编译时代码

按照V语言作者的说法，为了保持V语言的简单，不会加入像C语言那样的预处理器，而是通过编译时代码来实现类似的功能。

编译时就是在编译阶段，根据编译时代码，动态生成代码。编译时代码使用最多的场景就是动态生成指定平台的代码，其他平台的代码不会生成。

V语言中编译时代码以$开头。

条件编译

条件编译是编译时代码最主要的应用场景：根据编译时条件，动态生成指定平台的代码，其他平台的代码不会生成，在C语言中使用了预处理器来实现。

目前的条件编译有2种主要方式：

1.根据源文件名后缀来实现条件编译

2.根据代码中的$if来实现条件编译

按源文件后缀名进行条件编译

源文件后缀包含了2个维度的条件编译：

• 通用源文件

  后缀名	编译条件
  只有 .v	所有操作系统,所有后端都参与编译

• 操作系统(os)

  后缀名	编译条件
  _default	默认的,表示所有操作系统都参与编译,比如file_default.c.v.同个目录中,如果同时存在默认的和平台特有的,平台特有的文件会参与编译,默认的被忽略
  _nix	linux,unix,darwin,solaris下才会参与编译,或者说是非windows
  _macos或 _darwin	mac下才会参与编译
  _linux	linux下才会参与编译
  _solaris	solaris下才会参与编译
  _plan9	plan9下才会参与编译
  _windows	windows下才会参与编译
  _android	android平台下才会参与编译
  _ios	ios平台下才会参与编译
  _bare	编译成裸机(metal)环境运行代码,才会参与编译,不进行排列组合

• 编译器后端(backend)

  后缀名	编译器后端
  .c	C语言为编译器后端时才会参与编译
  .js	js语言为编译器后端时才会参与编译
  .native	直接生成x64机器码时才会参与编译

  以上2个维度排列组合：

  file.v	#所有操作系统,所有编译后端都参与编译
  file.c.v	#所有操作系统,C编译后端才参与编译,不会被特定平台覆盖,而是都编译
  file.js.v	#所有操作系统,js编译后端才参与编译,不会被特定平台覆盖,而是都编译
  file.native.v #所有操作系统，native编译后端才参与编译
  
  file_default.c.v #同目录如果存在特定平台的C后端文件,此文件会被忽略,不参与编译
  file_linux.c.v
  file_macos.c.v
  file_windows.c.v
  file_windows.js.v
  file_windows.x64.v
  ...

  正常情况下，在同一个模块中函数是不允许重复定义的，但是可以在.c.v或.js.v重复定义.v已经定义过的函数，.c.v或.js.v的同名函数会优先被执行，也就是覆盖了.v定义的函数。

  这样的好处是可以在.v定义通用版本的函数，在.c.v定义针对C后端的函数，在.js.v定义针对js后端的函数。

  mymodule/wrapper.v

  module mymodule
  
  pub fn value() int {
  	return 666
  }

  mymodule/wrapper.c.v

  module mymodule
  
  pub fn value() int {
  	return 123
  }

  mymodule/wrapper.js.v

  module mymodule
  
  pub fn value() int {
  	return 456
  }

  主模块的main.v

  module main
  
  import mymodule
  
  fn main() {
  	println(mymodule.value())	//C编译器后端输出123
  }

条件编译选项

内置条件编译选项

以下内置的条件编译选项，可以在代码中使用：

OS	Compilers	Platforms	Other
windows, linux, macos，plan9	gcc, tinyc	amd64, aarch64	debug, prod, test
mac, darwin, ios,	clang, mingw	x64, x32	js, glibc, prealloc
android,mach, dragonfly，termux	msvc	little_endian	no_bounds_checking
gnu, hpux, haiku, qnx	cplusplus	big_endian	freestanding
solaris, linux_or_macos

fn main() {
	$if windows {
		println('windows')
		$if msvc { // 可以在windows平台中,进一步判断是msvc还是mingw
		}
		$if mingw { // 可以在windows平台中,进一步判断是msvc还是mingw
		}
	}
	$if linux {
		println('linux')
	}
	$if macos { // 或者mac
		println('mac')
	}
	$if windows {
	} $else $if macos { // else if分支
		println('macos')
	} $else $if linux { // else if分支
		println('linux')
	} $else { // else分支
		println('others')
	}
	$if termux { // 在安卓终端模拟器termux环境中
		println('termux')
	}
	$if !windows { // 使用非运算
	}
	$if linux || macos { // 使用或运算符
	}
	$if linux && x64 { // 使用且运算符
	}
	// 其他条件编译的选项有:
	// freebsd,openbsd,netbsd,bsd,dragonfly,android,solaris
	// js,tinyc,clang,msvc,mingw
}

