脚本语言：Xmas（二）

　　本篇，来谈谈类型系统，以及部分与垃圾收集器相关的内容。

　　一、基本类型

　　Xmas的基本类型：Null、Boolean、Label、String、Ref、Function、Integer、Float、Decimal、Array、List、Set、Map、Object；14个，相对于其他的脚本语言是有些多的；但，这些类型都是“原子的”，少了其中一种，多少会有些不方便（但并非不完备，如Decimal可以代替所有算数类型；Map则可以可以替代所有容器类型）。如果，你看过上一篇，会发现有那么一点点的不同——一星期前，Xmas只有13种基本类型。

　　是的，【Label】是昨晚刚加入的（嗯，但经过了一段时间的思虑）；其在Xmas代表了：一种编译期常量，或者说是可命名字符串常量的整数映射。加入的原因有二：

　　1、Object和Struct函数，缺少一种合适的参数类型：Object{ field : value} -> Object("field", value)，这是之前的做法（当然，这个转换由编译器完成）；但是，当我们想要纯手写时，每个字段的名字都使用字符串来代替，是一种不自然的方式；而非更自然的：Object(field, value)。这里【field】便是一个Label。

　　2、为了性能，有了Label，我们可以在运行时，大量使用Label来代替字符串；这将会有一个可观的回报（其实，也不会太大；部分字符串，是在编译器创建的，并且是共享的）。

　　唯一需要纠结的是：如何创建/申明一个Label？

　　其他语言中典型的有 :field（Ruby）、‘field(Lisp)；很丑，说真的。本来Ruby的“:”还可以接受，但Xmas中的“:”已经有了几种用途了，再加入一种会给编译器带来一定的负担（有歧义的语法，处理需要费一些脑细胞）。

　　然后，想到了Xmas中的“统一的类型创建”：new Type() / new Type{}。后者是统一初始化的语法（比如Map可以：new Map{ val1 : 12}；而不可以：new Map(val : 12)）；那么，Label也是需要支持这种形式的创建，那么其便可以这样：

    var = new field;//创建一个Label（“field”），没有()/{}

　　于是便有了下面的 Object创建方式：

    var0 = new Object{ field : value}; //统一初始化
    var1 = new Object(new field, value); //手动函数调用

　　这比使用字符串的方式干净一些；当然，也有妥协，毕竟Label本身和其他的字面量（变量、参数、函数名）形式上没有任何的区别；而，我们却必须要去区别（否则，必须要使用类似统一初始化的附属结构来区分）

　　需要注意的是，new本身是带有在创建对象的意思，在Xmas中也没有例外；但Label是个例外，其是在编译期创建的，所以并没有任何额外的消耗。

　　二、创建

　　Xmas中每种类型都有至少3种创建的方式（除了前面的Label，其无法无歧义地申明）：字面量、new Type()、new Type{}、Type()。

　　基本类型一般便有4中（至少形式上）：

    var0 = ;
    var1 = );
    var2 = };
    var3 = );

　　其中让人困惑的是：new 是否有必要？ 有：

　　1、只有加上new，才能够使用统一的初始化方式（这对于Map和Object很重要的方式）。

　　2、只有加上new，编译器才能够知道：你是在创建一个对象；才能够执行相应的额外处理（后面会讲）。

　　3、让你自己和别人知道，这句代码是在创建一个对象。

　　至于为什么不让编译器自己去识别对象的创建（如：var = Integer(12)）；可惜的是这是可不能的：

;};
    );

　　Xmas中对象的创建函数并不是关键字（也不可能，如自定义类）；所以，上面的这段代码，编译器并不知道“Integer(12)”是创建一个整数，还是调用一个函数——实际上，正确的是函数调用。这就是，支持函数式编程的代价之一：函数调用的静态性没有了，因为任何变量都可能是一个函数。

　　所以，new便有了存在的必要：其强制声明一个对象的创建，其后面的是该类型的名字。当然，有了这个信息后（确定是否是对象创建），编译器便有了更多可以做的事情：自定义类型的创建优化。

　　本质上，一个自定义类型的创建需要，下面完整的四个步骤：

    //1、创建一个空对象（类似于C++的分配内存）
    obj = new Object();               //这是一个函数调用，可以不加“new”
    //2、设置类信息（等价于C++的设置虚函数表）
    obj.class = new Class("AClass");  //这也是一个函数调用，并不需要“new”
    //3、调用自定义类的构造函数
    obj.__init();                     //这个字段是新加的，其保存了构造函数
    //4、设置对象的final属性
    try_final(obj);                   //这个比较复杂，后面会讲（涉及到GC）

