Introduction to OOC Programming Language

文/akisann @ cnblogs.com / zhaihj @ github.com

本文同时发布在github上：https://github.com/zhaihj/intro-ooc

本文遵循CC-BY-NC。

我想试一门新语言……但：

• 我希望这门语言能简洁易懂 —— 排除了Perl/Rust...
• 我不想自己管理内存 —— 排除了C/C++/Object Pascal...
• 最好它能跟C差不多快 —— 排除了Python/Ruby...
• 并且最好能在任何地方编译&运行 —— 排除了D
• 我不想带着一个数百兆的运行库 —— 排除了Java
• 我不怕Bug —— 欢迎来到OOC的世界

Why OOC?

• Compile to C，所有的代码都会首先编译成C，然后由clang或者gcc编译成二进制代码 这意味着，只要你有一台能运行ooc编译器的电脑，那么你的代码就可以在几乎任何有C编译器的平台上运行。

• Class，Function overloading，Extend，Operator Overloading.... OOC拥有绝大部分你所期待的高级语言的功能。 ooc借鉴了很多语言，尝试这把这些语言里优秀（并且有趣）的元素融合到一起。

• Easy interface to c. OOC可以直接使用C的头文件，也可以在C里简单的使用ooc的函数。

OOC的官方网站里有更多介绍和参考资料。

First Impression

一个求Fibonacci数的程序看起来是这样：

fibonacci: func(n: Int) -> Int{

    n < 2 ? n : fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

}

for(i in 0..30) "f(#{i})=#{fibonacci(i)}" println()

这段程序输出了前30个Fibonacci数。看起来是不是很容易懂？ 函数通过函数名: func(参数)->返回类型来定义， 而它的内容则与C一模一样。同时，它不需要分号，不需要return，因为最后一个表达式的值会作为函数的返回值（当然也可以显式的使用return）。

Getting Started

如果在看了上面的代码之后你有兴趣继续，那么是时候准备一下编译环境了。OOC的一个实现可以在github上简单的获得。好的，让我们一步一步来：

• 首先，clone编译器(rock)的源代码：

  git clone https://github.com/fasterthanlime/rock
  

• 随后，运行make即可

  cd rock && make rescue
  

rock是一个bootstrap的编译器，也就是说它本身是由OOC写成的。首先makefile会下载一套预编译的C源代码，用C编译得到的编译器来进一步编译现行代码。不出意外，make之后就会得到一个可以运行的ooc编译器了，它默认是./bin/rock，你可以用soft link把它放到任何地方。

使用rock编译ooc的程序非常简单，只需要简单的执行

rock yourfile.ooc

就会得到可执行文件yourfile。

Hello World

为了确认编译器是不是正常工作，首先来编译一个简单的Hello World

"Hello world!" println()

把上面的代码保存在hello.ooc里，然后执行

rock hello.ooc

你就会得到hello，执行它，看看结果吧。

当然，你也可以加一些佐料：

rock --cc=clang --O3 --pr hello.ooc

--cc用来指定使用的编译器，--O3与gcc下的意思是一样的，代表了最高优化，而--pr则表示是发行版。同样，你可以指定--pg来获得调试版。

Basic Elements

OOC来自与C，编译成C。因此绝大部分内容跟C十分类似，在这里仅仅介绍一些不同的元素。

变量定义

foo : Int

bar : String

cstyle : Float*

p : Pointer

ooc的变量定义类似Pascal，用变量名：类型的格式，同时需要注意的是所有的类型首字母都是大写，并且c里面的void*在ooc里是Pointer类型。当然，在变量定义时也可以赋值：

error: String = "System Error!"

不仅如此，在变量定义有初始值时，ooc还允许省略类型，这个特性跟Go或者IO语言里的特性是类似的：

error := "System Error!"

OOC里，变量的类型跟C一一对应，并且有非常简单的特征，比如：

ooc	c
Char	char
UChar	unsigned char
Int	int
UInt	unsigned int
Float	float
...

