Carbon 語言賦值語句設(shè)計(jì)解析簡(jiǎn)單賦值、復(fù)合賦值與/--的接口化實(shí)現(xiàn)【免費(fèi)下載鏈接】carbon-langCarbon Languages main repository: documents, design, implementation, and related tools. (NOTE: Carbon Language is experimental; see README)項(xiàng)目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ca/carbon-lang導(dǎo)讀本文基于 Carbon 語言設(shè)計(jì)文檔 docs/design/assignment.md 系統(tǒng)講解賦值語句的語法與語義簡(jiǎn)單賦值、$復(fù)合賦值以及/--自增自減的規(guī)則、與 C 的異同以及如何通過標(biāo)準(zhǔn)庫接口為自定義類型提供這些運(yùn)算符。文中將結(jié)合 core/prelude/operators/arithmetic.carbon、core/prelude/operators/bitwise.carbon 等前奏庫源碼和 proposals/p002511-assignment-statements.md 提案帶你理解 Carbon 為什么把賦值限定為完整語句、如何利用(ref self: Self)參數(shù)保證賦值目標(biāo)可修改、以及泛型默認(rèn)實(shí)現(xiàn)如何讓$自動(dòng)由$與推導(dǎo)出來。注意Carbon 語言仍處于實(shí)驗(yàn)階段參見 README.md本文描述的是當(dāng)前倉庫中的設(shè)計(jì)文檔所規(guī)定的語義部分內(nèi)容如元組、結(jié)構(gòu)體的賦值規(guī)則在設(shè)計(jì)文檔中仍標(biāo)記為 TODO。賦值語句的總體設(shè)計(jì)賦值是命令式編程的基石。Carbon 在語法上延續(xù)了 C 家族的傳統(tǒng)提供三類賦值類運(yùn)算符簡(jiǎn)單賦值variable value;復(fù)合賦值variable $ value;其中$是某個(gè)二元運(yùn)算符算術(shù)或位運(yùn)算自增與自減variable;與--variable;基本用法如下來自 assignment.md 的 Overview 部分var a: i32 5; a 6;對(duì)于每個(gè)二元算術(shù)或位運(yùn)算運(yùn)算符$Carbon 都提供對(duì)應(yīng)的復(fù)合賦值$執(zhí)行原地操作// 等價(jià)于 a a 1; a 1; // 等價(jià)于 a a 3; a 3;此外還提供自增與自減// 等價(jià)于 a a 1; a; // 等價(jià)于 a a - 1; --a;賦值只能作為完整語句與 C/C 最大的不同在于簡(jiǎn)單賦值、復(fù)合賦值、自增、自減這四類運(yùn)算符只能作為完整語句使用不能作為其他運(yùn)算符的子表達(dá)式即使加上括號(hào)也不行var n: i32; // 錯(cuò)誤不允許把賦值作為子表達(dá)式。 if (F() and (n GetValue()) 5) { }這一限制在提案 p002511-assignment-statements.md 中被正式確立。提案中列舉了 C/C 中賦值表達(dá)式混入子表達(dá)式帶來的一系列問題賦值與比較混淆例如if (variable 3) { ... }這類代碼極難閱讀業(yè)界甚至形成了用額外括號(hào)規(guī)避編譯警告的慣例if ((variable 3))。未定序的修改與訪問例如n a n;在 C/C 中是未定義行為因?yàn)樽栽鰊與表達(dá)式中其他運(yùn)算的次序不確定。后置自增的性能陷阱C 的后置自增需要保留舊值可能帶來額外拷貝即使編譯器內(nèi)聯(lián)優(yōu)化也增加了編譯器負(fù)擔(dān)。Carbon 選擇把賦值建模為語句而非表達(dá)式帶來的好處包括可以從語言層面根除if (a b)這類拼寫錯(cuò)誤不再依賴編譯器的 warning而是語言規(guī)則本身就不允許同時(shí)賦值作為語句也天然成為變量從未成形狀態(tài)unformed state過渡到完全成形狀態(tài)的清晰節(jié)點(diǎn)避免變量狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在表達(dá)式求值的非定序中間點(diǎn)。作為代價(jià)n arr[i];這類寫法需要改寫為更啰嗦的語句序列——這是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在 項(xiàng)目目標(biāo) 中權(quán)衡后接受的取舍。