在计算机编程中,块(block)或译为程式區塊、代码块,是将源代码组织在一起的词法结构。块构成自一个或多个声明和语句。编程语言允许创建块,包括嵌入其他块之内的块,就叫做块结构编程语言。块和子程序是结构化编程的基础,结构化所强调的控制结构可以用块来形成的。
在编程中块的功能,是确使成组的语句被当作如同就是一个语句,限定在一个块中声明的对象如变量、过程和函数的词法作用域,使得它们不冲突于在其他地方用到的同名者。在块结构编程语言中,在块外部的对象名字在块内部是可见的,除非它们被声明了相同名字的对象所屏蔽。
历史
块结构的想法是在1950年代开发最初的期间发展出来的,并形式化于ALGOL 60报告中。ALGOL 58介入了“复合”(compound)语句的概念,它只与控制流程有关。在“ALGOL 60报告”中,介入了块和作用域的概念。最终在“修订报告”中,复合语句被定义为:包围在语句括号begin和end之间的成序列的语句,形成一个复合语句。块被定义为:成序列的声明,跟随着成序列的语句,并被包围在begin和end之间,形成一个块;所有声明以这种方式出现在一个块中,并只在这个块中有效。块与复合语句的主要差异是不能从块外跳转到块内的标签。
语法
块在不同语言家族中使用不同的语法:
- ALGOL语言家族,ALGOL 60及其后继者比如Simula,使用语句括号begin和end来界定复合语句和块。
**ALGOL 68成为了,偏好使用与begin和end等价的圆括号(和)。
**Pascal语言家族,在Pascal中块就是程序、过程和函数的主体,它细分为六节,前五节中任何一个或多个都可以空无,在最后的语句部份使用关键字begin和end来界定复合语句。
**C语言家族,C承袭了BCPL,使用花括号{和}来界定复合语句或块。
- Lisp语言家族,Lisp 1.5使用具有语法关键字prog的S-表达式表示块,而Maclisp和Scheme使用let形式的S-表达式来表示块,S-表达式是圆括号(和)包围的前缀表示法。
- Smalltalk语言家族,Smalltalk-80和Self使用方括号[和]来界定块。
此外,复合语句界定还可以采用:
- 越位规则,源于ISWIM使用缩进表示块结构,采用越位规则的语言有occam、Python和Nim等。
建立控制结构,除了将所控制的语句序列,包围入复合语句或匿名块之外,还可以采用其他语法机制:
- 在ALGOL 68中,条件和迭代语句,使用块首保留字的反写保留字来终止,比如:IF ~ THEN ~ ELIF ~ THEN ~ ELSE ~ FI和FOR ~ FROM ~ TO ~ BY ~ WHILE ~ DO ~ OD。继承此风格的有:Dijkstra的守卫命令语言和Bourne的Bourne shell等。
- 一些结构化编程语言,如FORTRAN 77、Modula-2、Ada和Visual Basic等,对控制结构加结束关键字,比如Modula-2中的:IF … THEN … ELSIF … THEN … ELSE … END和FOR … TO … BY … DO … END。
限制
受ALGOL影响的一些语言支持块,但有着各自的限制:
*C家族语言,在块和复合语句之中不仅支持嵌套入复合语句,还支持嵌入带有声明的匿名块,但不允许声明。
*Pascal家族语言,在语句部份的复合语句之中,不允许存在带有声明的匿名块,只支持复合语句,用来在if、while、repeat等控制语句内组合语句序列。
基本语义
块的语义是双重的。首先,它向编程者提供了建立任意大和复杂的结构,并把它当作一个单元的一种途径。其次,它确使编程者能限制变量的作用域,有时可以限制已经被声明了的其他对象的作用域。
在早期语言比如FORTRAN和BASIC中,没有语句块或控制结构。直到1978年标准化FORTRAN 77之前,都没有“块状IF”语句,要实现按条件选择,必须诉诸GOTO语句。例如下述FORTRAN代码片段,从雇员工资中分别扣除超出正税阈值部分的税款,和超出附加税阈值部分的附加税款:
C 语言:ANSI标准FORTRAN 66
C 初始化要计算的值
PAYSTX = .FALSE.
PAYSST = .FALSE.