循环与判断

if/while语句与c完全一样：

if(c) { return true }

else { renurn false }

while(c){ c -= 1 }

稍微有些不同的是ooc的for：

for(i in 0..100) { a += i }

ooc的for语句不支持c格式，for仅仅能够遍历一个范围，但这在普通情况下已经够用了。并且，你不但可以对简单的整数范围取for，还可以对对象做类似foreach的动作：

map := HashMap<Int, String> new()

// do something to map ...

for((i,j) in map){

   // use i as key and j as value

}

同时，对于c里的switch语句，ooc里使用的是match：

match (token) {

    case "if" => 1

    case "case" => 2

    case "while" => 3

    case => -1

}

可以看到，跟c里的switch不一样，这里的match可以用来配对字符串。 实际是不仅仅是字符串，ooc的match可以用来配对几乎任何东西，即使对于对象（后述），只要它有matches这么一个成员函数，就能够用在match里。

另外，跟C里不一样的地方是， ooc里matc并不是一个Statement，而是一个Expression——也就是说这个match是有值的，于是你可以写出下面这种代码：

opcode := match(text){

    case "plus" => 0

    case "minus" => 1

    case "if" => 2

    // ... more opcodes here

    case => -1

}

而不必在每个分支里不停的赋值了。

最后，要注意的是这里每一个case执行完之后就会自动中断，并不会继续执行下一个case，这与c是不同的。而最后一个什么都没有的case则相当与c里面的default，在没有任何东西能够成功配对时，就会执行这个语句。

函数

就像在最初所展示的一样，ooc的函数定义类似Pascal（或者Ada）：

myfunc: func(argument: Int, argument2: String) -> Int{

    // do what you want

}

函数的返回值不仅仅可以是单个的值，也可以是tuple：

swap: func(a, b: Int) -> (Int, Int){ (b, a) }

(a, b) := swap(10, 5) // result is a=5, b=10

当然，跟其他语言一样，ooc也支持First-class Function：

foo: func(add: Func(Int,Int)->Int) -> Int{ add(10, 20) }

bar: func(a,b: Int) -> Int{ a + b }

foo(bar)

foo(|x, y| x + y)

这里foo函数的参数add是一个函数（或者也可以说是“函数指针”）,需要注意这里的Func是大写——因为在ooc里，所有的类型的首字母都是大写。bar可以直接作为参数使用。同时，|x, y| x + y是lambda表达式，它定义了一个以参数x，y为输入的函数。当然，函数也可以作为变量(闭包）：

fileFilter: func(name: String) -> Bool{

    getName := func(s: String) -> String{

        // get name ...

    }

    // use getName as function

}

对于指针，ooc里几乎与c是一样的：

mul2: func(v : Int*){ mul2@ *= 2 }

mul2ref: func(v : Int@){ mul2 *= 2 }

myvar := 3

mul2(myvar&)

mul2ref(myvar&)

这里定义了一个叫mul2的函数，它的它的定义与使用跟c并没有太大差别，唯一需要注意的就是在ooc里，访问指针不再是*var而是var@，类似的取地址也不是&var而是var&。在另外一个函数mul2ref里，我们用了Int@，它代表了变量v是一个参照——也就是说虽然它通过指针传递，但在使用时会被自动取值。

最后，函数是可以overloading的，比如下面的例子：

foo: func (i: Int) -> Int{ i * 3 }

foo: func ~withj (i: Int, j: Int) -> Int{ i * j }

ooc里，函数的特征（signature）并不仅仅是函数名和参数列表，你还可以给任何一个函数添加”后缀“，也就是这里~withj的地方，通过后缀，可以实现函数的overloading。后缀跟函数名不同的地方在于，在执行时，即使不加后缀，编译器会自动寻找最合适的函数去执行，而通过制定后缀，可以硬性的指定一个函数， 比如：

foo(1) // 执行第一个

foo(1,2) //执行第二个

foo ~withj (1,2) //执行第二个

对于前两个函数，编译器会搜索所有叫做foo的函数定义，然后比较参数列表，并找出最合适的那一个。对于第三个语句，不但函数要有相同的名称， 同时还要有相同的定义和后缀才能正常执行。