語法約束左側(cè)操作數(shù)必須可修改這些運(yùn)算符的操作數(shù)可以是任意表達(dá)式但第一個(gè)操作數(shù)賦值目標(biāo)必須是可修改的因?yàn)樗鼤?huì)被傳給一個(gè)(ref self: Self)參數(shù)。ref self意味著函數(shù)接收的是對(duì)象的引用而非值拷貝從而可以在原地修改對(duì)象。這一約束排除了大多數(shù)表達(dá)式形式只允許以下幾類var綁定的名字指針解引用dereference of a pointer產(chǎn)生可修改結(jié)果的數(shù)組下標(biāo)array indexing成員訪問命名字段且該對(duì)象本身是上述表達(dá)式之一。換句話說5 x;、(a b) c;這類寫法在語法層面就被拒絕。測(cè)試 toolchain/check/testdata/operators/overloaded/fail_assign_non_ref.carbon 即用于驗(yàn)證把不可修改的表達(dá)式作為賦值目標(biāo)這類錯(cuò)誤場(chǎng)景。簡(jiǎn)單賦值語義與初始化精確對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單賦值語句的設(shè)計(jì)目標(biāo)是精確鏡像初始化的語義。下面兩段代碼在語義上應(yīng)當(dāng)?shù)葍r(jià)前提是二者都合法// 聲明并初始化。 var v: T init;// 聲明與初始化分離。 // 要求 T 具有未成形狀態(tài)unformed state。 var v: T; v init;這種等價(jià)性并非由編譯器強(qiáng)制保證但在對(duì)象處于未成形狀態(tài)時(shí)運(yùn)行賦值函數(shù)是可選的——正如運(yùn)行析構(gòu)函數(shù)是可選的。如果賦值函數(shù)沒有被運(yùn)行對(duì)象將直接從右側(cè)操作數(shù)初始化。不過類型仍然必須實(shí)現(xiàn)AssignWith賦值才被允許。設(shè)計(jì)文檔給出了一個(gè)圍繞返回對(duì)象時(shí)避免額外拷貝的示例class C { ... } fn F() - C { returned var c: C {...}; // 這里的 c 在第一次調(diào)用 F() 時(shí)是 x。 // 這里的 c 在第二次調(diào)用 F() 時(shí)可以是 y。 return var; } fn G() { var x: C F(); var y: C; y F(); }這個(gè)示例展示了returned var與返回值語義的配合F()可以直接在調(diào)用者的存儲(chǔ)x或y中構(gòu)造返回值。對(duì)于var y: C;這種未成形對(duì)象編譯器可以選擇跳過賦值函數(shù)、直接就地初始化y從而省去一次多余的寫入。這一點(diǎn)與 values.md 中介紹的初始化表達(dá)式initializing expressions模型一致函數(shù)返回可以在調(diào)用者的存儲(chǔ)中直接初始化對(duì)象。復(fù)合賦值語義語法糖與移動(dòng)到下一個(gè)值a $ b;的定位是a a $ b;的語法糖但有兩點(diǎn)例外考量類型可能能為復(fù)合賦值形式提供比未組合形式更高效的實(shí)現(xiàn)原地操作、復(fù)用左操作數(shù)已分配的內(nèi)存。類型可能無法或不愿意提供未組合形式。例如創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例需要額外的資源上下文對(duì)象、分配器而這些資源在復(fù)合賦值場(chǎng)景下不可用。語法糖通過$的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)見后文。/--不是加 1 的語法糖與 C 不同a;和--a;不是a a 1;與a a - 1;的簡(jiǎn)單語法糖。Carbon 將這兩個(gè)運(yùn)算符解釋為移動(dòng)到下一個(gè)值與移動(dòng)到上一個(gè)值對(duì)于鏈表迭代器這類類型移動(dòng)是有意義且可用的但加一個(gè)整數(shù)未必是理想操作對(duì)于有理數(shù)這類類型加 1有意義但移動(dòng)到下一個(gè)值反而未必有意義。因此/--的可用性與整數(shù)加法的可用性彼此獨(dú)立。這也解釋了為什么浮點(diǎn)類型不提供/--對(duì)浮點(diǎn)數(shù)加 1 不一定會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)而移動(dòng)到下一個(gè)可表示值是另一個(gè)有意義的概念提案 p002511-assignment-statements.md 的 Treat increment as syntactic sugar for adding 1 一節(jié)對(duì)此有詳細(xì)討論。