手写一门编程语言（五）：作用域解析——让错误提前爆炸

上一章结束时语言已经能跑了，但有一类体验问题没解决：

fn f(a, b) {}
f(1);

这段代码能通过解析，要等运行到 f(1) 那一行才报「需要 2 个参数」。而下面这些，则要等到更糟的时刻：

return 1;          // 运行时才炸，且不知道该归罪于谁
while (true) { x += 1; break; }   // break 合法，但换个位置呢
var a = 1;
var a = 2;         // 静默覆盖，还是报错？
var x = x;         // x 的值是什么？

这些错误的共同点：不需要运行就能判定。只要在执行前把语法树再过一遍，问清楚每个变量「住在哪一层作用域」，它们就全部现形。这就是本章的主角：静态作用域解析器（resolver）。

「报错是脸面」系列第三次出现——前两次分别在加法类型检查和内建函数报错里。这一次的升级是时机：错误不但要说得清楚，还要来得早。

距离表：一次遍历，两张答卷

resolver 的输入是 AST，输出是一张 Map<Expr, number>：从每个变量引用节点，指向「从使用处到声明处隔了几层作用域」。

export function resolve(program: Program): Map<Expr, number> {
  const resolutions = new Map<Expr, number>()
  const scopes: Scope[] = []   // 作用域栈：每个 Scope 是一张 name → 已初始化? 的表
  ...
}

遍历规则直白得像走迷宫时在手上画地图：进入块语句 push 一层，退出 pop 一层；声明变量时记进当前层；读到变量时从栈顶往下找，找到就记下层数差。

解释器拿到这张表后，变量读取从「逐层回溯」变成「一步跳层」：

private lookup(expr: IdentifierExpr): Value {
  const dist = this.resolutions.get(expr)
  if (dist !== undefined && dist >= 0) return this.env.get(expr.name, dist)
  // 没有距离记录 = 全局变量，按名字回溯
  ...
}

性能收益是次要的（树遍历解释器的瓶颈根本不在这），真正的收益是语义被显式化了：变量属于哪层作用域，从「运行时的巧合」变成「编译期的事实」。

一个设计分工要说清楚：全局变量不出现在距离表里。resolver 只给嵌套作用域里的引用记距离，全局引用留给解释器按名字回溯。理由是全局环境在 REPL 场景下是跨行共享、动态生长的（下一章会讲），把全局也编译成固定位置反而碍事。

四类提前爆炸的错误

距离表是副产品，resolver 的正职是抓结构错误。四类，全部在编译期拦截：

1. return 越界。维护一个 fnDepth 计数器，进函数体加一，出函数体减一；遇到 return 时计数为零就报「return 只能出现在函数里」。

2. break/continue 越界。同款手法，loopDepth 计数器。「break 只能出现在循环里」。

3. 同层重复声明。var a = 1; var a = 2; 在同一层直接拒绝。层内隔离是局部变量价值的根基，静默覆盖会让「哪层声明的」变得无所谓。

4. 自引用。这是最有意思的一类：

var x = x;

处理声明时 resolver 分两步：先在当前层登记名字（标记「未初始化」），等初始化表达式解析完再标记「已初始化」。读到一个「本层已登记但未初始化」的变量，就是自引用——错误信息直说：不能在本层作用域读取尚未初始化的变量 'x'（var x = x 是自引用）。

有个刻意的简化值得坦白：这个检查只看最内层。外层作用域里未初始化的变量，内层读取时不报——因为那需要跨函数的生命周期分析，误报率会失控。玩具语言的品味在于知道在哪收手。

真 bug 复盘：递归差点被自己人误杀

这个检查上线后，测试当场炸出一个我没想到的连锁反应。斐波那契：

fn fib(n) {
  if (n < 2) return n;
  return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}
print(fib(10));

报错：

ResolveError: 不能读取尚未初始化的全局变量 'fib'（var x = x 是自引用）  [line 4, col 12]

fib(10) 的 fib，被当成了 var x = x。

原因藏在处理顺序里。我最初照抄 var 的两步走写函数声明：登记名字 → 解析函数体 → 标记已初始化。但函数体里那句 return fib(n - 1) 在第二步就执行了——此刻 fib 恰好处于「已登记、未初始化」状态，和 var x = x 里的 x 一模一样。

var 的两步走是对的（初始化表达式确实该在绑定生效前求值），函数声明不一样：它没有「求值初始化器」这个动作，名字从声明那一刻起就该可用。修复是给函数声明单独一条路径——声明即初始化，然后再解析函数体：

case 'fnDecl': {
  // 先重名检查并立即生效，再解析函数体——递归因此可用
  declareImmediately(stmt.fn.name!, stmt.fn.line, stmt.fn.col)
  resolveFn(stmt.fn)
  return
}

这个 bug 的教育意义在于：两个各自正确的规则（「声明先于使用」与「两步走防止自引用」）组合起来会产生一个谁都没预期的假阳性。单测里 var x = x 通过、斐波那契通过、闭包通过——挂掉的是「顶层函数 + 递归」这个组合。差分测试的素材又多了一条。

交付物

• resolve(program)：距离表 + 四类结构错误，30 行核心逻辑
• 解释器接入距离跳层取值，全局按名字回溯的分工
• for 的初始化变量被圈在循环头自己的作用域里（beginScope/endScope 包住）
• 四类错误各有测试；递归误杀作为回归用例永久入库

到这里，树遍历解释器的所有零件都齐了。下一章换个口味，讲讲 REPL——这个语言的第一印象是怎么被我改了三遍才像样的：变量为什么不能每行独立、表达式回显的试探法、以及「哪些解析错误代表用户还没写完」这个看似简单实则微妙的问题。

本系列代码开源在 cha-lang，resolver 实现在 src/resolver.ts，commit 9a23d88 是本章完成时的状态。