仓颉编程语言：编译、报错与调试

宏的编译和使用

当前编译器约束宏的定义与宏的调用不允许在同一包里。宏包必须首先被编译，然后再编译宏调用的包。在宏调用的包中，不允许出现宏的定义。由于宏需在包中导出给另一个包使用，因此编译器约束宏定义必须使用 public 修饰。

下面介绍一个简单的例子。

源码目录结构如下：

// Directory layout.
src
`-- macros
      |-- m.cj

`-- demo.cj

宏定义放在 _macros_子目录下：

// macros/m.cj
// In this file, we define the macro Inner, Outer.
macro package define
import std.ast.*

public macro Inner(input: Tokens) {
    return input
}

public macro Outer(input: Tokens) {
    return input
}

宏调用代码如下：

// demo.cj
import define.*
@Outer
class Demo {
    @Inner var state = 1
    @Inner var cnt = 42
}

main() {
    println("test macro")
    0
}

以下为 Linux 平台的编译命令（具体编译选项会随着 cjc 更新而演进，以最新 cjc 的编译选项为准）：

# 当前目录: src
# 先编译宏定义文件在当前目录产生默认的动态库文件（允许指定动态库的路径，但不能指定动态库的名字）
cjc macros/m.cj --compile-macro
# 编译使用宏的文件，宏替换完成，产生可执行文件
cjc demo.cj -o demo
# 运行可执行文件
./demo

在 Linux 平台上，将生成用于包管理的 macro_define.cjo 和实际的动态库文件。

若在 Windows 平台：

# 当前目录: src
# 先编译宏定义文件在当前目录产生默认的动态库文件（允许指定动态库的路径，但不能指定动态库的名字）
cjc macros/m.cj --compile-macro
# 编译使用宏的文件，宏替换完成，产生可执行文件
cjc demo.cj -o demo.exe

若用 CJVM 虚拟机后端：

# 当前目录: src
# 先编译宏定义文件在当前目录产生默认的动态库文件（允许指定动态库的路径，但不能指定动态库的名字）
cjc macros/m.cj --compile-macro
# 编译使用宏的文件，宏替换完成，产生cbc文件
cjc demo.cj --interp-macro -o demo.cbc

并行宏展开

可以在编译宏调用文件时添加 --parallel-macro-expansion 选项，启用并行宏展开的能力。编译器会自动分析宏调用之间的依赖关系，无依赖关系的宏调用可以并行执行，如上述例子中的两个 @Inner 就可以并行展开，如此可以缩短整体编译时间。

注意

如果宏函数依赖一些全局变量，使用并行宏展开会存在风险。

macro package define
import std.ast.*
import std.collection.*

var Counts = HashMap<String, Int64>()

public macro Inner(input: Tokens) {
    for (t in input) {
        if (t.value.size == 0) {
            continue
        }
        // 统计所有有效token value的出现次数
        if (!Counts.contains(t.value)) {
            Counts[t.value] = 0
        }
        Counts[t.value] = Counts[t.value] + 1
    }
    return input
}

public macro B(input: Tokens) {
    return input
}

参考上述代码，如果 @Inner 的宏调用出现在多处，并且启用了并行宏展开选项，则访问全局变量 Counts 就可能存在冲突，导致最后获取的结果不正确。

建议不要在宏函数中使用全局变量，如果必须使用，要么关闭并行宏展开选项，或者可以通过仓颉线程锁对全局变量进行保护。

diagReport 报错机制

仓颉 ast 包提供了自定义报错接口 diagReport。方便定义宏的用户，在解析传入 tokens 时，对错误 tokens 内容进行自定义报错。

自定义报错接口提供同原生编译器报错一样的输出格式，允许用户报 warning 和 error 两类错误提示信息。

diagReport 的函数原型如下：

public func diagReport(level: DiagReportLevel, tokens: Tokens, message: String, hint: String): Unit

其参数含义如下：

• level: 报错信息等级
• tokens: 报错信息中所引用源码内容对应的 tokens
• message: 报错的主信息
• hint: 辅助提示信息

参考如下使用示例。

宏定义文件：

// macro_definition.cj
macro package macro_definition

import std.ast.*

public macro TestDef(input: Tokens): Tokens {
    for (i in 0..input.size) {
        if (input[i].kind == IDENTIFIER) {
            diagReport(DiagReportLevel.ERROR, input[i..(i + 1)],
                       "This expression is not allowed to contain identifier",
                       "Here is the illegal identifier")
        }
    }
    return input
}

