手拉手教你实现一门编程语言 Enkel, 系列 16

本文系 Creating JVM language 翻译的第 16 篇。
原文中的代码和原文有不一致的地方均在新的代码仓库中更正过，建议参考新的代码仓库。

源码

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OOP 和 statics

面向对象语言中最大的优点是啥？我个人认为是多态， 如何实现多态，使用继承呗，可以在静态语义下使用继承么？肯定不行呀。

在我认为，静态语义违反了面向对象的思想，不应该出现在面向对象中，为了避免使用多态，你可以用单例呀。

因此，为何有 static 情况下，Java 还声称自己是面向对象的呢？我认为，Java 是为了迎合 C++ 更加方便的接纳 Java 才引入的历史因素。

去掉 static

直到上一篇博客，Enkel 中一直存在 static。包括 main 方法和其他的静态方法，这么是为了方便实现语言的其他特性，比如变量，条件表达式，循环，方法调用，然后才转成 OO。

那么我们来实现没有静态的 OO 吧。

main 方法

static main 方法需要 Java 程序员手动编写。Enkel 是这样处理的：

• 编译器自动生成
• 在 main 方法中，用默认的构造器创建一个对象
• 然后调用 start 方法
• 程序员需要提供 start 方法定义

private Function getGeneratedMainMethod() {
     FunctionParameter args = new FunctionParameter("args", BultInType.STRING_ARR, Optional.empty());
     FunctionSignature functionSignature = new FunctionSignature("main", Collections.singletonList(args), BultInType.VOID);
     ConstructorCall constructorCall = new ConstructorCall(scope.getClassName());
     FunctionSignature startFunSignature = new FunctionSignature("start", Collections.emptyList(), BultInType.VOID);
     FunctionCall startFunctionCall = new FunctionCall(startFunSignature, Collections.emptyList(), scope.getClassType());
     Block block = new Block(new Scope(scope), Arrays.asList(constructorCall,startFunctionCall));
     return new Function(functionSignature, block);
 }

start 方法是非静态的，但其实是 main 方法的一种变体。

INVOSTATIC vs INVOKEVIRTUAL

在第七部分，我用了 INVOKESTATIC 来做方法调用，是时候换成 INVOKEVIRTUAL 了。

INVOKEVIRTUAL 有一点和 INVOKESTATIC 有很大的差异，INVOKEVIRTUAL 需要一个所有者，INVOKESTATIC 从栈中出栈参数，INVOKEVIRTUAL 首先是把所有者出栈，然后才是出栈参数。

如果没有显示的提供所有者信息，默认用 this。

//Mapping antlr generated FunctionCallContext to FunctionCall 
@Override
public Expression visitFunctionCall(@NotNull EnkelParser.FunctionCallContext ctx) {
    //other stuff
    boolean ownerIsExplicit = ctx.owner != null;
    if(ownerIsExplicit) {
        Expression owner = ctx.owner.accept(this);
        return new FunctionCall(signature, arguments, owner);
    }
    ClassType thisType = new ClassType(scope.getClassName());
    return new FunctionCall(signature, arguments, new VarReference("this",thisType)); //pass "this" as a owner 
}

//Generating bytecode using mapped FunctionCall object
public void generate(FunctionCall functionCall) {
    functionCall.getOwner().accept(this); //generate owner (pushses it onto stack)
    generateArguments(functionCall);  //generate arguments
    String functionName = functionCall.getIdentifier();
    String methodDescriptor = DescriptorFactory.getMethodDescriptor(functionCall.getSignature());
    String ownerDescriptor = functionCall.getOwnerType().getInternalName();
    //Consumes owner and arguments off the stack
    methodVisitor.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, ownerDescriptor, functionName, methodDescriptor, false); 
}

示例

如下 Enkel 代码:

HelloStart {

    start {
        print "Hey I am non-static 'start' method"
    }
}

生成字节码：

public class HelloStart {
  public void start();
    Code:
       0: getstatic     #12                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #14                 // String Hey I am non-static  'start' method
       5: invokevirtual #19                 // Method "Ljava/io/PrintStream;".println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return

  //Constructor
  public HelloStart();
    Code:
       0: aload_0   //get "this"
       1: invokespecial #22                 // Method java/lang/Object."<init>":()V - call super
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class HelloStart - create new object
       3: dup       //duplicate new object so that invokespecial does not consumes it
       4: invokespecial #25                 // Method "<init>":()V - call constructor
       7: invokevirtual #27                 // Method start:()V
      10: return
}

与之对应 Java 类如下：

public class HelloStart {
    public HelloStart() {
    }

    public static void main(String[] var0) {
        (new HelloStart()).start();
    }
    
    public void start() {
        System.out.println("Hey I am non-static \'start\' method");
    }

}