Feel 语言设计历程

设计背景

几年前我在开发多平台的 XyKey 时，由于当时的跨平台方案还未成熟，所以我没有选择跨平台实现，而是选择了每个平台都使用官方指定的语言进行开发，为此我接触了 Java/Kotlin （ Android ）、Swift/OC （ iOS ）、C#（ UWP ）。于此同时我本职工作方向是区块链技术，现有主流区块链方案也大量使用了 JS + Go 的组合开发前后端产品。

在不同语言之间来回切换学习之后，我对不同语言表达同一种功能的语法差异性产生了兴趣，随后开始了语法设计方面的研究探索，最终诞生了 Feel 语言。

语言设计问题之一

很多语言里面，函数存在不止一种表达方法。

我们需要为同样的需求设计不同的语法吗？

以下我举一些我使用过的语言中函数的表示方法，所有的 eg 都是函数。

Go: 大部分时候函数都使用 func 开头声明，算是一致性比较好的设计之一，但在 interface 中还是使用了不一样的描述方式。

func eg1(x int) int { return 1 } var eg2 = func(x int) int { return 1 } type foo struct { eg3 func(int) int } type bar interface { eg4(int) int } 

C#: 大部分时候都使用了 C 式的描述方式，但在函数类型中使用了反直觉的泛型类型，并且 Lambda 语法也看不出与函数的联系。

int eg1(int x) { Func<int,int> eg2 = (int x) => { return 1; }; return 1; } interface foo { int eg3(int x); } Action<int> eg4; 

Kotlin: 函数定义、函数类型、Lambda 是三种风格。

fun eg1(x: Int): Int { val eg2: (Int) -> Int = { i -> 1 } return 1 } val eg3 = fun(x: Int): Int { return 1 } interface name { fun eg4(x: Int) val eg5: (Int) -> Unit } 

Swift: swift 比较好的地方是函数定义和函数类型使用了同样的箭头表示，但在 Lambda 中却使用了 in 来分割。

func eg1(x: Int) -> Int { let eg2: (Int) -> Int = { i in return 1 } return 1 } protocol name { func eg3(x: Int) } var eg4: (Int) -> () 

为一个资源绑定一个名称，同样也有很多不同的写法。

以下我举一些我使用过的语言中标识符表示方法，所有的 eg 都是某个资源的标识符。

Swift: 为不同类型绑定标识符使用不同前缀，算是比较好的实践之一。

var eg1 = 1 let eg2 = 1 func eg3() {} class eg4 {} protocol eg5 {} 

Go: 变量、常量和函数使用了一种风格，定义类型使用了另一种风格。

var eg1 = 1 const eg2 = 1 func eg3() {} type eg4 struct{} type eg5 interface{} 

C#： 类和接口使用了一种风格，变量、常量、函数使用了三种不同的风格。

int eg1 = 1 const int eg2 = 2 int eg3() {} class eg4 {} interface eg5 {} 

语言设计问题之二

一旦我们开始开发一个具备一定规模的项目，就一定会反复强调编码规范的重要性。形式不一的代码风格会给我们的协作带来不小的困难。

如果规范如此重要，我们是否应该在语言级别强制？

下面我给出几种不同的代码风格，在不统一风格的情况下，我们可能会见到如下几种代码并存：

if (foo == 0) { print(foo) } else if (foo == 1) { print(foo) } else { print(foo) } ////////////// if (foo == 0) { print(foo) } else if (foo == 1) { print(foo) } else { print(foo) } ////////////// if (foo == 0) { print(foo) } else if (foo == 1) { print(foo) } else { print(foo) } 

当然，也可能有人会写出下面这样的：

if (foo == 0) { print(foo) } else if (foo == 1) { print(foo) } else { print(foo) } ////////////// if (foo == 0) print(foo) else if (foo == 1) print(foo) else print(foo) 

语言设计问题之三

一些语言是动态的，一些语言是静态的，它们各有各的好，但是我们却尝试在动态语言中加入静态特性（ TypeScript ），也尝试在静态语言中加入动态特性（ Go ）。

这静态与动态中间是否存在一个平衡的方案？

TypeScript：通过隐式接口，给动态类型加上类型检查，只有满足接口要求的对象才能被使用。

interface LabelledValue { label: string; } function printLabel(labelledObj: LabelledValue) { console.log(labelledObj.label); } let myObj = { size: 10, label: "Size 10 Object" }; printLabel(myObj); 

Go：通过隐式接口，实现了静态鸭子类型，只有满足函数签名要求的对象才能被使用。

type LabelledValue interface { Label() string } func printLabel(labelledObj LabelledValue) { println(labelledObj.Label()) } type Obj struct { size int } func (this Obj) Label() string { return "Size 10 Object" } 