宏调用文件：

// macro_call.cj
package macro_calling

import std.ast.*
import macro_definition.*

main(): Int64 {
    let a = @TestDef(1)
    let b = @TestDef(a)
    let c = @TestDef(1 + a)
    return 0
}

编译宏调用文件过程中，会出现如下报错信息：

error: This expression is not allowed to contain identifier
 ==> call.cj:9:22:
  |
9 |     let b = @TestDef(a)
  |                      ^ Here is the illegal identifier
  |

error: This expression is not allowed to contain identifier
  ==> call.cj:10:26:
   |
10 |     let c = @TestDef(1 + a)
   |                          ^ Here is the illegal identifier
   |

2 errors generated, 2 errors printed.

使用 --debug-macro 输出宏展开结果

借助宏在编译期做代码生成时，如果发生错误，处理起来十分棘手，这是开发者经常遇到但一般很难定位的问题。这是因为，开发者写的源码，经过宏的变换后变成了不同的代码片段。编译器抛出的错误信息是基于宏最终生成的代码进行提示的，但这些代码在开发者的源码中没有体现。

为了解决这个问题，仓颉宏提供 debug 模式，在这个模式下，开发者可以从编译器为宏生成的 debug 文件中看到完整的宏展开后的代码，如下所示。

宏定义文件：

macro package define

import std.ast.*

public macro Outer(input: Tokens): Tokens {
    let messages = GetChildMessages("Inner")

    let getTotalFunc = quote(public func getCnt() {
                       )
    for (m in messages) {
        let identName = m.getString("identifierName")
        getTotalFunc.append(Token(TokenKind.IDENTIFIER, identName))
        getTotalFunc.append(quote(+))
    }
    getTotalFunc.append(quote(0))
    getTotalFunc.append(quote(}))
    let funcDecl = parseDecl(getTotalFunc)

    let decl = (parseDecl(input) as ClassDecl).getOrThrow()
    decl.body.decls.append(funcDecl)
    return decl.toTokens()

}

public macro Inner(input: Tokens): Tokens {
    AssertParentContext("Outer")
    let decl = parseDecl(input)
    SetItem("identifierName", decl.identifier.value)
    return input
}

宏调用文件 demo.cj：

import define.*

@Outer
class Demo {
    @Inner var state = 1
    @Inner var cnt = 42
}

main(): Int64 {
    let d = Demo()
    println("${d.getCnt()}")
    return 0
}

在编译使用宏的文件时，在选项中，增加 --debug-macro，即使用仓颉宏的 debug 模式。

cjc --debug-macro demo.cj

在 debug 模式下，会生成临时文件 _demo.cj.macrocall_，对应宏展开的部分如下：

// demo.cj.macrocall
/* ===== Emitted by MacroCall @Outer in demo.cj:3:1 ===== */
/* 3.1 */class Demo {
/* 3.2 */    var state = 1
/* 3.3 */    var cnt = 42
/* 3.4 */    public func getCnt() {
/* 3.5 */        state + cnt + 0
/* 3.6 */    }
/* 3.7 */}
/* 3.8 */
/* ===== End of the Emit ===== */

如果宏展开后的代码有语义错误，则编译器的错误信息会溯源到宏展开后代码的具体行列号。仓颉宏的 debug 模式有以下注意事项：

• 宏的 debug 模式会重排源码的行列号信息，不适用于某些特殊的换行场景。比如

  // before expansion
  @M{} - 2 // macro M return 2
  
  // after expansion
  // ===== Emmitted my Macro M at line 1 ===
  2
  // ===== End of the Emit =====
  - 2

  这些因换行符导致语义改变的情形，不应使用 debug 模式。

• 不支持宏调用在宏定义内的调试，会编译报错。

  public macro M(input: Tokens) {
      let a = @M2(1+2) // M2 is in macro M, not suitable for debug mode.
      return input + quote($a)
  }

• 不支持带括号宏的调试。

  // main.cj
  
  main() {
      // For macro with parenthesis, newline introduced by debug will change the semantics
      // of the expression, so it is not suitable for debug mode.
      let t = @M(1+2)
      0
  }