因?yàn)橘x值是語句而非表達(dá)式Carbon 中沒有前置/后置自增之分也不提供后置自增。內(nèi)置類型的賦值行為對(duì)于內(nèi)置類型Carbon 提供了開箱即用的賦值語義簡(jiǎn)單賦值整數(shù)類型、浮點(diǎn)類型、bool、指針類型都支持。右操作數(shù)會(huì)被隱式轉(zhuǎn)換為左操作數(shù)的類型轉(zhuǎn)換后的值替換左操作數(shù)的值。復(fù)合賦值$整數(shù)和浮點(diǎn)類型對(duì)每個(gè)受支持的運(yùn)算符$自動(dòng)提供經(jīng)由默認(rèn)實(shí)現(xiàn)機(jī)制見下節(jié)。自增/自減整數(shù)類型的n;、--n;分別等價(jià)于n 1;、n - 1;浮點(diǎn)類型不提供/--。在倉庫的 prelude 源碼中這些內(nèi)置實(shí)現(xiàn)清晰可見。例如 core/prelude/types/int.carbon 中為Int(N)定義了全部 9 個(gè)復(fù)合賦值接口的實(shí)現(xiàn)每個(gè)都映射到內(nèi)建指令impl forall [N: IntLiteral, U: ImplicitAs(Int(N))] Int(N) as AddAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: Self) int.sadd_assign; } impl forall [N: IntLiteral, U: ImplicitAs(Int(N))] Int(N) as LeftShiftAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: Self) int.left_shift_assign; }可以看到整數(shù)的使用int.sadd_assign內(nèi)建指令、使用int.left_shift_assign等且右操作數(shù)允許任何ImplicitAs(Int(N))的類型這為整數(shù)字面量的隱式轉(zhuǎn)換提供了通道。浮點(diǎn)類型在 core/prelude/types/float.carbon 中只提供了AddAssignWith、DivAssignWith、MulAssignWith、SubAssignWith四個(gè)復(fù)合賦值實(shí)現(xiàn)無ModAssignWith也無Inc/Dec印證了設(shè)計(jì)文檔中浮點(diǎn)類型不提供/--的規(guī)則final impl forall [N: IntLiteral] Float(N) as AddAssignWith(Self) { fn Op(ref self, other: Self) float.add_assign; }C 互操作兼容類型CppCompat.Long32、CppCompat.Long64、CppCompat.LongLong64也在 core/prelude/types/cpp/int.carbon 中提供了對(duì)應(yīng)的全套復(fù)合賦值實(shí)現(xiàn)保證遷移自 C 的代碼語義一致。元組、結(jié)構(gòu)體、choice 類型與 data class關(guān)于元組、結(jié)構(gòu)體struct、choice 類型以及 data class 的賦值規(guī)則設(shè)計(jì)文檔目前標(biāo)注為TODO并引用了 leads issue #686: Operation order in struct/class assignment/initialization該 issue 討論結(jié)構(gòu)體/類賦值與初始化中的操作次序問題。相關(guān)語義仍在設(shè)計(jì)中本文不做臆測(cè)。可擴(kuò)展性為自定義類型提供賦值運(yùn)算符用戶自定義類型可以通過實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)庫提供的一系列接口來定義賦值運(yùn)算的語義。內(nèi)置類型也通過這些接口的實(shí)現(xiàn)獲得上文所述語義。這是 Carbon 的運(yùn)算符即接口哲學(xué)的直接體現(xiàn)——運(yùn)算符會(huì)被改寫成對(duì)接口方法的調(diào)用而不是像 C 那樣依賴自由函數(shù)重載詳見 重載運(yùn)算符相關(guān)設(shè)計(jì) 與提案 p001144-generic-details-11-operator-overloading.md。簡(jiǎn)單賦值接口AssignWith// 簡(jiǎn)單 。 interface AssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint Assign { extend AssignWith(Self); }給定var x: T與y: U語句x y;會(huì)被改寫成x.