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GDScript:动态语言入门

关于

本教程旨在快速介绍如何更有效地使用GDScript,且只关注特定于该语言的常见情况,同时也会涉及许多关于动态类型语言的信息。

对于完全没有或几乎没有动态类型语言编程经验的程序员而言,本教程将会十分有用。

动态性

动态类型的优缺点

GDScript 是一种动态类型语言,其主要优点为:

  • 语言简单易学。

  • 大部分代码均可进行快速编写与更改,无任何麻烦。

  • 更少的代码编写量,需要修复的错误也更少。

  • 代码简单易读(但可能会有些许杂乱)。

  • 无需编译,即用即测。

  • 运行时(Runtime)小。

  • 从骨子上就注定了会有鸭子类型和多态这两个特性。

主要缺点有:

  • 性能要低于静态类型语言。

  • 重构会更加困难(无法追踪符号)。

  • 由于表达式解析更为严格,使得一些通常会在静态类型语言编译时可以检测到的错误只会在运行代码时出现。

  • 由于某些变量的类型只能在运行时确定,导致代码补全的灵活性较低。

其实,这也说明 Godot 旨在通过 GDScript 来快速高效地创建游戏,而对于计算量巨大并且无法从引擎内置工具(如向量类型、物理引擎、数学库等)中获得性能提升的游戏,Godot 也提供了使用 C++ 的可能性, 且依旧允许你使用 GDScript 创建游戏的绝大部分代码,只是在需要性能的地方添加少量 C++ 代码而已。

变量与赋值

动态类型语言中的所有变量都可以是“变体”类型的变量,即这些变量的类型不是固定的,只能通过赋值修改。例如:

静态类型编写示例:

int a; // Value uninitialized.
a = 5; // This is valid.
a = "Hi!"; // This is invalid.

动态类型编写示例:

var a # 'null' by default.
a = 5 # Valid, 'a' becomes an integer.
a = "Hi!" # Valid, 'a' changed to a string.

函数参数的动态类型化:

函数也是动态类型的,即这些函数可以用不同类型的参数调用,例如:

静态类型编写示例:

void print_value(int value) {

    printf("value is %i\n", value);
}

[..]

print_value(55); // Valid.
print_value("Hello"); // Invalid.

动态类型编写示例:

func print_value(value):
    print(value)

[..]

print_value(55) # Valid.
print_value("Hello") # Valid.

指针与引用:

在 C、C++ 等静态语言中(Java 和 C# 某种程度上也是)存在变量和变量的指针/引用的区别,而指针/引用的作用是:如果传的是对原始对象的引用,那么其他函数就可以修改这个对象。

在 C# 或 Java 中,非内置类型(int、float 以及某些情况下 String)的任何类型都要依靠指针或引用,而引用会被自动垃圾回收,也就是这些类型的数据会在不再被使用时删除掉。动态类型的语言也倾向于使用这种内存模型,如:

  • C++:

void use_class(SomeClass *instance) {

    instance->use();
}

void do_something() {

    SomeClass *instance = new SomeClass; // Created as pointer.
    use_class(instance); // Passed as pointer.
    delete instance; // Otherwise it will leak memory.
}
  • Java:

@Override
public final void use_class(SomeClass instance) {

    instance.use();
}

public final void do_something() {

    SomeClass instance = new SomeClass(); // Created as reference.
    use_class(instance); // Passed as reference.
    // Garbage collector will get rid of it when not in
    // use and freeze your game randomly for a second.
}
  • GDScript:

func use_class(instance): # Does not care about class type
    instance.use() # Will work with any class that has a ".use()" method.

func do_something():
    var instance = SomeClass.new() # Created as reference.
    use_class(instance) # Passed as reference.
    # Will be unreferenced and deleted.

在 GDScript 中,只有基础类型(int、float、string 和向量类型)会按值传递给函数(通过复制值来传递),而其他所有类型(对象实例、数组、字典等)都会按引用进行传递。继承自 RefCounted 的类(未指定父类时会默认继承该类)的实例在不被使用时释放,而对于继承自 Object 的类则需要手动管理内存。

数组

动态类型语言中的数组,其内部可包含许多混合在一起的不同类型的数据,且始终动态(可以随时调整大小)。 拿静态类型语言中的数组示例作个比较:

int *array = new int[4]; // Create array.
array[0] = 10; // Initialize manually.
array[1] = 20; // Can't mix types.
array[2] = 40;
array[3] = 60;
// Can't resize.
use_array(array); // Passed as pointer.
delete[] array; // Must be freed.

// or

std::vector<int> array;
array.resize(4);
array[0] = 10; // Initialize manually.
array[1] = 20; // Can't mix types.
array[2] = 40;
array[3] = 60;
array.resize(3); // Can be resized.
use_array(array); // Passed reference or value.
// Freed when stack ends.

而在 GDScript 中:

var array = [10, "hello", 40, 60] # You can mix types.
array.resize(3) # Can be resized.
use_array(array) # Passed as reference.
# Freed when no longer in use.

在动态类型语言中,数组还可兼作其他数据类型使用,比如列表:

var array = []
array.append(4)
array.append(5)
array.pop_front()

或无序集合:

var a = 20
if a in [10, 20, 30]:
    print("We have a winner!")

字典

字典是动态类型语言中一个十分强大的工具。大多数用静态类型语言(例如 C++ 或 C#)编写代码的程序员都忽略了字典的存在,而不必要地增加了他们的工作难度。字典这种数据类型通常不存在于此类语言中(或仅以受限的形式出现)。

字典可以完全忽略键或值的数据类型,从而将任意一个值映射到其他值上。由于这些映射可以通过哈希表实现,因此字典十分高效,这一点与目前流行的观点相反。事实上,由于字典的高效性,在一些编程语言里甚至可以用数组的方式来实现字典。

字典示例:

var d = {"name": "John", "age": 22}
print("Name: ", d["name"], " Age: ", d["age"])

字典也是动态的,可随时添加或删除一个键,但性能开销很低:

d["mother"] = "Rebecca" # Addition.
d["age"] = 11 # Modification.
d.erase("name") # Removal.

大多数情况下,使用字典可以更容易地实现二维数组。这里以一个简单的战舰游戏为例:

# Battleship Game

const