点做了哪些特殊的改写（比如：map、make）

类型检查整体概览

类型检查阶段会遍历抽象语法树的每一个节点，确定节点的类型。例如下边这两种形式

var test int
test := 1


第一种是直接指定了类型，第二种是需要编译器通过类型推断来得到变量的类型

在前边的几篇文章中提到了，Go编译的入口文件在：

Go的编译入口文件：src/cmd/compile/main.go -> gc.Main(archInit)


进入到gc.Main(archInit)方法，你会看到，执行完词法分析、语法分析、抽象语法树的构建之后，有下边这么一段代码：

func Main(archInit func(*Arch)) {
 ......
 lines := parseFiles(flag.Args())//词法分析、语法分析、抽象语法树构建都在这里
 ......
 //开始遍历抽象语法树，对每个结点进行类型检查
 for i := 0; i < len(xtop); i++ {
 n := xtop[i]
 if op := n.Op; op != ODCL && op != OAS && op != OAS2 && (op != ODCLTYPE || !n.Left.Name.Param.Alias()) {
 xtop[i] = typecheck(n, ctxStmt)
 }
 }
 for i := 0; i < len(xtop); i++ {
 n := xtop[i]
 if op := n.Op; op == ODCL || op == OAS || op == OAS2 || op == ODCLTYPE && n.Left.Name.Param.Alias() {
 xtop[i] = typecheck(n, ctxStmt)
 }
 }
 ......
 checkMapKeys()//对哈希中键的类型进行检查
 ......
}


这里的xtop是一个数组，它里边是每一棵抽象语法树的根节点（在抽象语法树构建这篇文章中提到，它会将每一种声明语句都构建成一棵抽象语法树，比如var、const、type、func等）。因此它会从每一棵树的根节点开始遍历，逐一进行类型检查

从上边的代码中我们可以看到，类型检查主要是调用了：/usr/local/go/src/cmd/compile/internal/gc/typecheck.go→

typecheck

方法，该方法会对常量、类型、函数声明、赋值语句等进行类型检查。同时后边调用了checkMapKeys()方法对哈希的键进行类型检查（下边会对这两个方法的实现进行详细的介绍）

其实在

typecheck

方法中，核心逻辑在它调用的

typecheck1

方法中。该方法中由一个很大的switch构成，根据每个节点的Op，来选择不同的处理逻辑。这里边分支非常多，我这里仅选择几个比较特别的进行深入的了解

func typecheck1(n *Node, top int) (res *Node) {
 ......
 switch n.Op {
 // until typecheck is complete, do nothing.
 default:
 Dump("typecheck", n)
 
 Fatalf("typecheck %v", n.Op)
 
 // names
 case OLITERAL:
 ok |= ctxExpr
 
 if n.Type == nil && n.Val().Ctype() == CTSTR {
 n.Type = types.UntypedString
 }
 
 case ONONAME:
 ok |= ctxExpr
 
 case ONAME:
 ......
 case OTARRAY:
 ......
 case OTMAP:
 ......
 }
 ......
}


深入了解类型检查

OAS：赋值语句

// Left = Right or (if Colas=true) Left := Right
// If Colas, then Ninit includes a DCL node for Left.
OAS


赋值语句的核心是调用了：/usr/local/go/src/cmd/compile/internal/gc/typecheck.go→

typecheckas

case OAS:
 ok |= ctxStmt

 typecheckas(n)

 // Code that creates temps does not bother to set defn, so do it here.
 if n.Left.Op == ONAME && n.Left.IsAutoTmp() {
 n.Left.Name.Defn = n
 }


在

typecheckas

方法中，可以看到如下这段代码，它是将右边常量的类型，赋值给左边变量的类型

func typecheckas(n *Node) {
 ......
 if n.Left.Name != nil && n.Left.Name.Defn == n && n.Left.Name.Param.Ntype == nil {
 n.Right = defaultlit(n.Right, nil)
 n.Left.Type = n.Right.Type
 }
 ......
}


比如：var a = 666

OTARRAY：切片

OTARRAY // []int, [8]int, [N]int or [...]int


对于节点类型是OTARRAY的情况，它会先检查切片值的类型（该节点的右节点）

case OTARRAY:
 ok |= ctxType
 r := typecheck(n.Right, ctxType)
 if r.Type == nil {
 n.Type = nil
 return n
 }


然后根据左边节点的不同，分三种情况，即[]int、[...]int、[6]int

• []int
  ：直接调用
  t = types.NewSlice(r.Type)
  ，返回了一个 
  TSLICE
   类型的结构体，元素的类型信息也会存储在结构体中