(AssignWith(U).Op)(y);即一次限定成員調(diào)用。注意Op接收ref self因此改寫后的調(diào)用會(huì)修改x本身。constraint Assign是非參數(shù)化版本供泛型約束中書寫T:! Assign使用。算術(shù)復(fù)合賦值接口族// 復(fù)合 。 interface AddAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint AddAssign { extend AddAssignWith(Self); } // 復(fù)合 -。 interface SubAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint SubAssign { extend SubAssignWith(Self); } // 復(fù)合 *。 interface MulAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint MulAssign { extend MulAssignWith(Self); } // 復(fù)合 /。 interface DivAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint DivAssign { extend DivAssignWith(Self); } // 復(fù)合 %。 interface ModAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint ModAssign { extend ModAssignWith(Self); } // 自增 。 interface Inc { fn Op(ref self); } // 自減 --。 interface Dec { fn Op(ref self); }給定var x: T與y: U改寫規(guī)則如下x y;→x.(AddAssignWith(U).Op)(y);x - y;→x.(SubAssignWith(U).Op)(y);x * y;→x.(MulAssignWith(U).Op)(y);x / y;→x.(DivAssignWith(U).Op)(y);x % y;→x.(ModAssignWith(U).Op)(y);x;→x.(Inc.Op)();--x;→x.(Dec.Op)();注意Inc/Dec不接收參數(shù)語義由實(shí)現(xiàn)者決定移動(dòng)到下一個(gè)/上一個(gè)值。在 prelude 中這些接口實(shí)際定義于 core/prelude/operators/arithmetic.carbon與設(shè)計(jì)文檔一一對(duì)應(yīng)// 加法a b。 interface AddWith(Other: type) { let Result: type; fn Op(self, other: Other) - Result; } // 帶賦值的加法a b。 interface AddAssignWith(Other: type) { fn Op(ref self, other: Other); } // 自增a。 interface Inc { fn Op(ref self); }源碼中還保留了 TODO 注釋說明設(shè)計(jì)文檔規(guī)定的default let Result: type Self與各非With命名約束如constraint Add尚未實(shí)現(xiàn)——這屬于實(shí)驗(yàn)階段正常的漸進(jìn)落地。位運(yùn)算與移位復(fù)合賦值接口族// 復(fù)合 。 interface BitAndAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitAndAssign { extend BitAndAssignWith(Self); } // 復(fù)合 |。 interface BitOrAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitOrAssign { extend BitOrAssignWith(Self); } // 復(fù)合 ^。 interface BitXorAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint BitXorAssign { extend BitXorAssignWith(Self); } // 復(fù)合 。 interface LeftShiftAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint LeftShiftAssign { extend LeftShiftAssignWith(Self); } // 復(fù)合 。 