语言设计问题之四

不同语言的关键字有多有少，但实际上大部分语言都可以实现图灵完备。

我们需要很多关键字吗？或者说，如果没有关键字，是否也可以？

下面是某个语言的关键字，还有部分上下文关键字未展示出来。

| keyword | | | | | --------- | ---------- | --------- | --------- | | abstract | as | base | bool | | break | byte | case | catch | | char | checked | class | const | | continue | decimal | default | delegate | | do | double | else | enum | | event | explicit | extern | false | | finally | fixed | float | for | | foreach | goto | if | implicit | | in | int | interface | internal | | is | lock | long | namespace | | new | null | object | operator | | out | override | params | private | | protected | public | readonly | ref | | return | sbyte | sealed | short | | sizeof | stackalloc | static | string | | struct | switch | this | throw | | true | try | typeof | uint | | ulong | unchecked | unsafe | ushort | | using | virtual | void | volatile | | while | | | | 

关键问题

一、同一种功能是否需要多种语法？

我们不需要多种语法，相同的需求可以有机统一。

二、强制规范是否有必要？

强制规范可以减少代码阅读和维护的压力，在语言级实施规范可以提升所有使用者的协作效率。

三、我们想要的是静态类型还是动态类型？

我们既想要静态检查，也想要动态自由度。静态鸭子类型可能是一个方案。

四、关键字是必要的吗？

如果语法结构足够少，我们可以试试移除关键字。

函数

我们对函数语法需求可以总结为如下几点：

• 函数也是值，定义函数的方式与定义函数变量的方式应该一致。
• 函数定义里的类型，与函数的类型应该一致。
• Lambda 表达式与函数定义应该具有明显的相似度。

假设我们所有资源的定义方式都使用 let id = XXX的形式，并且统一使用 type {}的形式构建某种类型的值。

那么我们可以先给出这样一个函数语法：

let foo = func(x: int) int { return 1 } 

这个语法非常普通，使用func关键字定义类型，()里声明形参，后面声明返回值。

接下来我们思考一下现代函数设计通常允许多返回值，因此我们需要使用()包装更多返回值。

let foo = func(x: int, y: bool) (int, bool) { return (1, true) } 

这样形参和返回值类型的()太接近了，阅读起来比较费力，需要一个分隔符，我们可以引入->。

let foo = func(x: int, y: bool) -> (int, bool) { return (1, true) } 

当->加入之后，()->()就可以构成一个函数的类型结构，此时func的存在就没有必要性了，所以我们去掉这个关键字。

let foo = (x: int, y: bool) -> (int, bool) { return (1, true) } 

每次都要写两遍()也挺麻烦的，其实我们不太需要两个()，可以将形参和返回值类型放在一起，使用->分割。顺便也可以将 return的()也省略掉。

let foo = (x: int, y: bool -> int, bool) { return 1, true } 

等等，我们还需要return这个关键字吗？我想应该是不需要了，我们可以使用更好看的<-。

let foo = (x: int, y: bool -> int, bool) { <- 1, true } 

函数左右好像有点不平衡，我们可以强制返回值类型也加上一样的名称描述，让它们看起来更一致，并且也能给使用者更友好的说明。

let foo = (x: int, y: bool -> a: int, b: bool) { <- 1, true } 

到这里我们的函数描述方式已经成型，使用(->)表达函数类型。Lambda 语法也可以非常自然用->分割，使用{}定义整个函数的内容。

let foo: (int, bool -> int, bool) = { x, y -> 1, true } 

无参函数与函数参数的例子：

let foo = (->) {} let bar = (fn: (->) -> ) {} 

定义

我们对定义语法需求可以总结为如下几点：

• 所有创建名称的行为都是定义，应该使用同一种方式。
• 名称比类型的阅读优先级更高，名称应该在前。
• 区分可变与不可变。

假设我们先使用 let xxx = value 定义不变量，使用 var xxx = value 定义变量。

let foo: int = 0 var bar: int = 0 

用var相当于多了一种定义声明的方式，不如使用mut来声明可变性，这样可能具备一致性。

let foo: int = 0 let mut bar: int = 0 

我们思考一下，这种结构其实不需要let这个关键字也能成立，所以我们去掉它。

foo: int = 0 mut bar: int = 0 

现在只剩下mut这个关键字了，我们也去掉，使用!替换它，表示可变性、不确定性。

foo: int = 0 !bar: int = 0 

到这里，只要支持类型推导，我们也不需要明确写类型了，省略掉类型后，可以组合成:=。

foo := 0 !bar := 0 

当然，如果不一定带值，我们也可以省略右边，保留类型。

foo: int !bar: int 

现在我们的定义语法已经完成了，替换前面函数的例子，不需要换多少东西。

foo := (x: int, y: bool -> a: int, b: bool) { <- 1, true } 

选择结构

现有的选择结构一般包含 if 与 switch 两种，它们的形态和功能已经非常成熟了，但我们仍有从格式上进一步简化的可能性。

我们先给出一个常见的 if 语句，并且假定 {不可以换行。

if (foo == 0) { ...... } else if (foo == 1) { ...... } else if (foo == 2) { ...... } else { ...... } 

