Julia 提供一系列控制流:
begin
和 (;)
if-elseif-else
和 ?: (ternary operator)
&&, ||
和 chained comparisons
while
和 for
try-catch
, error
和 throw
yieldto
前五个控制流机制是高级编程语言的标准。但任务不是:它提供了非本地的控制流,便于在临时暂停的计算中进行切换。在 Julia 中,异常处理和协同多任务都是使用的这个机制。
用一个表达式按照顺序对一系列子表达式求值,并返回最后一个子表达式的值,有两种方法:begin
块和 (;)
链。 begin
块的例子:
julia> z = begin
x = 1
y = 2
x + y
end
3
这个块很短也很简单,可以用 (;) 链语法将其放在一行上:
julia> z = (x = 1; y = 2; x + y)
3
这个语法在函数中的单行函数定义非常有用。 begin 块也可以写成单行, (;) 链也可以写成多行:
julia> begin x = 1; y = 2; x + y end
3
julia> (x = 1;
y = 2;
x + y)
3
一个 if
-elseif-else
条件表达式的例子:
if x < y
println("x is less than y")
elseif x > y
println("x is greater than y")
else
println("x is equal to y")
end
如果条件表达式 x < y
为真,相应的语句块将会被执行;否则就执行条件表达式 x > y
,如果结果为真,相应的语句块将被执行;如果两个表达式都是假,else
语句块将被执行。这是它用在实际中的例子:
julia> function test(x, y)
if x < y
println("x is less than y")
elseif x > y
println("x is greater than y")
else
println("x is equal to y")
end
end
test (generic function with 1 method)
julia> test(1, 2)
x is less than y
julia> test(2, 1)
x is greater than y
julia> test(1, 1)
x is equal to y
elseif
及 else
块是可选的。
请注意,非常短的条件语句(一行)在 Julia 中是会经常使用短的电路评估(Short-Circuit Evaluation)实现的,具体细节在下一节中进行概述。
如果条件表达式的值是除 true
和 false
之外的值,会出错:
julia> if 1
println("true")
end
ERROR: type: non-boolean (Int64) used in boolean context
“问号表达式”语法 ?:
与 if-elseif-else
语法相关,但是适用于单个表达式:
a ? b : c
?
之前的 a
是条件表达式,如果为 true
,就执行 : 之前的 b
表达式,如果为 false
,就执行 :
的 c
表达式。
用问号表达式来重写,可以使前面的例子更加紧凑。先看一个二选一的例子:
julia> x = 1; y = 2;
julia> println(x < y ? "less than" : "not less than")
less than
julia> x = 1; y = 0;
julia> println(x < y ? "less than" : "not less than")
not less than
三选一的例子需要链式调用问号表达式:
julia> test(x, y) = println(x < y ? "x is less than y" :
x > y ? "x is greater than y" : "x is equal to y")
test (generic function with 1 method)
julia> test(1, 2)
x is less than y
julia> test(2, 1)
x is greater than y
julia> test(1, 1)
x is equal to y
链式问号表达式的结合规则是从右到左。
与 if-elseif-else
类似,:
前后的表达式,只有在对应条件表达式为 true
或 false
时才执行:
julia> v(x) = (println(x); x)
v (generic function with 1 method)
julia> 1 < 2 ? v("yes") : v("no")
yes
"yes"
julia> 1 > 2 ? v("yes") : v("no")
no
"no"
&&
和 ||
布尔运算符被称为短路求值,它们连接一系列布尔表达式,仅计算最少的表达式来确定整个链的布尔值。这意味着: 在表达式 a && b
中,只有 a
为 true
时才计算子表达式 b
在表达式 a || b
中,只有 a
为 false
时才计算子表达式 b
&&
和 ||
都与右侧结合,但 &&
比 ||
优先级高:
julia> t(x) = (println(x); true)
t (generic function with 1 method)
julia> f(x) = (println(x); false)
f (generic function with 1 method)
julia> t(1) && t(2)
1
2
true
julia> t(1) && f(2)
1
2
false
julia> f(1) && t(2)
1
false
julia> f(1) && f(2)
1
false
julia> t(1) || t(2)
