Zig 数据类型

Zig 是一种静态类型的系统编程语言，其数据类型设计简洁、明确，旨在提供高性能和安全性，同时避免 C/C++ 中常见的类型错误。Zig 的类型系统支持基本类型、复合类型、可选类型、错误联合等，适合低级系统编程和通用开发。以下是对 Zig 数据类型的中文讲解，涵盖基本类型、复合类型、特殊类型、类型操作及示例代码，基于 Zig 0.14.1（截至 2025 年 5 月的稳定版），力求简洁清晰。

1. 基本类型

Zig 提供多种内置基本类型，类型名称直观，强调大小和符号性。

1.1 整数类型

有符号整数：i8, i16, i32, i64, i128（8 位到 128 位）。
无符号整数：u8, u16, u32, u64, u128。
平台相关整数：
isize：有符号整数，位数与目标平台指针大小一致。
usize：无符号整数，常用于数组索引、内存大小。
任意精度整数：comptime_int（编译时使用，任意大小）。

示例：

const x: i32 = -42;
const y: u8 = 255;
const z: usize = 1024;

1.2 浮点数类型

f32：32 位浮点数（单精度）。
f64：64 位浮点数（双精度）。
编译时浮点数：comptime_float（编译时计算）。

示例：

const pi: f32 = 3.14;
const e: f64 = 2.71828;

1.3 布尔类型

bool：值为 true 或 false。

示例：

const is_active: bool = true;

1.4 空类型

void：表示无值，常用于无返回值的函数。

示例：

fn do_nothing() void {}

1.5 字符和字符串

字符：u8 表示单个 ASCII 字符，Unicode 使用多字节编码。
字符串：[]const u8 表示字符串（字节切片）。
字符串字面量：使用双引号（"）。

示例：

const char: u8 = 'A';
const str: []const u8 = "Hello, Zig!";

2. 复合类型

Zig 支持多种复合类型，用于构建复杂数据结构。

2.1 数组

固定长度，使用 [N]T 定义，N 为长度，T 为元素类型。
支持初始化和自动推断长度（[_]T）。

示例：

const arr: [3]i32 = [3]i32{1, 2, 3};
const auto_arr: [_]u8 = .{10, 20, 30}; // 自动推断长度

2.2 切片

动态长度数组，使用 []T，需运行时确定长度和指针。
常用于字符串或数组子集。

示例：

const std = @import("std");
pub fn main() !void {
    const arr = [_]u8{1, 2, 3, 4, 5};
    const slice = arr[1..3]; // 切片：{2, 3}
    try std.io.getStdOut().writer().print("切片: {any}\n", .{slice});
}

输出：

切片: {2, 3}

2.3 结构体

使用 struct 定义，字段可包含默认值，支持方法。

示例：

const Point = struct {
    x: f32 = 0.0,
    y: f32 = 0.0,

    fn distance(self: Point) f32 {
        return @sqrt(self.x * self.x + self.y * self.y);
    }
};

const p = Point{ .x = 3.0, .y = 4.0 };

2.4 枚举

使用 enum 定义有限值集合，支持显式值。

示例：

const Color = enum(u8) {
    Red = 1,
    Green = 2,
    Blue = 3,
};

const c: Color = .Green;

2.5 联合

使用 union 定义，同一内存位置存储不同类型。
标记联合：需显式指定活动字段。

示例：

const Value = union(enum) {
    Int: i32,
    Float: f32,
};

const v = Value{ .Int = 42 };

3. 特殊类型

Zig 提供独特类型，增强安全性和灵活性。

3.1 可选类型

使用 ?T 表示可能为 null。
需显式检查，避免空指针错误。

示例：

var maybe_num: ?i32 = 42;
if (maybe_num) |num| {
    std.debug.print("值: {}\n", .{num}); // 输出：值: 42
} else {
    std.debug.print("为空\n", .{});
}

3.2 错误联合

使用 !T 表示可能返回错误或值。
需结合 try 或 catch 处理。

示例：

const MyError = error{InvalidInput};

fn check_positive(n: i32) MyError!i32 {
    if (n <= 0) return MyError.InvalidInput;
    return n;
}

const result = check_positive(10) catch |err| {
    std.debug.print("错误: {}\n", .{err});
    return;
};

