GDScript: 动态语言简介

关于

本教程旨在快速介绍如何更有效地使用GDScript. 它只关注特定于该语言的常见情况, 但是也涉及许多关于动态类型语言的信息.

对于没有或几乎没有动态类型语言经验的程序员来说, 它特别有用.

动态性

动态类型的优缺点

GDScript是一种动态类型语言. 因此, 它的主要优点是:

  • 这种语言简单易学.

  • 大多数代码都可以快速地编写和更改, 而且没有任何麻烦.

  • 编写更少的代码意味着要修复的错误和失误更少.

  • 更容易阅读代码(减少混乱).

  • 测试不需要编译.

  • 运行时(Runtime)很小.

  • 本质上是鸭子类型和多态性.

主要缺点是:

  • 比静态类型语言的性能要低.

  • 重构更加困难(无法追踪符号)

  • 一些通常在静态类型语言编译时检测到的错误, 只会在运行代码时出现(因为表达式解析更严格).

  • 代码补全的灵活性较低(某些变量的类型只能在运行时确定).

这转化为现实, 意味着Godot+GDScript是一个旨在快速高效创建游戏的组合. 对于计算量很大并且无法从引擎内置工具(例如向量类型, 物理引擎, 数学库等)中受益的游戏, 也存在使用C++的可能性. 这允许您依旧使用GDScript创建游戏的绝大部分, 并在需要性能的地方添加少量C++代码.

变量与赋值

动态类型语言中的所有变量都是类似 变体 的. 这意味着它们的类型不是固定的, 只能通过赋值修改. 示例:

静态的:

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

动态的:

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

作为函数参数:

函数也是动态的, 这意味着它们可以用不同的参数调用, 例如:

静态的:

void print_value(int value) {

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

[..]

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

动态的:

func print_value(value):
    print(value)

[..]

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

指针和引用:

在静态语言, 如C或C++(以及在一定程度上,Java和C#)中, 变量和变量的指针/引用之间存在区别. 后者通过传递对原始函数的引用, 允许其他函数修改该对象.

在C# 或Java中, 不是内置类型(int,float, 有时的String)的任何东西都是指针或引用. 引用也是自动垃圾回收的, 这意味着它们在不再使用时被删除. 动态类型的语言也倾向于使用这种内存模型. 一些示例:

  • 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, 只有基本类型(int, float, string和vector类型)通过值传递给函数(值被复制). 其他所有(实例, 数组, 字典等)作为引用传递. 继承 Reference (如果没有指定任何内容, 则默认从这里继承)的类在不使用时将被释放, 但对手动继承自 Object 的类也允许手动管理内存.

数组

动态类型语言的数组内部可以包含许多不同的混合数据类型, 并且始终是动态的(可以随时调整大小). 比较在静态类型语言中的数组示例:

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.

以及在GDScript中:

var array = [10, "hello", 40, 60] # Simple, and 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, 数组也可以作为其他数据类型有多种用法, 例如列表:

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

字典是动态类型化语言中的一个强大工具. 来自静态类型语言(例如C++或C#)的大多数程序员都忽略了它们的存在, 并不必要地增加了他们的工作难度. 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).

字典可以完全忽略用作键或值的数据类型, 将任何值映射到任何其他值. 与流行的观点相反, 它们是有效的, 因为它们可以通过哈希表实现. 事实上, 它们非常高效, 一些语言甚至可以像实现字典一样实现数组.

字典的示例:

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

字典也是动态的, 键可以在任何一点添加或删除, 花费很少:

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

在大多数情况下, 使用字典可以更容易地实现二维数组. 这里有一个简单的战舰游戏的示例:

# Battleship Game

const SHIP = 0
const SHIP_HIT = 1
const WATER_HIT = 2

var board = {}

func initialize():
    board[Vector2(1, 1)] = SHIP
    board[Vector2(1, 2)] = SHIP
    board[Vector2(1, 3)] = SHIP

func missile(pos):
    if pos in board: # Something at that position.
        if board[pos] == SHIP: # There was a ship! hit it.
            board[pos] = SHIP_HIT
        else:
            print("Already hit here!") # Hey dude you already hit here.
    else: # Nothing, mark as water.
        board[pos] = WATER_HIT

func game():
    initialize()
    missile(Vector2(1, 1))
    missile(Vector2(5, 8))
    missile(Vector2(2, 3))

字典还可以用作数据标记或快速结构. 虽然GDScript字典类似于python字典, 但它也支持Lua风格的语法和索引, 这使得它对于编写初始状态和快速结构非常有用:

# Same example, lua-style support.
# This syntax is a lot more readable and usable.
# Like any GDScript identifier, keys written in this form cannot start
# with a digit.

var d = {
    name = "John",
    age = 22
}

print("Name: ", d.name, " Age: ", d.age) # Used "." based indexing.