1
true
julia> t(1) || f(2)
1
true
julia> f(1) || t(2)
1
2
true
julia> f(1) || f(2)
1
2
false
这种方式在 Julia 里经常作为 if
语句的一个简洁的替代。 可以把 if <cond> <statement> end
写成 <cond> && <statement> (读作 <cond> *从而* <statement>)
。 类似地, 可以把 if ! <cond> <statement> end
写成 <cond> || <statement>
(读作 要不就 )。
例如, 递归阶乘可以这样写:
julia> function factorial(n::Int)
n >= 0 || error("n must be non-negative")
n == 0 && return 1
n * factorial(n-1)
end
factorial (generic function with 1 method)
julia> factorial(5)
120
julia> factorial(0)
1
julia> factorial(-1)
ERROR: n must be non-negative
in factorial at none:2
非短路求值运算符,可以使用数学运算和基本函数中介绍的位布尔运算符 &
和 |
:
julia> f(1) & t(2)
1
2
false
julia> t(1) | t(2)
1
2
true
&&
和 ||
的运算对象也必须是布尔值( true
或 false
)。在任何地方使用一个非布尔值,除非最后一个进入连锁条件的是一个错误:
julia> 1 && true
ERROR: type: non-boolean (Int64) used in boolean context
另一方面,任何类型的表达式可以使用在一个条件链的末端。根据前面的条件,它将被评估和返回:
julia> true && (x = rand(2,2))
2x2 Array{Float64,2}:
0.768448 0.673959
0.940515 0.395453
julia> false && (x = rand(2,2))
false
有两种循环表达式: while
循环和 for
循环。下面是 while
的例子:
julia> i = 1;
julia> while i <= 5
println(i)
i += 1
end
1
2
3
4
5
上例也可以重写为 for
循环:
julia> for i = 1:5
println(i)
end
1
2
3
4
5
此处的 1:5
是一个 Range
对象,表示的是 1, 2, 3, 4, 5 序列。 for
循环遍历这些数,将其逐一赋给变量 i
。 while
循环和 for
循环的另一区别是变量的作用域。如果在其它作用域中没有引入变量 i
,那么它仅存在于 for
循环中。不难验证:
julia> for j = 1:5
println(j)
end
1
2
3
4
5
julia> j
ERROR: j not defined
有关变量作用域,详见变量的作用域 。
通常,for
循环可以遍历任意容器。这时,应使用另一个(但是完全等价的)关键词 in
,而不是 =
,它使得代码更易阅读:
julia> for i in [1,4,0]
println(i)
end
1
4
0
julia> for s in ["foo","bar","baz"]
println(s)
end
foo
bar
baz
手册中将介绍各种可迭代容器(详见多维数组)。
有时要提前终止 while
或 for
循环。可以通过关键词 break
来实现:
julia> i = 1;
julia> while true
println(i)
if i >= 5
break
end
i += 1
end
1
2
3
4
5
julia> for i = 1:1000
println(i)
if i >= 5
break
end
end
1
2
3
4
5
有时需要中断本次循环,进行下一次循环,这时可以用关键字 continue
:
julia> for i = 1:10
if i % 3 != 0
continue
end
println(i)
end
3
6
9
多层 for
循环可以被重写为一个外层循环,迭代类似于笛卡尔乘积的形式:
julia> for i = 1:2, j = 3:4
println((i, j))
end
(1,3)
(1,4)
(2,3)
(2,4)
这种情况下用 break
可以直接跳出所有循环。
当遇到意外条件时,函数可能无法给调用者返回一个合理值。这时,要么终止程序,打印诊断错误信息;要么程序员编写异常处理。
Exception
如果程序遇到意外条件,异常将会被抛出。表中列出内置异常。
Exception |
---|
ArgumentError |
BoundsError |
DivideError |
DomainError |
EOFError |
ErrorException |
InexactError |
InterruptException |
KeyError |
LoadError |
MemoryError |
MethodError |
OverflowError |
ParseError |
SystemError |
TypeError |
UndefRefError |
UndefVarError |
例如,当对负实数使用内置的 sqrt
函数时,将抛出 DomainError()
:
julia> sqrt(-1)
ERROR: DomainError
sqrt will only return a complex result if called with a complex argument.
