while和break语句

本节介绍while语句，并引入break语句。

while语句

跟if语句的简单形式（不包括elseif和else分支）相比，while语句只是在内部block的末尾增加一个无条件跳转字节码，跳转回语句开头。如下图中左边的跳转所示：

  1. /--->+----------------------+
  2. |    | while condition then |---\ 如果condition为假，则跳过block
  3. |    +----------------------+   |
  4. |                               |
  5. |        block                  |
  6. \<----                          |
  7.      +-----+                    |
  8.      | end |                    |
  9.      +-----+                    |
  10.      <--------------------------/

最终生成的字节码序列的格式如下，其中...代表内部代码块的字节码序列：

  1. /-->  Test --\  if分支
  2. |     ...    |
  3. \---  Jump   |
  4.         <----/  整个while语句结尾

语法分析过程和代码，也是在if语句的基础上增加一个无条件跳转字节码，这里略过。需要改造的一个地方是，这里的无条件跳转是向后跳转。之前Jump字节码的第2个参数是u16类型，只能向前跳转。现在需要改为i16类型，用负数表示向后跳转：

  1. pub enum ByteCode {
  2.     Jump(i16),

相应的，虚拟机执行部分需要修改为：

  1.         // 无条件跳转
  2.         ByteCode::Jump(jmp) => {
  3.             pc = (pc as isize + jmp as isize) as usize;
  4.         }

相对于C语言，Rust的类型管理更加严格，所以看起来比较啰嗦。

break语句

while语句本身非常简单，但引入了另外一个语句：break。break语句本身也很简单，无条件跳转到block结尾处即可，但问题在于并不是所有block都支持break，比如之前介绍的if内部的block就不支持break，只有循环语句的block支持break。准确说，break要跳出的是最近一层的循环的block。比如下面示例：

  1. while 123 do  -- 外层循环block，支持break
  2.     while true do  -- 中层循环block，支持break
  3.         a = a + 1
  4.         if a < 10 then  -- 内层block，不支持break
  5.             break  -- 跳出 `while true do` 的循环
  6.         end
  7.     end
  8. end

代码中有3层block，外层和中层的while的block支持break，内层if的block不支持break。此时break就是跳出中层的block。

如果break语句不处于循环block之内，则语法错误。

为实现上述功能，可以在block()函数中增加一个参数，以便在递归调用时表示最近一次的循环block。由于在生成跳转字节码时block还未结束，还不知道跳转目的地址，所以只能先生成跳转字节码占位，而参数留空；后续在block结束的位置再修复字节码参数。所以block()函数的参数就是最近一层循环block的break跳转字节码索引列表。调用block()函数时，

  • 如果是循环block，则创建一个新索引列表作为调用参数，在调用结束后，用当前地址（即block结束位置）修复列表中字节码；
  • 如果不是循环block，则使用当前列表（也就是当前最近循环block）作为调用参数。

但是block()函数的递归调用并不是直接递归，而是间接递归。如果要这样传递参数，那么所有的语法分析函数都要加上这个参数了，太复杂。所以把这个索引列表放到全局的ParseProto中。牺牲了局部性，换来了编码方便。

下面来看具体编码实现。首先在ParseProto中添加break_blocks字段，类型是“跳转字节码索引列表”的列表：

  1. pub struct ParseProto<R: Read> {
  2.     break_blocks: Vec::<Vec::<usize>>,

在解析while语句时，调用block()函数前，追加一个列表；调用后，修复列表中的跳转字节码：

  1.     fn while_stat(&mut self) {
  3.         // 省略条件判断语句处理部分
  5.         // 调用block()前，追加一个列表
  6.         self.break_blocks.push(Vec::new());
  8.         // 调用block()
  9.         assert_eq!(self.block(), Token::End);
  11.         // 调用block()后，弹出刚才追加的列表，并修复其中的跳转字节码
  12.         for i in self.break_blocks.pop().unwrap().into_iter() {
  13.             self.byte_codes[i] = ByteCode::Jump((iend - i) as i16);
  14.         }
  15.     }

在准备好block后，就可以实现break语句了：

  1.     fn break_stat(&mut self) {
  2.         // 取最近的循环block的字节码列表
  3.         if let Some(breaks) = self.break_blocks.last_mut() {
  4.             // 生成跳转字节码占位，参数留空
  5.             self.byte_codes.push(ByteCode::Jump(0));
  6.             // 追加到字节码列表中
  7.             breaks.push(self.byte_codes.len() - 1);
  8.         } else {
  9.             // 如果没有循环block，则语法错误
  10.             panic!("break outside loop");
  11.         }
  12.     }

continue语句？

实现了break语句后，自然就想到continue语句。而且continue的实现跟break类似，区别就是一个跳转到循环结束，一个跳转到循环开头，加上这个功能就是顺手的事情。不过Lua不支持continue语句！其中有一小部分原因跟repeat..until语句有关。我们在下一节介绍完repeat..until语句后再详细讨论continue语句。