interface RightShiftAssignWith(U: type) { fn Op(ref self, other: U); } constraint RightShiftAssign { extend RightShiftAssignWith(Self); }給定var x: T與y: U改寫規(guī)則x y;→x.(BitAndAssignWith(U).Op)(y);x | y;→x.(BitOrAssignWith(U).Op)(y);x ^ y;→x.(BitXorAssignWith(U).Op)(y);x y;→x.(LeftShiftAssignWith(U).Op)(y);x y;→x.(RightShiftAssignWith(U).Op)(y);這些接口同樣能在 prelude 中找到對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)見 core/prelude/operators/bitwise.carbon。其命名規(guī)律是BitAndWith/BitAndAssignWith成對(duì)出現(xiàn)Assign后綴直接對(duì)應(yīng)賦值語義。默認(rèn)實(shí)現(xiàn)$自動(dòng)由$與推導(dǎo)當(dāng)一個(gè)類型同時(shí)提供了賦值與二元運(yùn)算符$使a a $ b;合法時(shí)Carbon 會(huì)自動(dòng)提供一個(gè)默認(rèn)的$實(shí)現(xiàn)使a $ b;合法且與a a $ b;含義相同。這一默認(rèn)機(jī)制由OpAssignWith(U)的參數(shù)化實(shí)現(xiàn)完成定義于AssignWith與OpWith之上impl forall [U: type, T: OpWith(U) where .Self impls AssignWith(.Self.Result)] T as OpAssignWith(U) { fn Op(ref self, other: U) { // 這里 $ 是 OpWith 所描述的運(yùn)算符。 *self *self $ other; } }其約束邏輯是T必須滿足OpWith(U)存在二元運(yùn)算$結(jié)果類型為.Result且.Self即T實(shí)現(xiàn)了AssignWith(.Self.Result)能把這個(gè)結(jié)果賦回自身。這樣x $ y就等價(jià)于把x $ y的結(jié)果賦回x。泛型實(shí)現(xiàn)還帶來一個(gè)實(shí)際好處在泛型約束中Add Assign約束由于AddAssign的 blanket 實(shí)現(xiàn)效果上等價(jià)于AddAssign約束——即只要約束一個(gè)類型同時(shí)提供Add與Assign就可以放心使用。提供更高效的覆蓋實(shí)現(xiàn)如果類型存在更高效的復(fù)合賦值方式可以提供一個(gè)更具體的impl覆蓋默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)文檔以字符串類型為例impl like MyString as AddWith(like MyString) { // 分配新內(nèi)存并執(zhí)行加法。 } impl MyString as AddAssignWith(like MyString) { // 盡可能復(fù)用已有存儲(chǔ)。 }這里AddWith版本每次都分配新內(nèi)存而AddAssignWith版本可以復(fù)用左操作數(shù)已有的緩沖區(qū)避免反復(fù)分配。這正是設(shè)計(jì)文檔強(qiáng)調(diào)的復(fù)合賦值允許提供比未組合形式更高效的實(shí)現(xiàn)的落地方式也是 C 經(jīng)驗(yàn)中$?？筛咝?shí)現(xiàn)的原因參見提案 p002511-assignment-statements.md 中Define$in terms of$一節(jié)的討論——設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)專門評(píng)估過反向定義的可能性最終出于直覺一致性與泛型約束便利性選擇了由$與定義$的方向。編譯器的落地與測(cè)試證據(jù)賦值語句的接口化設(shè)計(jì)在工具鏈中已有對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試檢查階段type checktoolchain/check 中的handle_expr_statement.cpp、運(yùn)算符處理邏輯負(fù)責(zé)將x y、x y、x等語句改寫成對(duì)AssignWith、AddAssignWith、Inc等接口方法的調(diào)用。