try sqrt(complex(x))
in sqrt at math.jl:131
你可以使用下列方式定义你自己的异常:
julia> type MyCustomException <: Exception end
throw
函数可以使用 throw
函数显式创建异常。例如,某个函数只对非负数做了定义,如果参数为负数,可以抛出 DomaineError
异常:
julia> f(x) = x>=0 ? exp(-x) : throw(DomainError())
f (generic function with 1 method)
julia> f(1)
0.36787944117144233
julia> f(-1)
ERROR: DomainError
in f at none:1
注意,DomainError
使用时需要使用带括号的形式,否则返回的并不是异常,而是异常的类型。必须带括号才能返回 Exception
对象:
julia> typeof(DomainError()) <: Exception
true
julia> typeof(DomainError) <: Exception
false
另外,一些异常类型使用一个或更多个参数用来报告错误:
julia> throw(UndefVarError(:x))
ERROR: x not defined
这个机制能被简单实现,通过按照下列所示的 UndefVarError
方法自定义异常类型:
julia> type MyUndefVarError <: Exception
var::Symbol
end
julia> Base.showerror(io::IO, e::MyUndefVarError) = print(io, e.var, " not defined");
error
函数error
函数用来产生 ErrorException
,阻断程序的正常执行。
如下改写 sqrt
函数,当参数为负数时,提示错误,立即停止执行:
julia> fussy_sqrt(x) = x >= 0 ? sqrt(x) : error("negative x not allowed")
fussy_sqrt (generic function with 1 method)
julia> fussy_sqrt(2)
1.4142135623730951
julia> fussy_sqrt(-1)
ERROR: negative x not allowed
in fussy_sqrt at none:1
当对负数调用 fussy_sqrt
时,它会立即返回,显示错误信息:
julia> function verbose_fussy_sqrt(x)
println("before fussy_sqrt")
r = fussy_sqrt(x)
println("after fussy_sqrt")
return r
end
verbose_fussy_sqrt (generic function with 1 method)
julia> verbose_fussy_sqrt(2)
before fussy_sqrt
after fussy_sqrt
1.4142135623730951
julia> verbose_fussy_sqrt(-1)
before fussy_sqrt
ERROR: negative x not allowed
in verbose_fussy_sqrt at none:3
warn
和 info
函数Julia 还提供一些函数,用来向标准错误 I/O 输出一些消息,但不抛出异常,因而并不会打断程序的执行:
julia> info("Hi"); 1+1
INFO: Hi
2
julia> warn("Hi"); 1+1
WARNING: Hi
2
julia> error("Hi"); 1+1
ERROR: Hi
in error at error.jl:21
try/catch
语句try/catch
语句可以用于处理一部分预料中的异常 Exception
。例如,下面求平方根函数可以正确处理实数或者复数:
julia> f(x) = try
sqrt(x)
catch
sqrt(complex(x, 0))
end
f (generic function with 1 method)
julia> f(1)
1.0
julia> f(-1)
0.0 + 1.0im
但是处理异常比正常采用分支来处理,会慢得多。
try/catch
语句使用时也可以把异常赋值给某个变量。例如:
julia> sqrt_second(x) = try
sqrt(x[2])
catch y
if isa(y, DomainError)
sqrt(complex(x[2], 0))
elseif isa(y, BoundsError)
sqrt(x)
end
end
sqrt_second (generic function with 1 method)
julia> sqrt_second([1 4])
2.0
julia> sqrt_second([1 -4])
0.0 + 2.0im
julia> sqrt_second(9)
3.0
julia> sqrt_second(-9)
ERROR: DomainError
in sqrt_second at none:7
注意,跟在 catch
之后的符号会被解释为一个异常的名称,因此,需要注意的是,在单行中写 try/catch
表达式时。下面的代码将不会正常工作返回 x
的值为了防止发生错误:
try bad() catch x end
我们在 catch
后使用分号或插入换行来实现:
try bad() catch; x end
try bad()
catch
x
end
Julia 还提供了更高级的异常处理函数 rethrow
, backtrace
和 catch_backtrace
。
