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在仓颉编程语言中,开发者可以给一些程序元素命名,这些名字也被称为“标识符”,标识符分为普通标识符和原始标识符两类,它们分别遵从不同的命名规则。
普通标识符不能和仓颉关键字相同,可以取自以下两类字符序列:
例如,以下每行字符串都是合法的普通标识符:
abc
_abc
abc_
a1b2c3
a_b_c
a1_b2_c3
以下每行字符串都是不合法的普通标识符:
ab&c // 使用了非法字符 “&”
_123 // 起始下划线 “_” 后不能接数字
3abc // 数字不能出现在头部
while // 不能使用仓颉关键字
原始标识符是在普通标识符或仓颉关键字的外面加上一对反引号,主要用于将仓颉关键字作为标识符的场景。
例如,以下每行字符串都是合法的原始标识符:
`abc`
`_abc`
`a1b2c3`
`if`
`while`
以下每行字符串,由于反引号内的部分是不合法的普通标识符,所以它们整体也是不合法的原始标识符:
`ab&c`
`_123`
`3abc`
通常,我们都会在扩展名为 .cj 的文本文件中编写仓颉程序,这些程序和文件也被称为源代码和源文件,在程序开发的最后阶段,这些源代码将被编译为特定格式的二进制文件。
在仓颉程序的顶层作用域中,可以定义一系列的变量、函数和自定义类型(如 struct、class、enum 和 interface 等),其中的变量和函数分别被称为全局变量和全局函数。如果要将仓颉程序编译为可执行文件,您需要在顶层作用域中定义一个 main 函数作为程序入口,它可以有 Array 类型的参数,也可以没有参数,它的返回值类型可以是整数类型或 Unit 类型。
注意
定义 main 函数时,不需要写 func 修饰符。此外,如果需要获取程序启动时的命令行参数,可以声明和使用 Array 类型参数。
例如在以下程序中,我们在顶层作用域定义了全局变量 a 和全局函数 b,还有自定义类型 C、D 和 E,以及作为程序入口的 main 函数。
// example.cj
let a = 2023
func b() {}
struct C {}
class D {}
enum E { F | G }
main() {
println(a)
}
在非顶层作用域中不能定义上述自定义类型,但可以定义变量和函数,称之为局部变量和局部函数。特别地,对于定义在自定义类型中的变量和函数,称之为成员变量和成员函数。
注意
enum 和 interface 中仅支持定义成员函数。
例如在以下程序中,我们在顶层作用域定义了全局函数 a 和自定义类型 A,在函数 a 中定义了局部变量 b 和局部函数 c,在自定义类型 A 中定义了成员变量 b 和成员函数 c。
// example.cj func a() { let b = 2023 func c() { println(b) } c() } class A { let b = 2024 public func c() { println(b) } } main() { a() A().c() }
运行以上程序,将输出:
20232024
在仓颉编程语言中,一个变量由对应的变量名、数据(值)和若干属性构成,开发者通过变量名访问变量对应的数据,但访问操作需要遵从相关属性的约束(如数据类型、可变性和可见性等)。
变量定义的具体形式为:
修饰符 变量名: 变量类型 = 初始值
其中修饰符用于设置变量的各类属性,可以有一个或多个,常用的修饰符包括:
在定义仓颉变量时,可变性修饰符是必要的,在此基础上,还可以根据需要添加其他修饰符。
例如,下列程序定义了两个 Int64 类型的不可变变量 a 和可变变量 b,随后修改了变量 b 的值,并调用 println 函数打印 a 与 b 的值。
main() {
let a: Int64 = 20
var b: Int64 = 12
b = 23
println("${a}${b}")
}
编译运行此程序,将输出:
2023
如果尝试修改不可变变量,编译时会报错,例如:
main() {
let pi: Float64 = 3.14159
pi = 2.71828 // Error, cannot assign to immutable value
}
当初始值具有明确类型时,可以省略变量类型标注,例如:
main() { let a: Int64 = 2023 let b = a println("a - b = ${a - b}")}
其中变量 b 的类型可以由其初值 a 的类型自动推断为 Int64,所以此程序也可以被正常编译和运行,将输出:
a - b = 0
在定义局部变量时,可以不进行初始化,但一定要在变量被引用前赋予初值,例如:
main() {
let a: Int64 = 2023
let b = a
println("a - b = ${a - b}")
}
编译运行此程序,将输出:
仓颉造字
在定义全局变量和静态成员变量时必须初始化,否则编译会报错,例如:
// example.cj
let global: Int64 // Error, variable in top-level scope must be initialized
// example.cj
class Player {
static let score: Int32 // Error, static variable 'score' needs to be initialized when declaring
}
程序在运行阶段,只有指令流转和数据变换,仓颉程序中的各种标识符已不复存在。由此可见,编译器使用了一些机制,将这些名字和编程所取用的数据实体/存储空间绑定起来。
从编译器实现层面看,任何变量总会关联一个值(一般是通过内存地址/寄存器关联),只是在使用时,对有些变量,我们将直接取用这个值本身,这被称为值类型变量,而对另一些变量,我们把这个值作为索引、取用这个索引指示的数据,这被称为引用类型变量。值类型变量通常在线程栈上分配,每个变量都有自己的数据副本;引用类型变量通常在进程堆中分配,多个变量可引用同一数据对象,对一个变量执行的操作可能会影响其他变量。
从语言层面看,值类型变量对它所绑定的数据/存储空间是独占的,而引用类型变量所绑定的数据/存储空间可以和其他引用类型变量共享。
基于上述原理,在使用值类型变量和引用类型变量时,会存在一些行为差异,以下几点值得注意:
在仓颉编程语言中,基础数据类型和 struct 等类型属于值类型,而 class 和 Array 等类型属于引用类型。
例如,以下程序演示了 struct 和 class 类型变量的行为差异:
struct Copy { var data = 2012 } class Share { var data = 2012 } main() { let c1 = Copy() var c2 = c1 c2.data = 2023 println("${c1.data}, ${c2.data}") let s1 = Share() let s2 = s1 s2.data = 2023 println("${s1.data}, ${s2.data}") }
运行以上程序,将输出:
2012, 2023
2023, 2023
由此可以看出,对于值类型的 Copy 类型变量,在赋值时总是获取 Copy 实例的拷贝,如 c2 = c1,随后对 c2 成员的修改并不影响 c1。对于引用类型的 Share 类型变量,在赋值时将建立变量和实例之间的引用关系,如 s2 = s1,随后对 s2 成员的修改会影响 s1。
如果将以上程序中的 var c2 = c1 改成 let c2 = c1,则编译会报错,例如:
struct Copy {
var data = 2012
}
main() {
let c1 = Copy()
let c2 = c1
c2.data = 2023 // Error, cannot assign to immutable value
}
在前文中,我们初步介绍了如何给仓颉程序元素命名,实际上,除了变量,我们还可以给函数和自定义类型等命名,在程序中将使用这些名字访问对应的程序元素。
但在实际应用中,需要考虑一些特殊情况:
为了应对这些问题,现代编程语言引入了“作用域”的概念及设计,将名字和程序元素的绑定关系限制在一定范围里。不同作用域之间可以是并列或无关的,也可以是嵌套或包含关系。一个作用域将明确我们能用哪些名字访问哪些程序元素,具体规则是:
在仓颉编程语言中,用一对大括号“{}”包围一段仓颉代码,即构造了一个新的作用域,其中可以继续使用大括号“{}”包围仓颉代码,由此产生了嵌套作用域,这些作用域均服从上述规则。特别的,在一个仓颉源文件中,不被任何大括号“{}”包围的代码,它们所属的作用域被称为“顶层作用域”,即当前文件中“最外层”的作用域,按上述规则,其作用域级别最低。
注意
用大括号“{}”包围代码构造作用域时,其中不限于使用表达式,还可以定义函数和自定义类型等。
例如在以下名为 test.cj 的仓颉源文件里,在顶层作用域中定义了名字 element,它和字符串“仓颉”绑定,而 main 和 if 引导的代码块中也定义了名字 element,分别对应整数 9 和整数 2023。由上述作用域规则,在第 4 行,element 的值为“仓颉”,在第 8 行,element 的值为 2023,在第 10 行,element 的值为 9。
// test.cj
let element = "仓颉"
main() {
println(element)
let element = 9
if (element > 0) {
let element = 2023
println(element)
}
println(element)
}
运行以上程序,将输出:
仓颉
2023
9
在一些传统编程语言中,一个表达式由一个或多个操作数(operand)通过零个或多个操作符(operator)组合而成,表达式总是隐含着一个计算过程,因此每个表达式都会有一个计算结果,对于只有操作数而没有操作符的表达式,其计算结果就是操作数自身,对于包含操作符的表达式,计算结果是对操作数执行操作符定义的计算而得到的值。在这种定义下的表达式也被称为算术运算表达式。