　　这也是一个使用Reflection（反射）的完整案例；当然，这是手动的方式，也并非推荐的方法。有了new作为声明后，编译器可以将所有的这些操作，直接映射到一个系统函数的调用上：

    obj = class("AClass"); //使用了和关键字“class”同名的函数

　　因为和关键字同名，所以代码中是不可以直接调用的；当然，你可以这样：

    func = new Function("class"); //创建一个函数，通过函数名
    obj = func("AClass");

　　当然，这不是重点；重点在于，如果不使用new来告诉编译器“这是在创建对象”；而是用：

    obj = AClass(); //直接调用类的创建函数（由编译器生成的）

　　当然，如果前面没有一个名为“AClass”的变量的情形；编译器是可以推断出这是一次对象创建的，只是我懒；而且这并不是推荐的做法。更关键的是，为了识别出“这是一次对象创建”，编译器需要知道额外的信息：知道有这么一个类型，名叫“AClass”。而非，可以推迟一些时间。

　　三、面向对象

　　我们都知道，本质上面向对象，只是对象的内存布局如何设置（父类和子类），以及虚函数表如何实现。

　　在前面，我们已经知道了Xmas中的虚函数表：一个名为“class”的字段——其中放置了自定义类型的所有信息（成员函数，类型信息）。那么，【.class】中究竟有什么？

class AClass :Xmas{
    function AClass(){
        this.Xmas(); //调用父类的构造函数
    }
    function func(){}
}

　　上面的定义，究竟会生成怎样的class？

class:
    ....父类Xmas的东西....
    __init  = Function : AClass.AClass //AClass的构造函数
    __type  = Function : AClass        //编译器生成的创建函数(其内部调用:class("AClass");)
    __name  = String   : “AClass”      //类型名字
    __final = Boolean  : true/false    //类型的final属性
    AClass  = Function : AClass
    func    = Function : AClass.func   //自定义的函数

　　很多东西是显而易见的：新加的__init是为使用反射创建对象时的方便，否则就需要如下的方式：

    .......
    obj.constructor = get_value(obj.class, "AClass"); //批量反射创建时，我们可能只知道字符串形式的类型名称
    obj.constructor();
    .......
    // 以上对应了：
    obj.AClass();

　　关于虚函数表这个东西，只要知道有这么一个东西；便也能够很自然构造出对应的。但另一个问题：对象的内存布局，一直是面向对象的一个大问题。除了C++其他语言使用interface来解决这个。是的，只要禁止了多重继承，这个问题便变得很简单。

　　对此Xmas，并没有给出合适的方案：简单的成员覆盖——父类的重名字段和函数，都只是简单地覆盖了，不可访问；即使在父类的空间也不可能。原因，很简单我个人暂时不会用到面向对象的那些功能；所以，也不会耗费精力去做.......懒癌，晚期。

　　当然，Xmas不止这些；通过反射，我们可以很轻易地构造出一个对象；但，或许我们可以这样：

    obj = new Object();
    obj.;  //这算是恶作剧？

　　Xmas并不会让这段代码得以运行；在执行到“obj.class = 12;”时，会检测【右值】是否真的是一个class。这意味着，我们不能够通过反射，手动地创建出一个新的类型（在几天前，还是可以的）。Xmas限制了反射的能力——变成“只读”；但同时，也禁止了创建出无效对象的可能——“class”字段是一个内部字段，只能够用来放置类型信息。

　　需要额外一提的是，Xmas的类型信息是按需生成的——在第一次创建该自定义类型时，才构建对应的类型信息。

　　四、final属性

　　在Xmas中，一个对象有三重意义上的【不可变】：

　　1、除了容器类型（Array、List、Set、Map、Object），其他类型都是【不可变的】。

　　2、容器类型，拥有一个可设置的final属性；而且只可设置一次：将其设置为【不可变】（默认是可变的）。

　　3、自定义类型，在继承了第二点的同时（因为其使用Object作为容器）；额外有一个由编译器生成的final属性（即：class.__final）。

　　对于第一点，很容易理解：类似Java中String，其是不可变的，对其任何的操作都将创建一个新的String。同样，Xmas中的不可变类型，也是如此——你没有任何办法改变一个Integer内部的值（这很有函数式风格）。这点是有两面性的：