判断是否使用了-cg，进入调试模式

$if debug {
	println('from debug')
}
//执行:
//v run main.v -cg

判断是否在测试代码中执行

fn test_comptime_if_test() {
	mut i := 0
	$if test { //如果在测试函数中,则执行
		i++
	}
	$if !test { //非测试函数中
		i--
	}
	assert i == 1
}

判断平台是32位还是64位

fn main() {
	mut x := 0
	$if x32 {
		println('system is 32 bit')
		x = 1
	}
	$if x64 {
		println('system is 64 bit')
		x = 2
	}
}

判断平台使用的字节序是小字节序，还是大字节序

fn main() {
	mut x := 0
	$if little_endian { //小字节序
		println('system is little endian')
		x = 1
	}
	$if big_endian { //大字节序
		println('system is big endian')
		x = 2
	}
}

判断是否-prod生产编译

fn main() {
	$if prod {
		println('prod')
	} $else {
		println('not prod')
	}
}

自定义编译选项

除了内置的条件编译选项，也可以识别自定义条件编译选项。

使用-d或-define来自定义编译选项，并且可以在代码中接收选项的传入值。

要特别注意的是：自定义条件编译选项名后面一定要加一个问号。

//main.v
module main

fn main() {
	$if abc ? {  //如果编译时没有传递abc编译选项，这段代码就不会被生成C代码
		println('自定义编译选项abc存在')
	}
}

编译时，传递自定义条件编译变量：

v -d abc main.v
v -define abc main.v
#执行main时，输出：自定义编译选项abc存在

同时使用多个自定义编译选项：

module main

fn main() {
	$if time_v ? {
		println('time_v')
	}
	$if abc ? { 
		println('abc')
	}
	$if value ? {
		println('1')
	}
}

v  -d abc -d time_v main.v	#增加自定义编译选项abc和time_v，类型默认为bool类型，默认值为true
v  -d abc -d time_v -d value='0' main.v #也可以使用‘1’或‘0’，等价于true和false
./main 	#输出time_v和abc

编译时反射

$for用来实现反射的效果，目前只实现了结构体的反射，可以在运行时获得某一个结构体所有字段和方法的信息。

遍历结构体字段，返回字段信息数组：[]FieldData

// FieldData holds information about a field. Fields reside on structs.
pub struct FieldData {
pub:
	name          string // the name of the field f
	typ           int    // the internal TypeID of the field f,
	unaliased_typ int    // if f's type was an alias of int, this will be TypeID(int)
	//
	attrs  []string // the attributes of the field f
	is_pub bool     // f is in a `pub:` section
	is_mut bool     // f is in a `mut:` section
	//
	is_shared bool // `f shared Abc`
	is_atomic bool // `f atomic int` , TODO
	is_option bool // `f ?string` , TODO
	//
	is_array  bool // `f []string` , TODO
	is_map    bool // `f map[string]int` , TODO
	is_chan   bool // `f chan int` , TODO
	is_enum   bool // `f Enum` where Enum is an enum
	is_struct bool // `f Abc` where Abc is a struct , TODO
	is_alias  bool // `f MyInt` where `type MyInt = int`, TODO
	//
	indirections u8 // 0 for `f int`, 1 for `f &int`, 2 for `f &&int` , TODO
}

遍历结构体方法,返回方法信息数组：[]FunctionData

FunctionData {
    name: 'int_method1' //方法名称
    attrs: []						//方法注解
    args: []						//方法参数
    return_type: 7				//方法返回类型
    typ: 0							//未知
}

struct App {
	a string
	b string
mut:
	c int
	d f32
pub:
	e f32
	f u64
pub mut:
	g string
	h u8
}

@['foo/bar/three']
fn (mut app App) run() {
}

@['attr2']
fn (mut app App) method2() {
}

fn (mut app App) int_method1() int {
	return 0
}

fn (mut app App) int_method2() int {
	return 1
}

fn (mut app App) string_arg(x string) {
}

fn no_lines(s string) string {
	return s.replace('\n', ' ')
}

fn f1() {
	println(@FN)
	methods := ['run', 'method2', 'int_method1', 'int_method2', 'string_arg']
	$for method in App.methods { //遍历结构体所有方法
		println('  method: $method.name | ' + no_lines('$method'))
		assert method.name in methods
	}
}