类与覆盖

虽然最终编译成C，与其他高级语言一样，ooc里有类的概念，类的定义十分简单：

myclass: class{ init: func }

其中init是类的构造器，但它并不需要是static（静态）的，因为编译器会自动生成真正的构造器new，也就是说，在使用myclass，应该像下面这样：

v := myclass new() // new is auto-generated static function

注意，每一个类必须有至少一个init，因为如果没有init，编译器就不会为它生成new，因此也就无法初始化。当然，你也可以自己定义new:

myclass: class{

    new: static func -> This{

        // do initialization

    }

}

我们之前已经说了很多次，ooc里所有的类型都是首字母大写，因此代表着当前对象的this首字母大写之后代表这当前类。不过需要注意，自己定义new并不是见好事情，因为class最终还是由c里的struct实现的，因此你需要自己分配内存，管理初始化……等等。静态的new只在包装c函数时有用处，比如包装SDL-ttf时：

TTFFont: cover from TTF_Font*{

    new: static func(filename: String, ptSize: Int) -> This{

        TTF open(filename toCString(), ptSize)

    }

    new: static func ~rw (data: Pointer, freedata: Int, ptSize: Int) -> This{

        TTF openRW(data, freedata, ptSize)

    }

    ....

}

这样就可以非常自然的将c函数转换成了类。当然，在这里代码使用了cover（覆盖），它在地位上等同与c的struct，但可以拥有函数，也可以被扩展，你可以认为cover是一个仅仅在使用c代码时才会用到的特殊类（class）。对于普通的类，只能继承（extends）其他的类，但对于覆盖，它既可以来自其他覆盖，也可以来自c的struct。比如：

Array: cover from _lang_array__Array {

    length: extern SizeT

    data: extern Pointer

    free: extern(_lang_array__Array_free) func

}

这段代码里_lang_array__Array是定义在c的头文件里的struct，而length和data都是它的成员，运用cover，可以很简单的将c中struct转换成ooc里可用的类型。

一个类的函数成员可以是static，可以是final。当它是final时，你是不能继承它的，比如：

foo: class{

    init: func

    a: final func

}

bar: class extends foo{

    init: func

    a: func

}

这段代码会出现编译错误：

$ rock ff.ooc

test.ooc:8:5 error Can not inherit from final function 'a'

    a: func

    ~

test.ooc:3:5 info ...first definition was here:

    a: final func

    ~

[FAIL]

最后，类与覆盖都是可以被扩展（extend）的，它类似与ruby的extend，允许你向已经存在的类或覆盖里追加新的成员函数：

extend Int{

    isOdd?: func -> Bool{

        this % 2 == 1

    }

}

这里我们给Int类型添加了一个isOdd?函数，这里问号没有特殊意义，仅仅是函数名的一部分，ooc允许函数名的最后一个字符是问号，用来表示这是一个“查询”函数，在编译成c是，问号会被翻译成字符串“query”。

好的现在我们可以是一下新定义的函数了，成员函数的访问与其他语言不一样，不是通过点(.)来实现， 而是简单的空格：

1 isOdd?() toString() println()

2 isOdd?() toString() println()

可以看到它们已经能够正常执行了。这里，isOdd?是Int的成员函数，而toString是Bool的成员函数，println()又是String（toString的返回类型）的成员函数，这点跟ruby非常接近。 同时，你可能已经注意到了，所有的函数调用都必须加上括号，否则编译器会抛出错误，那么有没有办法让不加括号呢？ 答案是有的，至于要定义属性即可：

extend Int{

    isOdd : Bool {

        get { this % 2 == 1 }

    }

}

然后就可以像普通成员变量一样使用它了：

1 isOdd toString() println()

2 isOdd toString() println()

在这里，我们定义了一个只读的属性，对于这种属性，ooc提供了一个更简单的定义方式：（pdfe）

extend Int{

    isOdd ::= (this % 2 == 1)