• [...]int
  ：交由
  typecheckcomplit
  方法处理，

func typecheckcomplit(n *Node) (res *Node) {
 ......
 // Need to handle [...]T arrays specially.
 if n.Right.Op == OTARRAY && n.Right.Left != nil && n.Right.Left.Op == ODDD {
 n.Right.Right = typecheck(n.Right.Right, ctxType)
 if n.Right.Right.Type == nil {
 n.Type = nil
 return n
 }
 elemType := n.Right.Right.Type
 
 length := typecheckarraylit(elemType, -1, n.List.Slice(), "array literal")
 
 n.Op = OARRAYLIT
 n.Type = types.NewArray(elemType, length)
 n.Right = nil
 return n
 }
 ......
}


该方法会获取到数组中元素的数量，然后调用

[types.NewArray](https://draveness.me/golang/tree/cmd/compile/internal/types.NewArray)

 初始化一个存储着数组中元素类型和数组大小的结构体

• [6]int
  ：如果在声明切片时，带了数组的大小，则直接调用
  [types.NewArray](https://draveness.me/golang/tree/cmd/compile/internal/types.NewArray)
   初始化一个存储着数组中元素类型和数组大小的结构体

可以发现数组的长度是类型检查期间确定的

在最后，它会更新该节点的Type等信息

setTypeNode(n, t)
n.Left = nil
n.Right = nil
checkwidth(t)


OTMAP：map(哈希)

OTMAP // map[string]int


对于OTMAP类型的结点，它会分别对左右两边的部分进行类型检查，然后创建一个*

TMAP

结构体，将MAP的键值类型存到该结构体中*

case OTMAP:
 ok |= ctxType
 n.Left = typecheck(n.Left, ctxType)
 n.Right = typecheck(n.Right, ctxType)
 l := n.Left
 r := n.Right
 if l.Type == nil || r.Type == nil {
 n.Type = nil
 return n
 }
 if l.Type.NotInHeap() {
 yyerror("incomplete (or unallocatable) map key not allowed")
 }
 if r.Type.NotInHeap() {
 yyerror("incomplete (or unallocatable) map value not allowed")
 }

 setTypeNode(n, types.NewMap(l.Type, r.Type))
 mapqueue = append(mapqueue, n) // check map keys when all types are settled
 n.Left = nil
 n.Right = nil

......
func NewMap(k, v *Type) *Type {
 t := New(TMAP)
 mt := t.MapType()
 mt.Key = k
 mt.Elem = v
 return t
}


我们从代码中可以发现，它不仅对结点进行了修改，而且将结点放入了一个mapqueue队列。在前边的概览部分提到了checkMapKeys()会对哈希键的类型进行再次的检查

func checkMapKeys() {
 for _, n := range mapqueue {
 k := n.Type.MapType().Key
 if !k.Broke() && !IsComparable(k) {
 yyerrorl(n.Pos, "invalid map key type %v", k)
 }
 }
 mapqueue = nil
}


其实就是遍历队列，验证这些类型是否可以作为map的key

OMAKE：make

OMAKE // make(List) (before type checking converts to one of the following)
OMAKECHAN // make(Type, Left) (type is chan)
OMAKEMAP // make(Type, Left) (type is map)
OMAKESLICE // make(Type, Left, Right) (type is slice)


在编写go代码时，我们经常会用到make关键字来创建slice、map、channel等，在Go编译的类型检查阶段，它会细分OMAKE的结点，比如：

make slice：OMAKESLICE
make map：OMAKEMAP
make chan：OMAKECHAN


具体实现就是，它会先获取到make的第一个参数，也就是类型。根据这个类型，进行不同的处理

case OMAKE:
 ok |= ctxExpr
 args := n.List.Slice()
 ......
 l := args[0]
 l = typecheck(l, ctxType)
 t := l.Type
 ......
 i := 1
 switch t.Etype {
 default:
 yyerror("cannot make type %v", t)
 n.Type = nil
 return n

 case TSLICE:
 ......
 n.Left = l
 n.Right = r
 n.Op = OMAKESLICE

 case TMAP:
 ......
 n.Op = OMAKEMAP
 case TCHAN:
 ......
 n.Op = OMAKECHAN
 }

 n.Type = t


• 如果第一个参数是
  切片类型
  ：获取切片的长度(len)和容量(cap)，然后对len和cap进行合法性校验。并且改写了节点的类型

• 如果第一个参数是
  map类型
  ：获取make的第二个参数，如果没有，则默认设置为0（map的大小）。并且改写节点的类型

• 如果第一个参数是chan
  类型
  ：获取make的第二个参数，如果没有，则默认设置为0（chan的缓冲区大小）。并且改写节点的类型

我这里没粘代码了，大家可以自行去看

总结

本文主要是分享了类型检查中的几个特殊的节点类型。还有很多其它类型的节点的类型检查，大家可以自行的去看源码

在前边几篇文章中没有分享Go的源码调试，所以下篇文章计划分享Go的源码调试方式。并且以抽象语法树的构建为例，对它进行调试

参考

• go-ast-book

• 《Go语言底层原理剖析》

• 面向信仰编程-类型检查