fn f2() {
	println(@FN)
	$for method in App.methods { //遍历结构体所有方法
		println('  method: ' + no_lines('$method'))
		$if method.typ is fn () {
			assert method.name in ['run', 'method2']
		}
		$if method.return_type is int {
			assert method.name in ['int_method1', 'int_method2']
		}
		$if method.args[0].typ is string {
			assert method.name == 'string_arg'
		}
	}
}

fn main() {
	println(@FN)
	$for field in App.fields { //遍历结构体所有字段
		println('  field: $field.name | ' + no_lines('$field'))
		$if field.typ is string {
			assert field.name in ['a', 'b', 'g']
		}
		$if field.typ is f32 {
			assert field.name in ['d', 'e']
		}
		if field.is_mut {
			assert field.name in ['c', 'd', 'g', 'h']
		}
		if field.is_pub {
			assert field.name in ['e', 'f', 'g', 'h']
		}
		if field.is_pub && field.is_mut {
			assert field.name in ['g', 'h']
		}
	}
	f1()
	f2()
}

编译时动态字段赋值

struct Foo {
	immutable int
mut:
	test string
	name string
}

fn comptime_field_selector_read[T]() []string {
	mut t := T{}
	t.name = '2'
	t.test = '1'
	mut value_list := []string{}
	$for f in T.fields {
		$if f.typ is string {
			value_list << t.$f.name
		}
	}
	return value_list
}

fn test_comptime_field_selector_read() {
	assert comptime_field_selector_read[Foo]() == ['1', '2']
}

fn comptime_field_selector_write[T]() T {
	mut t := T{}
	$for f in T.fields {
		$if f.typ is string {
			t.$f.name = '1'
		}
		$if f.typ is int {
			t.$f.name = 1
		}
	}
	return t
}

fn test_comptime_field_selector_write() {
	res := comptime_field_selector_write[Foo]()
	assert res.immutable == 1
	assert res.test == '1'
	assert res.name == '1'
}

struct Foo2 {
	f Foo
}

fn nested_with_parentheses[T]() T {
	mut t := T{}
	$for f in T.fields {
		$if f.typ is Foo {
			t.$(f.name).test = '1'
		}
	}
	return t
}

fn test_nested_with_parentheses() {
	res := nested_with_parentheses[Foo2]()
	assert res.f.test == '1'
}

编译时获取结构体字段信息

可以在$for循环中获取结构体字段的信息：

module main

struct Abc {
	x    int
	y    int
	name string
}

struct MyStruct {
	s        string     [primary; sql: serial]
	i        int
	ch_i     chan int
	atomic_i atomic int
	//
	pointer1_i &int   = unsafe { nil }
	pointer2_i &&int  = unsafe { nil }
	pointer3_i &&&int = unsafe { nil }
	//
	array_i          []int
	map_i            map[int]int
	my_struct        Abc
	my_struct_shared shared Abc
	//
	o_s          ?string
	o_i          ?int
	o_ch_i       ?chan int = chan int{cap: 10}
	o_pointer1_i ?&int     = unsafe { nil }
	o_pointer2_i ?&&int    = unsafe { nil }
	o_pointer3_i ?&&&int   = unsafe { nil }
	//
	o_array_i          ?[]int
	o_map_i            ?map[int]int
	o_my_struct        ?Abc
	o_my_struct_shared ?shared Abc
}

fn main() {
	$for field in MyStruct.fields {
		println("field: ${field.name}")
		//使用内置函数可以得到的字段信息
		println(sizeof(field)) //字段内存大小
		println(typeof(field).idx) //字段类型的id
		println(typeof(field).name) //字段类型名字
		println(isreftype(field)) //字段类型是否为引用类型

		//使用FieldData可以得到的字段信息
		println(field.name) //字段名字
		println(field.typ) //字段的类型id
		println(field.unaliased_typ) //如果字段类型是类型别名,返回类型别名最原始类型的类型id
    
		println(field.attrs) //字段的属性注解
		println(field.is_pub) //字段是否为pub
		println(field.is_mut) //字段是否为mut
		println(field.is_shared) //字段是否为share
		println(field.is_atomic) //字段是否为atomic
		println(field.is_option) //字段是否为可选字段,带?
		println(field.is_array) //字段是否为数组
		println(field.is_map) //字段是否为字典
		println(field.is_chan) //字段是否为chan类型
		println(field.is_struct) //字段是否为结构体类型
 		println(field.is_alias) //字段是否为类型别名
		println(field.is_enum)  //字段是否为枚举类型
		println(field.indirections) //字段是否为指针类型,且是几级指针:0表示非指针,1表示一级指针,2表示2级指针...