# Indexing

d["mother"] = "Rebecca"
d.mother = "Caroline" # This would work too to create a new key.

For & while

在一些静态类型的语言中迭代可能非常复杂:

const char* strings = new const char*[50];

[..]

for (int i = 0; i < 50; i++) {

    printf("Value: %s\n", i, strings[i]);
}

// Even in STL:

for (std::list<std::string>::const_iterator it = strings.begin(); it != strings.end(); it++) {

    std::cout << *it << std::endl;
}

这通常在动态类型语言中得到极大简化:

for s in strings:
    print(s)

容器数据类型(数组和字典)是可迭代的. 字典允许迭代键:

for key in dict:
    print(key, " -> ", dict[key])

迭代索引也是可能的:

for i in range(strings.size()):
    print(strings[i])

range() 函数可以有3个参数:

range(n) # Will go from 0 to n-1.
range(b, n) # Will go from b to n-1.
range(b, n, s) # Will go from b to n-1, in steps of s.

一些静态类型的编程语言示例:

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

for (int i = 5; i < 10; i++) {}

for (int i = 5; i < 10; i += 2) {}

转变成:

for i in range(10):
    pass

for i in range(5, 10):
    pass

for i in range(5, 10, 2):
    pass

反向循环是通过一个负计数器完成的:

for (int i = 10; i > 0; i--) {}

变成:

for i in range(10, 0, -1):
    pass

While

while() 循环在任何地方都是相同的:

var i = 0

while i < strings.size():
    print(strings[i])
    i += 1

自定义迭代器

在默认迭代器无法完全满足您的需求的情况下, 您可以通过重写脚本中 Variant 类的 _iter_init, _iter_next, 和 _iter_get 函数来创建自定义迭代器. 正向迭代器的一个示例实现如下:

class ForwardIterator:
    var start
    var current
    var end
    var increment

    func _init(start, stop, increment):
        self.start = start
        self.current = start
        self.end = stop
        self.increment = increment

    func should_continue():
        return (current < end)

    func _iter_init(arg):
        current = start
        return should_continue()

    func _iter_next(arg):
        current += increment
        return should_continue()

    func _iter_get(arg):
        return current

它可以像任何其他迭代器一样使用:

var itr = ForwardIterator.new(0, 6, 2)
for i in itr:
    print(i) # Will print 0, 2, and 4.

确保在 _iter_init 中重置迭代器的状态, 否则使用自定义迭代器的嵌套for循环将无法正常工作.

鸭子类型

当从静态类型语言迁移到动态类型语言时, 最难掌握的概念之一是鸭子类型. 鸭子类型使整个代码设计更加简单和直接, 但是它的工作方式并不明显.

举个示例, 想象一个大石头从隧道里掉下来, 在路上砸碎了一切. 在静态类型语言中石头的代码有点像:

void BigRollingRock::on_object_hit(Smashable *entity) {

    entity->smash();
}

这样, 任何能被岩石砸碎的东西都必须继承 Smashable. 如果一个角色, 敌人, 家具, 小石块都易碎, 它们需要从 Smashable 类继承, 可能需要多次继承. 如果不希望进行多重继承, 那么它们必须继承像 Entity 这样的公共类. 然而, 如果只是其中几个能被粉碎的话, 在 Entity 中添加一个虚拟方法 smash() 并不十分优雅.

使用动态类型的语言, 这将不是问题. 鸭子类型确保您只需在需要的地方定义一个 smash() 函数, 就行了. 无需考虑继承, 基类等.

func _on_object_hit(object):
    object.smash()

就是这样. 如果击中大岩石的对象有一个 smash() 方法, 它将被调用. 不需要考虑继承或多态性. 动态类型化语言只关心具有所需方法或成员的实例, 而不关心它继承什么或其类型. 鸭子类型的定义应该使这一点更清楚:

"当我看到一只鸟像鸭子一样走路, 像鸭子一样游泳, 像鸭子一样呱呱叫时, 我就叫它鸭子"

在这种情况下, 它可转变成:

"如果物体可以被砸碎, 不要在意它是什么, 只管砸碎它."

是的, 称它为 绿巨人(Hulk) 类型适乎更合适.

有可能被击中的对象没有 smash() 函数. 一些动态类型语言在方法不存在时, 简单地忽略方法调用(如Objective C), 但是GDScript更严格, 因此需要检查函数是否存在:

func _on_object_hit(object):
    if object.has_method("smash"):
        object.smash()

然后, 简单地定义这个方法, 岩石触碰的任何东西都可以被粉碎了.