nim 语言使用 concept 实现 c# 的interface

nim简介

nim语言兼顾C#等高级语言语义表达的丰富性,又有 C 语言的灵活性,以及超强的性能。下面是中文站对他的总结,我抄下来:

Nim 是一种静态类型的、编译型、系统编程语言。
它结合了其他成熟语言的成功概念。
(如 Python、Ada 和 Modula)

效率

  • Nim 生成原生且无依赖的可执行文件,不依赖于虚拟机,
    所以它们小巧易分发。
  • Nim 编译器和生成的可执行文件,对目前的任何主流平台都提供了支持,
    包括 Windows、Linux、BSD 和 macOS。
  • Nim 的内存管理是确定性的,可使用析构函数和移动语义进行自定义, 其灵感来自C++和Rust。 非常适合嵌入式硬实时系统。
  • 零开销迭代器和用户自定义方法的编译期求值等现代概念,
    结合优先使用分配在栈上的值类型数据,生成高性能代码。
  • 支持各种后端:可以被编译为 C、C++ 或 JavaScript, 以便 Nim 可用于所有后端和前端需求。

表现力

  • Nim 实现了自举:编译器和标准库都是用 Nim 本身来实现的。
  • Nim 拥有强大的宏系统,允许直接操纵 AST,提供无限的可能性。

优雅

    • 宏不会改变 Nim 的语法,因为并没有这个必要
      —— Nim 语法本身已经足够灵活。
    • 具有局部类型推断、元组、泛型和sum类型的现代类型系统。
    • 语句按缩进分组,也可以跨行。

接口

我满怀信心的开始学习 nim 语言,之前有 c# 和 kotlin 的编程经验,所以自然会将面向对象的思路带到 nim 中,看官方文档,继承功能完全是内建的,所以没有遇到什么困难,结果在 接口 interface 问题上卡壳了。

查询很多的资料,有几种解法,一种是官方库中 stream 的解法,要定义一个 stream 和一个 streamObj ,然后在实现类中一一映射,我觉得太麻烦,直接放弃了。

还有一篇文章介绍了利用 nim 的宏功能,自己造了一个轮子,我觉得主要的问题是,不是官方支持的,我如果写了大量的代码,有问题不好解决,而且有更好的官方方案的话,就要大量重写。况且,他构建了 vTable ,有间接调用成本。

但是,功夫不负有心人,我终于找到官方的解决方案,使用 concept 来解决 interface 的问题, concept 中文翻译为 概念,有点拗口,我的理解是,定义一堆约束,如果某个类符合这个约束,那么就自然可以使用这个约束来访问,这不就是 interface 想要表达的意思吗?

但我觉得 nim 设计 concept 时,思想比 interface 更进一步,就是鸭子类型(duck typing)的概念,即如果它走起路来像鸭子,叫起来也是鸭子,那么它就是鸭子。

下面是定义 concept (接口) 的方法:

type
# 定义一个 IImmutableList<E> 这样的接口,在nim中叫 概念
    IImmutableList[E] = concept self

        # 包含一个方法,允许用 var a = obj[32] 这样的方式索引访问。
        self.`[]`(uint64) is E

        # 定义了一个 size 只读属性
        self.size is uint64

然后你就可以写自己的类了,只要你的方法和签名与接口一致就可以了,不需要像 c# 或 kotlin ,java 那样要显式的写实现了此接口

type
    SeqImmutableList[E] = ref object
        items : seq[E]

# 为 SeqImmutableList 定义了一个 size 属性
proc size*[E](this: SeqImmutableList[E]) : uint64 {.inline.} =
    uint64(this.items.len) #用到类型转换

# 定义一个可以直接使用 [] 方式访问的方法。
proc `[]`*[E](this: SeqImmutableList[E], index : uint64) : E {.inline.} = 
    this.items[int(index)]

# 相当于构造函数,只有构造函数才能访问私有变量。
proc newSeqImmutableList*[E](items : seq[E]) : SeqImmutableList[E] =
    new(result)
    result.items = items

let target = newSeqImmutableList(@[1,2,3,4])
echo "size = ", target.size
echo "target[2] = ", target[2]

到目前,上面的代码仍然是类自己的方法去访问的,但是你想使用接口的方式访问,非常的方便,直接传递就可以了。

# 以接口(概念)的方式访问
proc printAll(this: IImmutableList) =
    echo "size = ", this.size
    for i in 0..<this.size:
        echo "items[", i, "] = ", this[i]

printAll(target)

这里我将 target (他是SeqImmutableList<int>类型)直接传递给 printAll 方法,编译器只要觉得符合 概念(concept),就可以传递。

概念除了可以作为接口使用,还可以对泛型约束,更多复杂的使用方法,参见:https://nim-lang.org/docs/manual_experimental.html#concepts

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