在仓颉编程语言中,我们简化并延伸了表达式的传统定义——凡是可求值的语言元素都是表达式。因此,仓颉不仅有传统的算术运算表达式,还有条件表达式、循环表达式和 try 表达式等,它们都可以被求值,并作为值去使用,如作为变量定义的初值和函数实参等。此外,因为仓颉是强类型的编程语言,所以仓颉表达式不仅可求值,还有确定的类型。
仓颉编程语言的各种表达式将在后续章节中逐一介绍,本节介绍最常用的条件表达式、循环表达式以及部分控制转移表达式(break、continue)。
我们知道,任何一段程序的执行流程,只会涉及三种基本结构——顺序结构、分支结构和循环结构。实际上,分支结构和循环结构,是由某些指令控制当前顺序执行流产生跳转而得到的,它们让程序能够表达更复杂的逻辑,在仓颉中,这种用来控制执行流的语言元素就是条件表达式和循环表达式。
在仓颉编程语言中,条件表达式分为 if 表达式和 if-let 表达式两种,它们的值与类型需要根据使用场景来确定。循环表达式有四种:for-in 表达式、while 表达式、do-while 表达式和 while-let 表达式,它们的类型都是 Unit、值为 ()。其中 if-let 表达式和 while-let 表达式都与模式匹配相关,请参见if-let 表达式和while-let 表达式章节,本节只介绍以上提及的其他几种表达式。
在仓颉程序中,由一对大括号“{}”包围起来的一组表达式,被称为“代码块”,它将作为程序的一个顺序执行流,其中的表达式将按编码顺序依次执行。如果代码块中有至少一个表达式,我们规定此代码块的值与类型等于其中最后一个表达式的值与类型,如果代码块中没有表达式,规定这种空代码块的类型为 Unit、值为 ()。
注意
代码块本身不是一个表达式,不能被单独使用,它将依附于函数、条件表达式和循环表达式等执行和求值。
if 表达式的基本形式为:
if (条件) {
分支 1
} else {
分支 2
}
其中“条件”是布尔类型表达式,“分支 1”和“分支 2”是两个代码块。if 表达式将按如下规则执行:
在一些场景中,我们可能只关注条件成立时该做些什么,所以 else 和对应的代码块是允许省略的。
如下程序演示了 if 表达式的基本用法:
import std.random.*
main() {
let number: Int8 = Random().nextInt8()
println(number)
if (number % 2 == 0) {
println("偶数")
} else {
println("奇数")
}
}
在这段程序中,我们使用仓颉标准库的 random 包生成了一个随机整数,然后使用 if 表达式判断这个整数是否能被 2 整除,并在不同的条件分支中打印“偶数”或“奇数”。
仓颉编程语言是强类型的,if 表达式的条件只能是布尔类型,不能使用整数或浮点数等类型,和 C 语言等不同,仓颉不以条件取值是否为 0 作为分支选择依据,例如以下程序将编译报错:
main() {
let number = 1
if (number) { // Error, mismatched types
println("非零数")
}
}
在许多场景中,当一个条件不成立时,我们可能还要判断另一个或多个条件、再执行对应的动作,仓颉允许在 else 之后跟随新的 if 表达式,由此支持多级条件判断和分支执行,例如:
import std.random.*
main() {
let speed = Random().nextFloat64() * 20.0
println("${speed} km/s")
if (speed > 16.7) {
println("第三宇宙速度,鹊桥相会")
} else if (speed > 11.2) {
println("第二宇宙速度,嫦娥奔月")
} else if (speed > 7.9) {
println("第一宇宙速度,腾云驾雾")
} else {
println("脚踏实地,仰望星空")
}
}
if 表达式的值与类型,需要根据使用形式与场景来确定:
当含 else 分支的 if 表达式被求值时,需要根据求值上下文确定 if 表达式的类型:
如果编译通过,则 if 表达式的值就是所执行分支代码块的值。
如果含 else 分支的 if 表达式没有被求值,在这种场景里,开发者一般只想在不同分支里做不同操作,不会关注各分支最后一个表达式的值与类型,为了不让上述类型检查规则影响这一思维习惯,仓颉规定这种场景下的 if 表达式类型为 Unit、值为 (),且各分支不参与上述类型检查。
对于不含 else 分支的 if 表达式,由于 if 分支也可能不被执行,所以我们规定这类 if 表达式的类型为 Unit、值为 ()。
例如,以下程序基于 if 表达式求值,模拟一次简单的模数转换过程:
main() {