測(cè)試語料toolchain/check/testdata/operators/overloaded/ 目錄下存放了大量針對(duì)重載運(yùn)算符的測(cè)試文件例如add.carbon的重載測(cè)試fail_assign_non_ref.carbon驗(yàn)證把非引用不可修改表達(dá)式當(dāng)作賦值目標(biāo)的錯(cuò)誤fail_no_impl.carbon 與 fail_no_impl_for_arg.carbon驗(yàn)證缺少接口實(shí)現(xiàn)時(shí)的診斷。lower 階段toolchain/lower/testdata/operators/increment.carbon 驗(yàn)證的自增操作在代碼生成階段的處理。這些測(cè)試文件連同 prelude 中的接口定義共同構(gòu)成賦值語句 接口方法調(diào)用這條設(shè)計(jì)在編譯器中的可驗(yàn)證閉環(huán)。被否決的備選方案設(shè)計(jì)文檔末尾列出了在提案 p002511-assignment-statements.md 討論過程中被否決的備選方案文檔中以錨點(diǎn)鏈接形式給出細(xì)節(jié)允許把賦值作為子表達(dá)式否決理由是與比較運(yùn)算符混淆風(fēng)險(xiǎn)高、難以閱讀、使未成形狀態(tài)轉(zhuǎn)換難以定序未來若確有需求可考慮 Python 風(fēng)格的海象運(yùn)算符:但當(dāng)前不推進(jìn)。允許鏈?zhǔn)劫x值a b c 0leads issue #451 決定初始不支持鏈?zhǔn)劫x值。不提供自增/自減否決——C 家族開發(fā)者會(huì)期待這兩個(gè)運(yùn)算符且它們能更直接地表達(dá)計(jì)數(shù)/在一維粒度空間導(dǎo)航的語義。把自增當(dāng)作加 1的語法糖否決——會(huì)把語義綁定到數(shù)值化的加 1上不適合迭代器、浮點(diǎn)、有理數(shù)等類型的移動(dòng)到下一個(gè)值語義。用$反過來定義$否決——由$和定義$更符合直覺與教學(xué)慣例且能讓Add Assign約束直接支持反向定義還會(huì)損害大類型上$的單遍實(shí)現(xiàn)效率。不允許重載的行為否決——會(huì)失去復(fù)用左操作數(shù)緩沖等性能優(yōu)化機(jī)會(huì)也與 C 的遷移/互操作目標(biāo)沖突。把左側(cè)當(dāng)作模式pattern否決——現(xiàn)有模式語法沒有賦值給已有變量的機(jī)制(a, b) (b % a, a)會(huì)被理解為模式匹配比較而非賦值語義新穎性不值得為此引入。為接口使用不同命名討論了AssignFrom、AssignOp、AssignGiven、InPlaceOp等候選最終基于With后綴的一致性、與詞法運(yùn)算符的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系$的接口 $的接口 的接口、以及與 Rust 的選擇一致保留了AssignWith/OpAssignWith體系。參考與延伸閱讀設(shè)計(jì)文檔docs/design/assignment.md本文主體提案proposals/p002511-assignment-statements.md賦值語句的完整設(shè)計(jì)與備選方案論證算術(shù)運(yùn)算符設(shè)計(jì)docs/design/expressions/arithmetic.md位運(yùn)算與移位設(shè)計(jì)docs/design/expressions/bitwise.mdprelude 接口定義core/prelude/operators/arithmetic.carbon、core/prelude/operators/bitwise.carbon內(nèi)置類型實(shí)現(xiàn)core/prelude/types/int.carbon、core/prelude/types/uint.carbon、core/prelude/types/float.carbon語言總覽docs/design/README.md其中 Variables 一節(jié) 展示了i 3;、i;、i 2;在真實(shí)函數(shù)中的用法【免費(fèi)下載鏈接】carbon-langCarbon Languages main repository: documents, design, implementation, and related tools. (NOTE: Carbon Language is experimental; see README)項(xiàng)目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ca/carbon-lang創(chuàng)作聲明：本文部分內(nèi)容由AI輔助生成（AIGC），僅供參考