		println('---')
	}
}

可获取的字段的信息，查看vlib/builtin.v源文件中的FieldData结构体：

pub struct FieldData {
pub:
	name          string // the name of the field f
	typ           int    // the internal TypeID of the field f,
	unaliased_typ int    // if f's type was an alias of int, this will be TypeID(int)
	//
	attrs  []string // the attributes of the field f
	is_pub bool     // f is in a `pub:` section
	is_mut bool     // f is in a `mut:` section
	//
	is_shared   bool // `f shared Abc`
	is_atomic   bool // `f atomic int` , TODO
	is_optional bool // `f ?string` , TODO
	//
	is_array  bool // `f []string` , TODO
	is_map    bool // `f map[string]int` , TODO
	is_chan   bool // `f chan int` , TODO
	is_struct bool // `f Abc` where Abc is a struct , TODO
	is_alias  bool // `f MyInt` where `type MyInt = int`, TODO
	//
	indirections u8 // 0 for `f int`, 1 for `f &int`, 2 for `f &&int` , TODO
}

获取结构体选项类型字段值

struct FixedStruct {
	a int
	b string
	c ?int
	d ?string
}

struct Encoder {}

fn main() {
	fixed := FixedStruct{123, '456', 789, '321'}
	println(fixed.a.str())
	println(fixed.c?.str()) //返回选项类型字段的值

	println(fixed.b.int())
	println(fixed.d?.int()) //返回选项类型字段的值

	e := Encoder{}
	e.encode_struct(fixed)
}

fn (e &Encoder) encode_struct[T](val T) {
	$for field in T.fields {
		mut value := val.$(field.name) //动态获取结构体字段的值
		$if field.is_option {
			println('>> ${value ?.str()}') //动态输出结构体选项字段的值
			println(val.$(field.name) ?.str()) //动态输出结构体选项字段的值
		}
	}
}

编译时动态调用方法

struct TestStruct {}

fn (t TestStruct) one_arg(a string) {
	println(a)
}

fn (t TestStruct) two_args(a string, b int) {
	println('$a:$b')
}

fn main() {
	t := TestStruct{}
	$for method in TestStruct.methods { // 获取结构体的所有方法
    	if method.name == 'two_args' { //当前方法的名字
      	  t.$method('hello', 42) // 动态调用方法
    	}
	}
}

struct MyStruct {}

struct TestStruct {}

fn (t TestStruct) three_args(m MyStruct, arg1 string, arg2 int) {
	println('$arg1,$arg2')
}

fn main() {
	t := TestStruct{}
	m := MyStruct{}
	args := ['one' '2'] //数组参数
	$for method in TestStruct.methods {
    	if method.name == 'three_args' {
        	t.$method(m, args) //动态调用方法时,也可以传递一个数组,会自动解构展开
    	}
	}
}

编译时判断泛型类型

可以使用编译时判断泛型的具体类型：

module main

fn kind[T]() {
	$if T is $int {
		println('int')
	}
	$if T is $float {
		println('float')
	}
	$if T is $array {
		println('array')
	}
	$if T is $map {
		println('map')
	}
	$if T is $struct {
		println('struct')
	}
	$if T is $interface {
		println('interface')
	}
	$if T is $enum {
		println('enum')
	}
	$if T is $sumtype {
		println('sumtype')
	}
	$if T is $function {
		println('function')
	}
	$if T is $alias {
		println('alias')
	}
	$if T is $option {
		println('option')
	}
}

fn kind_detail[T]() {
	$if T is u8 {
		println('u8')
	}
	$if T is int {
		println('int')
	}
	$if T is ?int {
		println('?int')
	}
	// $if T is !int {
	// 	println('!int')
	// }
	$if T in [u8, int] {
		println('u8 or int')
	}
	$if T !in [u8, int] {
		println('not u8 or int')
	}
	$if T in [int, $int] {
		println('int or Int')
	}
	$if T in [$sumtype, $map] {
		println('Sumtype or Map')
	}
	$if T in [Abc, Def] {
		println('Abc or Def')
	}
}

struct Abc {}

interface Def {}

enum Xyz {
	x
	y
	z
}

type Sumtype = Abc | f32 | int

struct GenericStruct[T] {
	x T
}

pub fn (s GenericStruct[T]) m() {
	$if T is $int {
		println('Int in method')
	}

	$if T is $array {
		println('Array in method')
	} $else {
		println('other')
	}
}

fn main() {
	// int
	kind[i8]()
	kind[i16]()
	kind[int]()
	kind[i64]()
	// int
	kind[u8]()
	kind[u16]()
	kind[u32]()
	kind[u64]()
	// float
	kind[f32]()
	kind[f64]()
	// array
	kind[[]int]()
	// map
	kind[map[string]string]()
	// struct
	kind[Abc]()
	// interface
	kind[Def]()
	// enum
	kind[Xyz]()
	// sumtype
	kind[Sumtype]()
	// generic struct
	s1 := GenericStruct[int]{}
	s1.m()
	s2 := GenericStruct[[]string]{}
	s2.m()
	s3 := GenericStruct[f32]{}
	s3.m()
	kind_detail[Abc]()
}

