【华为鸿蒙开发技术】仓颉开发语言之属性（Properties）与子类型关系（Subtyping）指南

仓颉（Cangjie）语言是一种面向对象编程语言，提供了丰富的语法和特性来简化代码开发。今天我们将深入探讨仓颉语言中的属性（Properties）以及子类型关系（Subtyping）。理解这些概念将有助于你在实际项目中更加高效地编写和维护代码。

属性（Properties）

属性提供了一个 getter 和一个可选的 setter 来间接获取和设置值。通过属性，我们可以实现访问控制、数据监控、跟踪调试以及数据绑定等机制。以下是一个简单的例子：

class Foo {
    private var a = 0

    public mut prop b: Int64 {
        get() {
            println("get")
            return a
        }
        set(value) {
            println("set")
            a = value
        }
    }
}

main() {
    var x = Foo()
    let y = x.b + 1 // get
    x.b = y // set
}

在这个例子中，类 Foo 提供了一个名为 b 的属性，它封装了对成员变量 a 的访问。每当访问 b 时，会调用 get 操作，每当设置 b 时，会调用 set 操作，从而实现了对 a 的封装。

属性定义

属性可以在 interface、class、struct、enum 和 extend 中定义。一个典型的属性语法结构如下：

class Foo {
    public prop a: Int64 {
        get() { return 0 }
    }
    public mut prop b: Int64 {
        get() { return 0 }
        set(v) {}
    }
}

在这个例子中，a 是一个只读属性，而 b 是一个可读可写的属性。属性的 getter 和 setter 分别对应两个不同的函数。

属性使用

属性可以作为实例成员属性或静态成员属性使用。以下是一个示例：

class A {
    public prop x: Int64 {
        get() {
            return 123
        }
    }
    public static prop y: Int64 {
        get() {
            return 321
        }
    }
}

main() {
    var a = A()
    println(a.x) // 123
    println(A.y) // 321
}

在这个示例中，我们定义了一个实例属性 x 和一个静态属性 y。使用属性的方式与使用普通变量没有区别。

子类型关系（Subtyping）

仓颉语言提供了子类型关系和子类型多态。理解子类型关系有助于我们在编写代码时更好地组织和管理类型。

继承类带来的子类型关系

继承一个类后，子类即为父类的子类型。例如：

open class Super { }
class Sub <: Super { }

在这个例子中，Sub 是 Super 的子类型。

实现接口带来的子类型关系

实现一个接口后，实现接口的类型即为接口的子类型。例如：

interface I1 { }
interface I2 { }

interface I3 <: I1 & I2 { }

class C <: I1 { }

extend Int64 <: I2 { }

在这个例子中，I3 是 I1 和 I2 的子类型，而 C 是 I1 的子类型。

函数类型的子类型关系

仓颉语言中，函数类型也有子类型关系。给定两个函数类型 (U1) -> S2 和 (U2) -> S1，当 U2 <: U1 且 S2 <: S1 时，(U1) -> S2 <: (U2) -> S1。例如：

open class U1 { }
class U2 <: U1 { }

open class S1 { }
class S2 <: S1 { }

func f(a: U1): S2 { return S2() }
func g(a: U2): S1 { return S1() }

func call1() {
    g(U2()) // Ok.
    f(U2()) // Ok.
}

func h(lam: (U2) -> S1): S1 {
    return lam(U2())
}

func call2() {
    h(g) // Ok.
    h(f) // Ok.
}

在这个例子中，f 的类型是 g 类型的子类型，因此在任何可以使用 g 的地方，都可以使用 f。

仓颉语言中的属性使用详解

仓颉语言提供了一个非常强大的特性——属性（Properties）。属性允许我们定义 getter 和可选的 setter 方法，从而实现对类成员变量的间接访问和修改。通过属性，我们可以在不改变外部接口的情况下，灵活地控制内部数据的访问方式。本文将详细介绍如何在仓颉语言中定义和使用属性，并探讨属性在实际开发中的应用。

属性的定义

在仓颉语言中，属性可以在 class、interface、struct、enum 和 extend 中定义。一个典型的属性定义语法如下：

class Foo {
    public prop a: Int64 {
        get() { 0 }
    }
    public mut prop b: Int64 {
        get() { 0 }
        set(v) {}
    }
}

上面的代码中，我们定义了两个属性 a 和 b，它们的类型都是 Int64。属性 a 只有 getter 方法，因此它是只读的；属性 b 既有 getter 方法也有 setter 方法，因此它是可读可写的。

属性的使用

定义属性之后，我们可以像访问普通成员变量一样访问属性。下面是一个具体的例子：

class Foo {
    private var a = 0

    public mut prop b: Int64 {
        get() {
            println("get")
            a
        }
        set(value) {
            println("set")
            a = value
        }
    }
}

main() {
    var x = Foo()
    let y = x.b + 1 // get
    x.b = y // set
}

在这个例子中，当我们访问 x.b 时，会调用 b 的 getter 方法，并且打印 get；当我们给 x.b 赋值时，会调用 b 的 setter 方法，并且打印 set。通过这种方式，我们可以在属性的访问和修改过程中添加额外的逻辑。

修饰符

我们可以在属性前添加各种修饰符，例如 public、private、open 等。修饰符控制属性的可见性和可重写性。例如：

class Foo {
    public prop a: Int64 {
        get() {
            0
        }
    }
    private prop b: Int64 {
        get() {
            0
        }
    }
}