在改变状态或者使用文件等资源时,通常需要在操作执行完成时做清理工作(比如关闭文件)。异常的存在使得这样的任务变得复杂,因为异常会导致程序提前退出。关键字 finally
可以解决这样的问题,无论程序是怎样退出的,finally
语句总是会被执行。
例如, 下面的程序说明了怎样保证打开的文件总是会被关闭:
f = open("file")
try
# operate on file f
finally
close(f)
end
当程序执行完 try
语句块(例如因为执行到 return
语句,或者只是正常完成),close
语句将会被执行。如果 try
语句块因为异常提前退出,异常将会继续传播。catch
语句可以和 try
,finally
一起使用。这时。finally
语句将会在 catch
处理完异常之后执行。
任务是一种允许计算灵活地挂起和恢复的控制流,有时也被称为对称协程、轻量级线程、协同多任务等。
如果一个计算(比如运行一个函数)被设计为 Task
,有可能因为切换到其它 Task
而被中断。原先的 Task
在以后恢复时,会从原先中断的地方继续工作。切换任务不需要任何空间,同时可以有任意数量的任务切换,而不需要考虑堆栈问题。任务切换与函数调用不同,可以按照任何顺序来进行。
任务比较适合生产者-消费者模式,一个过程用来生产值,另一个用来消费值。消费者不能简单的调用生产者来得到值,因为两者的执行时间不一定协同。在任务中,两者则可以正常运行。
Julia 提供了 produce
和 consume
函数来解决这个问题。生产者调用 produce
函数来生产值:
julia> function producer()
produce("start")
for n=1:4
produce(2n)
end
produce("stop")
end;
要消费生产的值,先对生产者调用 Task
函数,然后对返回的对象重复调用 consume
:
julia> p = Task(producer);
julia> consume(p)
"start"
julia> consume(p)
2
julia> consume(p)
4
julia> consume(p)
6
julia> consume(p)
8
julia> consume(p)
"stop"
可以在 for
循环中迭代任务,生产的值被赋值给循环变量:
julia> for x in Task(producer)
println(x)
end
start
2
4
6
8
stop
注意 Task()
函数的参数,应为零参函数。生产者常常是参数化的,因此需要为其构造零参匿名函数 。可以直接写,也可以调用宏:
function mytask(myarg)
...
end
taskHdl = Task(() -> mytask(7))
# 也可以写成
taskHdl = @task mytask(7)
produce
和 consume
但它并不在不同的 CPU 发起线程。我们将在并行计算中,讨论真正的内核线程。
尽管 produce
和 consume
已经阐释了任务的本质,但是他们实际上是由库函数调用更原始的函数 yieldto
实现的。 yieldto(task,value)
挂起当前任务,切换到特定的 task
, 并使这个 task
的最后一次 yeidlto
返回 \特定的 value
。注意 yieldto
是唯一需要的操作来进行
‘任务风格’的控制流;不需要调用和返回,我们只用在不同的任务之间切换即可。 这就是为什么这个特性被称做 “对称式协程”;每一个任务的切换都是用相同的机制。
yeildto
很强大, 但是大多数时候并不直接调用它。 当你从当前的任务切换走,你有可能会想切换回来, 但需要知道切换的时机和任务,这会需要相当的协调。 例如,procude
需要保持某个状态来记录消费者。无需手动地记录正在消费的任务让 produce
比 yieldto
更容易使用。
除此之外,为了高效地使用任务,其他一些基本的函数也同样必须。current_task()
获得当前运行任务的引用。istaskdone(t)
查询任务是否终止。istaskstarted(t) 查询任务是否启动。task_local_storage
处理当前任务的键值储存。
大多数任务的切换都是在等待像 I/O 请求这样的事件的时候,并由标准库的调度器完成。调度器记录正在运行的任务的队列,并执行一个循环来根据外部事件(比如消息到达)重启任务。
处理等待事件的基本函数是 wait
。 有几种对象实现了 wait
,比如对于 Process
对象, wait
会等待它终止。更多的时候 wait
是隐式的,比如 wait
可以发生在调用 read
的时候,等待数据变得可用。
在所有的情况中, wait
最终会操作在一个负责将任务排队和重启的 Condition
对象上。当任务在 Condition
上调用 wait
, 任务会被标记为不可运行,被加入到 Condition
的 队列中,再切换至调度器。调度器会选取另一个任务来运行,或者等待外部事件。如果一切正常,最终一个事件句柄会在 Condition
上调用 notify
,使正在等待的任务变得可以运行。
调用 Task
可以生成一个初始对调度器还未知的任务,这允许你用 yieldto
手动管理任务。不管怎样,当这样的任务正在等待事件时,事件一旦发生,它仍然会自动重启。而且任何时候你都可以调用 schedule(task)
或者用宏 @schedule
或 @async
来让调度器来运行一个任务,根本不用去等待任何事件。(参见并行计算)
任务包含一个 state
域,它用来描述任务的执行状态。任务状态取如下的几种符号中的一种:
符号 | 意义 |
---|---|
:runnable | 任务正在运行,或可被切换到该任务 |
:waiting | 等待一个特定事件从而阻塞 |
:queued | 在调度程序的运行队列中准备重新启动 |
:done | 成功执行完毕 |
:failed | 由于未处理的异常而终止 |