　　1、不可变性，意味着任何的计算都将创建新的对象；而非复用，这无疑加重了GC的负担（最典型的是循环中的游标，循环1万次，需要创建1万个游标）。

　　2、不可变性，意味着对象复用没有任何的负担；一个String可以在整个代码中到处复用，而不用担心其被改变；相反，这减少了GC的负担（但减少的并不多）。

　　这对于编译器而言，其意义更大：编译时，可以放心地复用任何对象（编译期只会创建简单的不可变对象），而不用担心被污染。

　　而第二点，类似C++的const修饰：所修饰的对象不可变，但其成员中指针所指向的对象，并不能限制。就一门语言而言，这样的属性，并没有必要的存在（许多语言都没有）；而且这个不可变属性，是绝对的——一旦设置了【不可变】，不可更改，该对象永远都不再可变！

list = , 'hh', 2.2};
final(list);  //设置对象为不可变
list[] =   //错误！运行时，会抛出异常

　　第三点，是继承了第二点的概念，但有所扩展：一个自定义对象创建后，其会被自动地设置final属性（根据class.__final中的值）:

    try_final(obj);
　　// 等价于
　　if(obj.__final){
　　　　final(obj);
　　}

　　其目的同样是，为了完成相同的目的：设置对象为【不可变】，自动地。

　　所以，唯一的疑问就是：class.__final从何而来？

class ClassA{
    function ClassA(){
        ;
    }
}

class ClassB: ClassA{
    function ClassB(){}
    function setValue(val){
        this.value = val;
    }
}

　　其中ClassA.class._final = true，而ClassB.class.__final = false。为什么？　　就该字段的意义而言，其意味着：该类型的实例，是否允许被更改。Xmas，有这么一个简单的逻辑——如果类定义中，没有任何函数更改【this】的内容；那么，该类型便是不可变的。

　　所以，想要定义一个可变的类，是需要对应的【setXXX】系类函数的。 所以，ClassB有一个函数改变了this的内容，因此是可变的。当然，构造函数内部的任何操作，并不影响final属性——因为，构造函数只会被调用一次。

　　五、GC

　　为什么会有垃圾收集器出现在这里？ 因为，【final】本身是为了GC存在的。

　　前面有讲过Xmas的GC是基于标记的分代式收集器；因此，为了完成真正意义上的分代：进行young GC时，并不会去标记老年代的对象（尽可能地）。Xmas提供final抽象：一个final对象其直接所持有的对象，其所处的分代并不会，从老年代降到年轻代，只会从年轻代升到老年代。

　　这句话很是抽象；其大致上代表了：

    val = ;
    obj = new Object{ val : val};
    final(obj);
    .....gc......
    、obj，val同时进入老年代
    、obj为final,那么obj不可能有指向年轻代的引用（任何时刻）
    .....young gc.....
    //因为obj为老年代，且没有指向年轻代的引用，所以不必扫描

　　就结果而言；在有大规模的存活对象时（多数已晋升到老年代；因为年轻不可能有大量的对象）；进行young GC时，其所需要扫描的对象比例在10:1~1000:1之间（Xmas得到的结果）。这样的效果是卓越的，GC总时间减少了80%-90%。

　　当然，这样的假设只有在：拥有大量不可变对象的背景下，才会成立。Xmas为此付出大量努力。比如对象的创建有两种方式：new Object{}、new Struct{}。区别在于，Struct创建的对象，其被设置了不可变。Xmas通过GC免去了内存管理的烦恼；但同样地也给予了一定的干涉GC的能力，当然，或者说是辅助GC的更好地工作（Xmas的自定义类的final属性，是自动化辅助GC的能力；并不需要手动干预，也不能）。

　　至于原因嘛？因为，GC并非Xmas的一个子模块，而是另一个完全独立的系统；其存在并非只是为了Xmas（大部分是），还有我的库中的其他模块。

　　PS：否则需要另外的技术来避免大量的老年代对象被扫描，而且其有着额外的代价。

　　六、类型系统

　　Xmas有一个获取对象类型的关键字函数：typeof。其返回的东西，很有意思：函数。在最早的版本中，返回的是字符串（当然，现在的话，也可以考虑Label）。

　　但返回函数，能够更优雅地解决问题。

    obj = new ClassA();
    if(typeof(obj) == ClassA){
        print('he he');
    }

　　通过返回该类型的创建函数；我们可以写出更直白和方便的代码：不仅免除了字符串的引号，而且可以这样：

    var = typeof(obj)("I'm a param");

　　上面的代码创建了一个obj类型的新的实例，即使我们并不知道obj的类型是什么（函数作为第一值类，还有很有价值的）。