上述代码中，a 是公有属性，可以被外部访问；b 是私有属性，不能被外部访问。

抽象属性

类似于抽象函数，仓颉语言中的接口和抽象类也可以包含抽象属性。这些抽象属性没有实现，需要在具体实现类中定义。例如：

interface I {
    prop a: Int64
}

abstract class C {
    public prop a: Int64
}

class D <: C & I {
    private var value = 0

    public prop a: Int64 {
        get() { value }
    }
}

在这个例子中，interface I 和 abstract class C 中都定义了抽象属性 a，实现类 D 必须实现这些抽象属性。

子类型关系

仓颉语言中，子类型关系在属性定义和使用中也起着重要作用。子类型可以覆盖父类型的属性，但必须保持相同的类型和修饰符。例如：

open class A {
    public open prop x: Int64 {
        get() { 0 }
    }
}

class B <: A {
    public override prop x: Int64 {
        get() { 1 }
    }
}

在这个例子中，B 类覆盖了 A 类的属性 x，并且修改了其返回值。

实例属性和静态属性

仓颉语言中的属性可以是实例属性或者静态属性。实例属性属于类的实例，而静态属性属于类本身。例如：

class A {
    public prop x: Int64 {
        get() {
            123
        }
    }
    public static prop y: Int64 {
        get() {
            321
        }
    }
}

main() {
    var a = A()
    println(a.x) // 123
    println(A.y) // 321
}

上述代码中，x 是实例属性，属于 A 类的实例；y 是静态属性，属于 A 类本身。

属性的高级用法

除了基本的定义和使用，仓颉语言中的属性还支持一些高级用法，例如延迟初始化、属性委托等。这些特性使得属性的使用更加灵活和强大。

延迟初始化

延迟初始化是指属性在第一次被访问时才进行初始化，而不是在对象创建时立即初始化。这样可以提高性能，尤其是在某些属性的初始化过程较为复杂或耗时的情况下。

class Foo {
    private mut var _lazyValue: String?

    public mut prop lazyValue: String {
        get() {
            if (_lazyValue == null) {
                _lazyValue = "Initialized"
            }
            _lazyValue
        }
    }
}

main() {
    var foo = Foo()
    println(foo.lazyValue) // 输出 "Initialized"
}

在这个例子中，属性 lazyValue 在第一次被访问时才会进行初始化。

属性委托

属性委托是一种设计模式，允许我们将属性的访问和修改委托给另一个对象。这在需要共享或复用属性逻辑时非常有用。

class Delegate {
    private var value = 0

    public mut prop x: Int64 {
        get() {
            value
        }
        set(newValue) {
            value = newValue
        }
    }
}

class Foo {
    public mut prop x by Delegate()
}

main() {
    var foo = Foo()
    foo.x = 42
    println(foo.x) // 输出 42
}

在这个例子中，Foo 类将 x 属性的访问和修改委托给 Delegate 对象。

属性的线程安全

在多线程环境下，属性的访问和修改需要保证线程安全。我们可以使用同步机制来实现这一点。

class SafeCounter {
    private mut var count = 0

    public mut prop value: Int64 {
        get() {
            synchronized {
                count
            }
        }
        set(newValue) {
            synchronized {
                count = newValue
            }
        }
    }
}

main() {
    var counter = SafeCounter()
    counter.value = 10
    println(counter.value) // 输出 10
}

在这个例子中，value 属性的 getter 和 setter 方法都使用 synchronized 块来保证线程安全。

属性的观察者模式

观察者模式是一种设计模式，允许我们在属性发生变化时通知其他对象。这可以通过在属性的 setter 方法中添加通知逻辑来实现。

class ObservableValue {
    private mut var _value: Int64 = 0
    private var observers: List<(Int64) -> Void> = []

    public mut prop value: Int64 {
        get() {
            _value
        }
        set(newValue) {
            _value = newValue
            for observer in observers {
                observer(newValue)
            }
        }
    }

    public fun addObserver(observer: (Int64) -> Void) {
        observers.add(observer)
    }
}

main() {
    var observable = ObservableValue()
    observable.addObserver((newValue) {
        println("Value changed to \(newValue)")
    })
    observable.value = 42 // 输出 "Value changed to 42"
}

在这个例子中，当 value 属性发生变化时，所有的观察者都会收到通知。

属性的性能优化

在实际开发中，属性的使用可能会对性能产生影响，特别是在频繁访问或修改属性时。以下是一些常见的性能优化策略：

1. 避免不必要的计算：在 getter 和 setter 方法中，尽量避免不必要的计算和操作。
2. 使用缓存：对于计算结果可以缓存的属性，可以使用缓存来减少重复计算。
3. 合理使用延迟初始化：对于初始化过程较为复杂或耗时的属性，使用延迟初始化可以提高性能。

class ExpensiveCalculation {
    private mut var _result: Int64?

    public mut prop result: Int64 {
        get() {
            if (_result == null) {
                _result = performExpensiveCalculation()
            }
            _result
        }
    }

    private fun performExpensiveCalculation(): Int64 {
        // 假设这是一个耗时的计算
        return 42
    }
}

main() {
    var calc = ExpensiveCalculation()
    println(calc.result) // 输出 42
}

在这个例子中，result 属性的计算结果被缓存起来，避免了重复计算。

总结

属性是仓颉语言中的一个非常强大的特性，通过合理使用属性，可以提高代码的封装性、可读性和维护性。在实际开发中，我们可以结合延迟初始化、属性委托、线程安全和观察者模式等高级用法，灵活地控制属性的访问和修改，提升程序的性能和可靠性。

希望通过本文的介绍，读者能够深入理解仓颉语言中的属性，并在实际开发中灵活运用这些特性，编写出更加高效和优雅的代码。继续探索仓颉语言的更多特性，让你的编程之旅更加精彩！