Zig：賦值（Assignment）與運算子（Operator）

16th鐵人賽 zig

ZiTe

2024-08-28 06:50:42

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賦值（Assignment）與運算子（Operator）是各種程式語言中最基本的操作。

賦值

在 Zig 中只有兩種賦值關鍵字：

const：不可變的常數（immutable constant）
var：可變的變數（mutable variable）

型別在後。無論是 const 還是 var 都要求一定要在宣告時給值。如果初始值未知或想留空，明確地賦予 undefined，這是 Zig 的「沒有隱藏」的宗旨。

pub fn main() !void {
    // var a: u8;           // 這行會導致編譯錯誤
    var a: u8 = undefined;  // 這是對的

    a = 100;
    std.debug.print("Value: {d}\n", .{a});
}

不像 Rust 會明確區分編譯期常數（const）和執行期不可變變數（let），Zig 只使用 const 表達不可變的值。至於它究竟是在執行期還是編譯期確認，Zig 會盡可能將其在編譯期處理完成（如果可能的話）。

自動型別推斷

Zig 擁有自動型別推斷，可以省略型別標記，但僅限於 const 和 comptime var，一般的 var 必須明確指定型別。

pub fn main() !void {
    const a = 100;
    std.debug.print("Value: {d}\n", .{a});
}

全域變數

在 Zig 中更精準的名稱可能是模組級變數（和常數），但我還是以 C 的習慣稱其全域變數。定義在函式以外的 const 和 var 會成爲全域變數，所有在此模組內的函式都可以直接存取。

只有 const 可以加上 pub 關鍵字，使其成爲公開常數，讓其它模組 @import 時可以使用，就和 pub fn 是一樣的。var 不行加上 pub，Zig 不允許公開的變數。

static 區域變數

在 C 中有時會使用 static 區域變數，讓該變數的生命週期變成整個程式，但一樣只有該函式可以存取它（因爲是區域的）。Zig 沒有相似的設計，如果需要變數數值在離開函式後依舊保持，直接使用全域變數，其生命週期會延續到整個模組。

強制轉型

有時會需要明確進行強制轉型。使用內建函式 @as() 達成。

const std = @import("std");

pub fn main() !void {
    const a: u8 = 5;
    const b = @as(u16, a);
    std.debug.print("Type a: {}\n", .{@TypeOf(a)});
    std.debug.print("Type b: {}\n", .{@TypeOf(b)});
}

Type a: u8
Type b: u16

在此例中，就算不用 @as()，直接打 const b: u16 = a; 也是可以通過編譯並正確執行，因爲有 Integer Widening。

運算子

基本

Zig 的基本運算子和多數語言一樣，這裡僅列出一些常用的。

數學：+、-、*、/、%
位元：<<、>>、&、|、^、~
邏輯：and、or、!
比較：==、!=、>、>=、<、<=

一般的運算後賦值（如 +=、*=、<<=）也都有。

但是要注意 Zig 的 ++ 是陣列串聯，不是 C 的遞增算子。

還有雖然取址（Address of）和 C 一樣是 &T，但是指標解參考（Dereference、取值）是 T.*，和 C 不太一樣。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    const a: u8 = 100;
    const b: u8 = 2;
    const sum: u8 = a + b;

    std.debug.print("Sum: {}", .{sum});
}

Sum: 102

溢位

Zig 對於運算的要求相當嚴格，如果運算會發生溢位（Overflow），則必須指定溢位發生時的處理方式是飽和還是繞回，否則引發編譯期錯誤。

繞回運算：數值溢位後，會從最低值繞回。例如 u8 的範圍是 0~255，如果 255 + 1 的話結果就會繞回到 0，255 + 2 就會繞回到 1.

飽和運算：數值溢位後、會保持在最大/小值。例如 u8 的範圍是 0~255，如果 255 + a，只要 a>0，那結果也會一直保持在 u8 的最大值255。

所以 Zig 除了上面的一般運算子外，還分別有 Wrapping 和 Saturating 運算的變體。繞回運算的變體是加上 %；飽和運算的變體是加上 |。例如繞回加法是 a +% b、飽和加法是 a +| b；繞回加法賦值是 a +%= b、飽和加法賦值是 a +|= b。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    // u8: 0~255
    const a: u8 = 255;
    const b: u8 = 2;

    // const nor: u8 = a + b; // Error: overflow
    const wrp: u8 = a +% b;   // Wrapping addition
    const sat: u8 = a +| b;   // Saturating addition

    std.debug.print("Wrapping:   {}\n", .{wrp});
    std.debug.print("Saturating: {}\n", .{sat});
}