表达式

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

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：

1. 计算“条件”表达式，如果值为 true 则转到第 2 步，值为 false 则转到第 3 步。
2. 执行“分支 1”，转到第 4 步。
3. 执行“分支 2”，转到第 4 步。
4. 继续执行 if 表达式后面的代码。

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：

  • 如果上下文明确要求值类型为 T，则 if 表达式各分支代码块的类型必须是 T 的子类型，这时 if 表达式的类型被确定为 T，如果不满足子类型约束，编译会报错。
  • 如果上下文没有明确的类型要求，则 if 表达式的类型是其各分支代码块类型的最小公共父类型，如果最小公共父类型不存在，编译会报错。

  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

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：

1. 计算“条件”表达式，如果值为 true 则转第 2 步，值为 false 转第 3 步。
2. 执行“循环体”，转第 1 步。
3. 结束循环，继续执行 while 表达式后面的代码。

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

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：

1. 执行“循环体”，转第 2 步。
2. 计算“条件”表达式，如果值为 true 则转第 1 步，值为 false 转第 3 步。
3. 结束循环，继续执行 do-while 表达式后面的代码。

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

for-in 表达式可以遍历那些扩展了迭代器接口 Iterable<T> 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<T>。for-in 表达式将按如下规则执行：

1. 计算“序列”表达式，将其值作为遍历对象，并初始化遍历对象的迭代器。
2. 更新迭代器，如果迭代器终止，转第 4 步，否则转第 3 步。
3. 将当前迭代器指向的数据与“迭代变量”绑定，并执行“循环体”，转第 2 步。
4. 结束循环，继续执行 for-in 表达式后面的代码。

说明：

仓颉内置的区间和数组等类型已经扩展了 Iterable<T> 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

遍历区间

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。

遍历元组构成的序列

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

迭代变量不可修改

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)
    }
}

使用通配符 _ 代替迭代变量

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() {
    var number = 2
    for (_ in 0..5) {
        number *= number
    }
    println(number)
}

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。

where 条件

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

break 与 continue 表达式

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