3.3 指针

单元素指针：*T（可变），const *T（不可变）。
多元素指针：[*]T（未知长度），[]T（切片，需长度）。
安全特性：编译器检查越界访问。

示例：

var x: i32 = 10;
var ptr: *i32 = &x;
ptr.* += 1; // 修改 x

4. 类型操作

Zig 支持编译时类型操作，增强灵活性。

4.1 类型推断

使用 var 或 const 推断类型：

  const x = 42; // 推断为 i32

4.2 编译时类型

comptime_int 和 comptime_float 用于编译时计算：

  const size = comptime 4 + 2;
  var arr: [size]u8 = undefined;

4.3 类型查询

使用 @TypeOf 获取表达式类型：

  const x = 42;
  const T = @TypeOf(x); // T 是 i32

5. 综合示例

以下示例展示多种数据类型的结合使用：

const std = @import("std");

const MyError = error{OutOfRange};

const Person = struct {
    name: []const u8,
    age: u8,

    fn is_adult(self: Person) MyError!bool {
        if (self.age < 18) return MyError.OutOfRange;
        return true;
    }
};

pub fn main() !void {
    const stdout = std.io.getStdOut().writer();

    // 基本类型
    const id: u32 = 1;
    const maybe_score: ?f32 = 95.5;

    // 数组和切片
    const scores = [_]u8{90, 85, 88};
    const slice = scores[0..2];

    // 结构体
    const alice = Person{ .name = "Alice", .age = 25 };

    // 枚举
    const Status = enum { Active, Inactive };
    const status = Status.Active;

    // 输出
    try stdout.print("ID: {}, 分数: {any}, 可选分数: {}\n", .{id, slice, maybe_score orelse 0.0});
    try stdout.print("人员: {}, 状态: {}\n", .{alice.name, status});

    // 错误处理
    const adult = try alice.is_adult();
    try stdout.print("是否成年: {}\n", .{adult});
}

运行：

zig run example.zig

输出：

ID: 1, 分数: {90, 85}, 可选分数: 95.5
人员: Alice, 状态: Active
是否成年: true

6. 注意事项

类型安全：
Zig 强制类型检查，防止隐式转换。
可选类型（?T）和错误联合（!T）避免空指针和未处理错误。
内存管理：
数组和切片需注意长度和生命周期，使用分配器管理动态内存。
指针操作需小心，避免越界访问。
性能：
选择合适的整数大小（如 u8 vs u32）优化内存使用。
编译时类型（如 comptime_int）减少运行时开销。
调试：
使用 std.debug.print 检查类型和值。
编译时错误提示明确，注意检查类型不匹配。
与 C 互操作：
Zig 类型与 C 类型兼容（如 c_int、c_float），便于调用 C 库。

7. 总结

Zig 的数据类型系统简洁而强大：

基本类型：i32, u8, f32, bool 等，精确控制大小和符号。
复合类型：数组（[N]T）、切片（[]T）、结构体、枚举、联合。
特殊类型：可选类型（?T）、错误联合（!T）、指针（*T）。
编译时支持：comptime 和类型推断优化性能。

Zig 的类型设计避免了 C 的常见陷阱（如未定义行为），通过显式语法和编译时检查提高安全性。推荐通过 Ziglings（https://ziglings.org/）练习类型使用。

如果你需要更复杂的类型示例（如泛型、复杂联合）或有其他问题，请告诉我！

1. 基本类型

1.1 整数类型

1.2 浮点数类型

1.3 布尔类型

1.4 空类型

1.5 字符和字符串

2. 复合类型

2.1 数组

2.2 切片

2.3 结构体

2.4 枚举

2.5 联合

3. 特殊类型

3.1 可选类型

3.2 错误联合

3.3 指针

4. 类型操作

4.1 类型推断

4.2 编译时类型

4.3 类型查询

5. 综合示例

6. 注意事项

7. 总结

Zig 循环

Zig 环境安装

Zig 流程控制

Zig 注释

Zig 内存管理

Zig 运算符

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1. 基本类型

1.1 整数类型

1.2 浮点数类型

1.3 布尔类型

1.4 空类型

1.5 字符和字符串

2. 复合类型

2.1 数组

2.2 切片

2.3 结构体

2.4 枚举

2.5 联合

3. 特殊类型

3.1 可选类型

3.2 错误联合

3.3 指针

4. 类型操作

4.1 类型推断

4.2 编译时类型

4.3 类型查询

5. 综合示例

6. 注意事项

7. 总结

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