}

这段代码的效果跟上面是完全一样的。

最后，类还支持运算符重载， 比如：

vector: class{

    operator + (v: This) -> This{

        // add this and v

    }

}

泛型

ooc里存在泛型，但它完全不同与其他语言里的泛型，在ooc里，它可以“接受任何类型的变量”，而在其他语言里，泛型意味这“自动生成对应类型的实现”。这种差别决定了ooc的泛型远没有其他语言里强力。 你可以认为，ooc里的泛型是为集合（Collection）引入的，比如ArrayList和HashMap，对于普通函数，大量使用泛型不会有任何优势。

这里仅仅举一个简单的例子：

foo: class <T>{

    data: T*

    length: Int

    init: func(=length){

        data = gc_malloc(T size * length)

    }

}

myfoo := foo<Int> new(10)

在这里，=length代表了参数直接赋值给成员，随后我们会根据参数大小分配一块内存给数据。这里的T可以是任何类型。

在ooc里，泛型是一个非常容易出错的部分，具体的设计思想可以参见我翻译的一篇文章。在这里不多描述。

库与头文件

ooc里使用库是非常简单的，所需要的就是简单的import而已：

import structs/ArrayList // 使用ArrayList

编译器会在../sdk或者$OOC_LIBS里寻找所有的库，然后自动使用和编译它们。对于C语言的头文件，可以通过include来使用：

include stdbool

这样就可以使用stdbool里面定义的内容了。

一个小例子

这个小例子是Computer Langugae Benchamark Game里BinaryTree的一个实现，可以拿它跟C语言的版本来做比较。

Node: class{

    item: Int

    left,right: Node

　　
　　// 在这里，item会被直接赋值给成员变量

    init: func(depth: Int, =item){

        if(depth<=0) return

        left = Node new(depth-1, 2*item-1);

        right = Node new(depth-1, 2*item);

    }

    itemCheck: func() -> Int{

        if(!left) return item

        return item+left itemCheck()-right itemCheck()

    }

}

mindep := 4

// main函数与C中的main函数有着相同的含义，但是它可以有不同的定义，除了这里用的C形式，还可以使用：

// main: func(args: String[]) -> Int

// main: func(args: ArrayList<String>) -> Int

main: func(argv: Int, argc: CString*) -> Int{

    depth: Int

    if(argv>1) depth = argc[1] toString() toInt()

    else return 1

    stretch := depth+1

    check := Node new(stretch,0) itemCheck()

    "stretch tree of depth %d\t check: %d" printfln(stretch, check)

    longlived := Node new(depth,0)

    i := mindep

    while(i<=depth){

        iterations := 1<<(depth-i+mindep)

        check: Int = 0

        for(j in 1..iterations+1){

            check += Node new(i,j) itemCheck()

            check += Node new(i,-j) itemCheck()

        }

        "%d\ttrees of depth %d\t check: %d" printfln(iterations*2, i, check);

        i+=2

    }

    "long lived tree fo depth %d\t check %d" printfln(depth, longlived.itemCheck());

    return 0

}

至于这个程序的执行结果：(参见我的Github Repo)

ooc	c
16.95	16.45

可以看到，二者几乎没有差别。

结语

OOC是一个很不错的第二，或者第三语言。虽然有公司在用ooc做些事情，但我并不认为那很明智。的确，ooc兼具执行效率和开发效率，但目前它的编译器还远远没有完美。比如当你在通过PDFE（Property Definition Fast Expression）定义了一个属性，但却当作成员函数使用时，编译器会直接出错。又比如使用尖括号来初始化泛型函数时：

foo: func<T>(a: T) -> T{ a }

foo<Int>(1)

编译器也会好不客气的出错。虽然目前OOC已经能够编译自己，也能够支持其一些中型的项目（比如ooc-kean和vamos），但距离完美还有很大的距离。

如果你有兴趣，那么不妨fork一下，让ooc的编译器更加完善。