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。