let zero: Int8 = 0
let one: Int8 = 1
let voltage = 5.0
let bit = if (voltage < 2.5) {
zero
} else {
one
}
}
在以上程序中,if 表达式作为变量定义的初值使用,由于变量 bit 没有被标注类型、需要从初值中推导,所以 if 表达式的类型取为两个分支代码块类型的最小公共父类型,根据前文对“代码块”的介绍,可知两个分支代码块类型都是 Int8,所以 if 表达式的类型被确定为 Int8,其值为所执行分支即 else 分支代码块的值,所以变量 bit 的类型为 Int8、值为 1。
while 表达式的基本形式为:
while (条件) {
循环体
}
其中“条件”是布尔类型表达式,“循环体”是一个代码块。while 表达式将按如下规则执行:
例如,以下程序使用 while 表达式,基于二分法,近似计算数字 2 的平方根:
main() { var root = 0.0 var min = 1.0 var max = 2.0 var error = 1.0 let tolerance = 0.1 ** 10 while (error ** 2 > tolerance) { root = (min + max) / 2.0 error = root ** 2 - 2.0 if (error > 0.0) { max = root } else { min = root } } println("2 的平方根约等于:${root}") }
运行以上程序,将输出:
2 的平方根约等于:1.414215
do-while 表达式的基本形式为:
do {
循环体
} while (条件)
其中“条件”是布尔类型表达式,“循环体”是一个代码块。do-while 表达式将按如下规则执行:
例如,以下程序使用 do-while 表达式,基于蒙特卡洛算法,近似计算圆周率的值:
import std.random.* main() { let random = Random() var totalPoints = 0 var hitPoints = 0 do { // 在 ((0, 0), (1, 1)) 这个正方形中随机取点 let x = random.nextFloat64() let y = random.nextFloat64() // 判断是否落在正方形内接圆里 if ((x - 0.5) ** 2 + (y - 0.5) ** 2 < 0.25) { hitPoints++ } totalPoints++ } while (totalPoints < 1000000) let pi = 4.0 * Float64(hitPoints) / Float64(totalPoints) println("圆周率近似值为:${pi}") }
运行以上程序,将输出:
圆周率近似值为:3.141872
说明
由于算法涉及随机数,所以每次运行程序输出的数值可能都不同,但都会约等于 3.14。
for-in 表达式可以遍历那些扩展了迭代器接口 Iterable 的类型实例。for-in 表达式的基本形式为:
for (迭代变量 in 序列) {
循环体
}
其中“循环体”是一个代码块。“迭代变量”是单个标识符或由多个标识符构成的元组,用于绑定每轮遍历中由迭代器指向的数据,可以作为“循环体”中的局部变量使用。“序列”是一个表达式,它只会被计算一次,遍历是针对此表达式的值进行的,其类型必须扩展了迭代器接口 Iterable。for-in 表达式将按如下规则执行:
说明
仓颉内置的区间和数组等类型已经扩展了 Iterable 接口。
例如,以下程序使用 for-in 表达式,遍历中国地支字符构成的数组 noumenonArray,输出农历 2024 年各月的干支纪法:
main() { let metaArray = [r'甲', r'乙', r'丙', r'丁', r'戊', r'己', r'庚', r'辛', r'壬', r'癸'] let noumenonArray = [r'寅', r'卯', r'辰', r'巳', r'午', r'未', r'申', r'酉', r'戌', r'亥', r'子', r'丑'] let year = 2024 // 年份对应的天干索引 let metaOfYear = ((year % 10) + 10 - 4) % 10 // 此年首月对应的天干索引 var index = (2 * metaOfYear + 3) % 10 - 1 println("农历 2024 年各月干支:") for (noumenon in noumenonArray) { print("${metaArray[index]}${noumenon} ") index = (index + 1) % 10 } }
运行以上程序,将输出:
农历 2024 年各月干支:
丙寅 丁卯 戊辰 己巳 庚午 辛未 壬申 癸酉 甲戌 乙亥 丙子 丁丑
for-in 表达式可以遍历区间类型实例,例如:
main() {
var sum = 0
for (i in 1..=100) {
sum += i
}
println(sum)
}
运行以上程序,将输出:
5050
关于区间类型的详细内容,请参阅基本数据类型区间类型章节。
如果一个序列的元素是元组类型,则使用 for-in 表达式遍历时,“迭代变量”可以写成元组形式,以此实现对序列元素的解构,例如:
main() {
let array = [(1, 2), (3, 4), (5, 6)]
for ((x, y) in array) {
println("${x}, ${y}")
}
}
运行以上程序,将输出:
1, 2
3, 4
5, 6
在 for-in 表达式的循环体中,不能修改迭代变量,例如以下程序在编译时会报错:
main() {
for (i in 0..5) {
i = i * 10 // Error, cannot assign to value which is an initialized 'let' constant
println(i)
}
}
在一些应用场景中,我们只需要循环执行某些操作,但并不使用迭代变量,这时您可以使用通配符 _ 代替迭代变量,例如:
main() {
for (i in 0..5) {
i = i * 10 // Error, cannot assign to value which is an initialized 'let' constant
println(i)
}
}
运行以上程序,将输出:
4294967296
注意
在这种场景下,如果您使用普通的标识符定义迭代变量,编译会输出“unused variable”告警,使用通配符 _ 则可以避免这一告警。
在部分循环遍历场景中,对于特定取值的迭代变量,我们可能需要直接跳过、进入下一轮循环,虽然可以使用 if 表达式和 continue 表达式在循环体中实现这一逻辑,但仓颉为此提供了更便捷的表达方式——可以在所遍历的“序列”之后用 where 关键字引导一个布尔表达式,这样在每次将进入循环体执行前,会先计算此表达式,如果值为 true 则执行循环体,反之直接进入下一轮循环。例如:
main() {
for (i in 0..8 where i % 2 == 1) { // i 为奇数才会执行循环体
println(i)
}
}
运行以上程序,将输出:
1
3
5
7
在循环结构的程序中,有时我们需要根据特定条件提前结束循环或跳过本轮循环,为此仓颉引入了 break 与 continue 表达式,它们可以出现在循环表达式的循环体中,break 用于终止当前循环表达式的执行、转去执行循环表达式之后的代码,continue 用于提前结束本轮循环、进入下一轮循环。break 与 continue 表达式的类型都是 Nothing。
例如,以下程序使用 for-in 表达式和 break 表达式,在给定的整数数组中,找到第一个能被 5 整除的数字:
main() {
let numbers = [12, 18, 25, 36, 49, 55]
for (number in numbers) {
if (number % 5 == 0) {
println(number)
break
}
}
}
当 for-in 迭代至 numbers 数组的第三个数 25 时,由于 25 可以被 5 整除,所以将执行 if 分支中的 println 和 break,break 将终止 for-in 循环,numbers中的后续数字不会被遍历到,因此运行以上程序,将输出:
25
以下程序使用 for-in 表达式和 continue 表达式,将给定整数数组中的奇数打印出来:
main() {
let numbers = [12, 18, 25, 36, 49, 55]
for (number in numbers) {
if (number % 2 == 0) {
continue
}
println(number)
}
}
在循环迭代中,当 number 是偶数时,continue 将被执行,这会提前结束本轮循环、进入下一轮循环,println 不会被执行,因此运行以上程序,将输出:
25
49
55
仓颉使用关键字 func 来表示函数定义的开始,func 之后依次是函数名、参数列表、可选的函数返回值类型、函数体。其中,函数名可以是任意的合法标识符,参数列表定义在一对圆括号内(多个参数间使用逗号分隔),参数列表和函数返回值类型(如果存在)之间使用冒号分隔,函数体定义在一对花括号内。
函数定义举例:
func add(a: Int64, b: Int64): Int64 {
return a + b
}
上例中定义了一个名为 add 的函数,其参数列表由两个 Int64 类型的参数 a 和 b 组成,函数返回值类型为 Int64,函数体中将 a 和 b 相加并返回。
详细介绍可参考函数模块介绍。
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