手把手教你寫腳本引擎（三）：語言核心設計——型別、堆疊、閉包與圖靈完備性

系列第三篇確立腳本語言核心規格：非惰性計算、弱型別、支援基本型別/陣列/函數指標、隱式轉型與函數多載。採 Pascal 風格語法避開 C 語言宣告解析複雜度，編譯目標為自製指令集配合虛擬機執行。

語言規格概覽

檔案結構

unit 單元名;
uses 單元名1, 單元名2, ...;

type
  新型別名 = 型別宣告;
  ...

var
  變數群: 型別;
  ...

interface
  公開函數宣告;

implementation
  公開與私有函數實作
end.

型別系統

• 基本型別：boolean、integer、real、char、string
• 陣列型別：array of 型別
• 函數指標：type MyPtr = function(a,b:integer):integer;

函數與陳述句

• 程序/函數：procedure 名(參數) / function 名(參數): 回傳型別
• 參數支援 var 參考傳遞
• 控制結構：if-then-else、for-to/downto、while-do、repeat-until、begin-end 區塊
• 跳躍指令：continue、break、exit

運算子與表達式

算術：+ - * div mod /（/ 強制回傳 real）
邏輯：and or xor not
陣列/字串索引：expr[index]（0-based，引用複製語意）

範例程式：質數判斷

unit PrimeTest;
uses IO;

interface
function IsPrime(Num: integer): boolean;

implementation
function IsPrime(Num: integer): boolean;
var i: integer;
begin
  result := true;
  if Num < 2 then result := false
  else if Num > 2 then
    for i := 2 to Num-1 do
      if Num mod i = 0 then result := false;
end;
end.

執行環境設計

資料表示

• 基本型別：直接儲存（1/4/1/8 bytes）
• 函數指標：全域函數 ID（等同 integer）
• 字串/陣列：[RefCount:int][Data] 結構，引用計數實現自動記憶體管理
• 字串寫時複製（Copy-on-Write）：賦值共享緩衝區，修改前複製

呼叫堆疊幀結構

分段式堆疊，每幀包含：參數區、區域變數、暫存區、參數基址、返回位址。函數呼叫/返回時自動維護參考計數與幀指標。

指令集範例：A(x) { result := B(x+1, x-1); }

FUNCTION_A:
  00 push x;  01 push 1;  02 add;      // x+1
  03 push x;  04 push 1;  05 sub;      // x-1
  06 call FUNCTION_B;
  07 pushref result;  08 assign;       // 儲存返回值
  09 ret 1;

FUNCTION_B:
  10 push x;  11 push y;  12 mul;
  13 pushref result;  14 assign;
  15 ret 2;

語言特性選擇指南

圖靈完備性判據

具備陣列、閉包、或「結構+指標」即為圖靈完備（能表達遞迴資料結構）。

下篇預告

語法分析與語義分析實作細節。