去掉()似乎不会影响什么，我们先去掉它。

if foo == 0 { ...... } else if foo == 1 { ...... } else if foo == 2 { ...... } else { ...... } 

我们假定 else if也不可以换行，必须跟在}后面。有了这个约束，我们就可以省略 else if。

if foo == 0 { ...... } foo == 1 { ...... } foo == 2 { ...... } else { ...... } 

同样的道理，else其实也可以不需要，我们可以使用_来替换它。

if foo == 0 { ...... } foo == 1 { ...... } foo == 2 { ...... } _ { ...... } 

现在只剩下一个if了，我们用?来表示可选择性，替换掉它。

? foo == 0 { ...... } foo == 1 { ...... } foo == 2 { ...... } _ { ...... } 

现在我们完成了选择结构的基本形态，通过强制规范来压缩更多代码。

对于 switch，与if最大的区别是一个是对单值的匹配，一个是不同值的匹配。所以很显然我们可以在现在的基础上增加语法适配，这里使用[]来表示对单个目标的匹配。

? [foo] 0 { ...... } 1 { ...... } 2 { ...... } _ { ...... } 

这样我们就得到了两种基础的选择结构。

循环结构

现有的循环结构一般包含 Foreach 、For 三段式、While 三种，我们一样可以从格式上进一步简化。

先给出最简单的例子：

for (let i in foo) { ...... } 

省略掉作用不大的()。

for let i in foo { ...... } 

let和in都是为了定义从集合里获取的对象，我们可以改成前面的定义语法。

for i := foo { ...... } 

现在也只剩for这个关键字了，键盘上可用的符号也不多，我这里取了@替换掉它。

@ i := foo { ...... } 

这样我们就得到了循环结构的基本形态。

我们再来看看传统的三段式结构：

for (i := 0; i < 10; i++) { ...... } 

这种结构形式比较复杂，不少新语言都放弃了这种写法，而使用区间运算符代替，大部分形式为 begin .. end 。

我们最常使用的区间包含递增左闭右开，递增全闭，递减左闭右开，递增全闭四种。

因此只需要组合四种形式的区间运算符就足够我们使用了，以下按顺序给出。

begin ..< end begin .. end begin ..> end begin ... end 

现在我们可以使用区间运算符来实现大部分三段式的需求。

@ i := 0 ..< 10 { ...... } 

最后直接传入一个表达式，就能满足 While 的需求。

@ foo < bar { ...... } 

对象模版

类型是我们描述对象的数据和行为的一种方式，我们既可以用它充当构造数据的模版，也应该能把它视为描述行为的接口。

这样我们就可以将它作为静态的鸭子类型使用，同时承载了数据、行为以及约束的能力。

假定我们将它称为 class：

foo := class { label := "I am Label" show := (->) { print(label) } } 

foo 同时包含了字段及函数，它们能被一致的使用。

我们可以将唯一的关键字class去掉，替换为另一个经常用来表示模版的$。

foo := $ { label := "I am Label" show := (->) { print(label) } } 

然后 foo 就能被视为 type，我们可以一致地构建了。

a := foo{} a.show() 

基于鸭子类型的特性，我们可以定义一个 shower 的接口，去使用 foo 的行为。

shower := $ { show: (->) } useShower := (s: shower->) { s.show() } useShower(a) 

因为 foo 具备了 show 方法，它就能被视为 shower 自然的使用。

我们再引入一个语法，在对象模版内引入一个类型，就会自动隐含它所有的东西，这样很便利复用代码。

例如 reader 包含 shower，就包含了它的 show：

reader := $ { shower read: (->v: string) } 

那么我们也可以让 bar 包含 foo，就包含了 label 和 show 。

bar := $ { foo read := (->v: string) { <- label } } 

这时我们就能将 bar 视为 reader 使用了。

useReader := (r: reader->) { r.show() print(r.read()) } b := bar{} useReader(b) 

最后

欢迎 star https://github.com/kulics-works/feel

Feel 语言目前还处于实验阶段，不具备生产条件，部分设计可能会随着 llvm 端的推进而改变，欢迎讨论邮件([email protected])或 issue 讨论。

再贴一段 leetcode#16 的代码供参考

threeSumClosest := (nums: [list int], target: int->v: int) { length := nums.len nums.sort() !closs := nums[0]+nums[1]+nums[2] @ i := 0 ..< length { l, r := i+1, length-1 @ l < r { sum := nums[i]+nums[l]+nums[r] ? abs(sum-target) < abs(closs-target) { closs = sum } sum > target { r -= 1 } _ { l += 1 } } } <- closs }