编译时全局变量

内置了开发和测试时需要的几个编译时全局变量，方便编译和测试使用：

module main

fn main() {
	println('module: ${@MOD}') //当前模块
	println('fn: ${@FN}') //当前函数
	println('sturct: ${@STRUCT}') //当前结构体
	println('method: ${@METHOD}') //当前方法

	println('file: ${@FILE}') //当前源代码文件名
	println('line: ${@LINE}') //当前代码所在的行
	println('column: ${@COLUMN}') //当前代码在当前行中的列数
	println('location:${@LOCATION}') //当前位置，包括当前文件，当前行，当前模块，当前函数

	println('vhash: ${@VHASH}') //当前V编译器的hash版本号	
	println('vexe: ${@VEXE}') //当前V编译器命令行文件
	println('vexeroot: ${@VEXEROOT}') //当前V编译器命令行所在的目录

	println('build_date: ${@BUILD_DATE}') //当前编译日期
	println('build_time: ${@BUILD_TIME}') //当前编译时间
	println('build_timestamp: ${@BUILD_TIMESTAMP}') //当前编译时间戳

	println('vmod_file: ${@VMOD_FILE}') //当前文件所处项目的v.mod文件内容
	println('vmodroot: ${@VMODROOT}') //当前文件所处项目的v.mod文件所在的目录
}

编译时获取环境变量

可以使用$env()编译时函数获取环境变量。运行时代码中os.get_env()函数也可以实现相同的效果。

比较特别的是$env()也可以在#flay和#include等C宏中使用，让C宏定义更灵活。

module main

//可以在C宏语句中使用,让C宏的定义更灵活
#flag linux -I $env('JAVA_HOME')/include

fn main() {
	compile_time_env := $env('PATH')
	println(compile_time_env)
}

编译时获取pkgconfig配置文件

可以使用$pkgconfig()编译时函数，来判断配置文件是否存在。

具体代码参考：集成C代码库章节。

编译时嵌入静态文件

可以使用$embed_file()编译时函数，把各种类型的文件在编译时嵌入到二进制文件中，更方便编译打包成单一可执行文件，方便部署，目前vweb框架中有使用到。

$embed_file()函数返回的类型为EmbedFileData，详细的使用可参考：vlib/v/embed_file/embed_file.v源文件。

如果没有特别指定，使用-prod进行生产编译时，$embed_file()函数会使用zlib对嵌入二进制的静态文件进行压缩。

module main

import os

fn main() {
	mut embedded_file := $embed_file('v.png', .zlib) //可以使用zlib进行压缩
	mut fw := os.create('exported.png') or { panic(err) }
	// data函数返回字节数据，len是字节长度
	unsafe { fw.write_ptr(embedded_file.data(), embedded_file.len) } //使用data函数获取数据
	fw.close()
}

编译时模板渲染

V语言内置了一个简单的txt和html模板，可以通过$tmpl编译时函数,进行渲染。

fn build() string {
	name := 'Peter'
	age := 25
	numbers := [1, 2, 3]
	return $tmpl('a.txt') //读取模板文件,然后把变量替换到模板中对应的同名变量
}

fn main() {
	println(build())
}

a.txt 模板文件内容

name: @name //@开头的都是模板文件中需要替换的同名变量

age: @age

numbers: @numbers

@for number in numbers //也可以遍历数组类型变量
  @number
@end

编译时解析v.mod文件

在编译阶段，如果需要解析v.mod的文件内容，可以导入v.mod模块，解析v.mod文件的内容。

import v.vmod
vm := vmod.decode( @VMOD_FILE ) or { panic(err) }
eprintln('$vm.name $vm.version\n $vm.description')

编译时错误与警告

V语言内置2个编译时函数：compile_error和compile_warn，专门用来抛出编译时的错误和警告。

module main

fn main() {
	$if !linux {
   		 $compile_warn('这是编译时警告!') //抛出编译警告，会继续编译,执行
	}
	println('警告后代码')

	$if !macos {
		$compile_error('这是个编译时错误！') //抛出编译错误，终止编译,执行
	}
}