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