TAX = 0.0
SUPTAX = 0.0
C 如果雇员挣钱小于等于正税阈值则跃过税款扣除
IF (WAGES .LE. TAXTHR) GOTO 10
PAYSTX = .TRUE.
TAX = (WAGES - TAXTHR) * BASCRT
10 CONTINUE
C 如果雇员挣钱小于等于附加税阈值则跃过附加税扣除
IF (WAGES .LE. SUPTHR) GOTO 20
PAYSST = .TRUE.
SUPTAX = (WAGES - SUPTHR) * SUPRAT
20 CONTINUE
TAXED = WAGES - TAX - SUPTAX
程序的逻辑结构不反映在代码中,这里的初始化的值,是后面的有关逻辑判断为假时所应当设置的值。
块允许编程者把一组语句当作一个单元。例如,在与上述FORTRAN代码相对应的Pascal代码片段:
{ 语言:Jensen与Wirth版标准Pascal }
if Wages > TaxThreshold then
begin
PaysTax := true;
Tax := (Wages - TaxThreshold) * TaxRate
end
else begin
PaysTax := false;
Tax := 0
end;
if Wages > SupertaxThreshold then
begin
PaysSupertax := true;
Supertax := (Wages - SupertaxThreshold) * SupertaxRate
end
else begin
PaysSupertax := false;
Supertax := 0
end;
Taxed := Wages - Tax - Supertax;
与上述FORTRAN代码相比,上例中出现在初始化中的那些缺省值,通过复合语句即不带声明的块结构,被分别放置作出有关逻辑判断的地方。使用块结构,能明晰编程者的意图,使代码的结构更加密切反映出编程者的思考;再凭借某种风格的缩进和驼峰式大小写增进可读性,可使代码更加容易理解和修改。
在早期语言中,在子例程中变量的作用域遍及整个子例程。假想在一个Fortran子例程中,完成了与管理者有关的任务,这里可能用到叫做IEMPNO的一个整数变量,指示作为管理者的雇员的社会安全号码(SSN);后来在这个子例程的维护工作中,又增加与下属们有关的任务,此时编程者可能不经意间使用同名变量IEMPNO,指示了作为这个管理者的下属的雇员的SSN,这就会导致一个难于跟踪的缺陷。
块结构使得编程者能够容易地将作用域控制到细微级别。例如完成有关雇员任务的Scheme代码片段:
;; 语言:R5RS标准Scheme
(let ((empno (ssn-of employee-name)))
(when (is-manager? empno) ;; when已列入R7RS-small标准
(let ((employee-list (underlings-of empno)))
(display
;; format是SRFI-28和SRFI-48规定的字符串格式化过程
(format "~a has ~a employees working under him:~%"
employee-name (length employee-list)))
(for-each
(lambda (empno)
(display
(format "Name: ~a, role: ~a~%"
(name-of empno) (role-of empno))))
employee-list))))
这里在外层通过绑定宏let将管理者的SSN绑定到了局部变量empno,在其形成的块的作用域中列出管理者的雇员名字和他的下属数目;随后通过for-each高阶函数,将他所有下属的SSN逐个绑定到匿名函数lambda的形式参数empno上,执行此匿名函数列出这个下属的名字和角色;这个形式参数的作用域是此匿名函数的主体,它与其外层的局部变量,标识符重名但不相互影响。在实践中,出于清晰性的考虑,编程者更可能选取明显不同的变量名字,但是即使名字选取存在重复,也难以在不经意间介入一个缺陷。在基于S-表达式的语言中,经常见到大量的嵌套圆括号,故而其代码必须采用良好的缩进。
提升
在一些语言中,变量可以声明为有函数作用域即使它位于函数的内嵌块之中。例如在JavaScript中,变量应当总是在使用之前被声明,它曾经允许赋值到未声明变量,会为此建立为未声明的全局变量,这在strict模态下是个错误。以var声明的变量有函数作用域,而非以let或const声明的变量可从属的块作用域。以var声明的变量会被提升(hoist),这意味着可以在这个函数的作用域内任何地方提及这个变量,即使还未触及到它的声明,从而可以将var声明视为被提举(lift)到它所在函数的顶部或全局作用域。但是如果在其声明之前访问了一个变量,这个变量的值总是未指定的。
参见
- 基本块
- 作用域
- 控制流程
*
- 闭包 (计算机科学)
引用
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