计量单位 (Measure)

Lumos 引入了原生计量单位支持，通过编译期的量纲分析（Dimensional Analysis）确保物理计算的安全性，同时保持零运行时开销。

注意：由于单位转换的运算会在量纲操作下进行，可能导致浮点误差难以察觉。建议在精度要求高的场景下使用有理数类型，或在对误差不敏感的应用中使用浮点数类型。

量纲与单位定义

使用 measure 关键字定义一个量纲，并在其内部定义具体的单位。每个量纲必须指定一个基准单位（通常为 1:1 比例），其他单位则相对于基准单位进行定义。

// 定义长度量纲
measure Length {
    m;                      // 基准单位：米
    km = 1000 * m;          // 千米
    cm = 0.01 * m;          // 厘米
    mm = 0.001 * m;         // 毫米
}

// 定义时间量纲
measure Time {
    s;                      // 基准单位：秒
    ms = 0.001 * s;         // 毫秒
    min = 60 * s;           // 分钟
    h = 60 * min;           // 小时
}

以上展示了部分内置量纲的定义。Lumos 预定义了现实世界中常用的单位，用户也可以根据需要定义自定义的量纲和单位。

// 定义经验值量纲（游戏中可用）
measure Experience {
    exp;                // 基准单位：经验值
    level = 1000 * exp;
    rank = 100 * level;
}

注意：量纲名称必须全局唯一，单位名称也必须在所有量纲中唯一。

变量声明与字面量

单位可以作为类型修饰符附加在数值类型之后，也可以作为字面量后缀直接使用。

val distance: f64[m] = 100.0; // 显式类型标注
val time = 9.58[s];           // 自动推导为 f64[s]
val speed = 10.0[m/s];        // 复合单位

量纲分析

编译器会自动检查量纲的一致性。只有相同量纲的数值才能进行加减和比较运算，这确保了物理计算的类型安全。

val len1 = 10[m];
val len2 = 50[cm];
val total = len1 + len2;    // 自动换算至基准单位后进行运算，结果为 10.5[m]

val weight = 5[kg];
val error = len1 + weight; // 编译错误：量纲不匹配 (Length vs Mass)

乘除运算会产生新的复合量纲。例如：

val dist = 100[m];
val t = 10[s];
val v = dist / t;           // v 的类型为 f64[m/s]，表示速度

单位换算 in

使用 in 表达式可以将一个数值显式转换为另一个单位。

val d = 1.5[km];
val d_m = d in m;           // 1500.0[m]

val speed_kmh = 120[km/h];
val speed_ms = speed_kmh in m/s; // 自动处理复合单位换算

复合量纲别名

可以为复杂的量纲组合定义别名，以提高代码的可读性和可维护性。

measure Velocity = Length / Time;
measure Acceleration = Velocity / Time;
measure Force = Mass * Acceleration;

val f: f64[Force] = 9.8[kg] * 1.0[m/s²];

我们提供常见组合量纲的内置别名：

别名	定义
Speed	Length / Time
Acceleration	Speed / Time
Force	Mass * Acceleration
Energy	Force * Length
Power	Energy / Time
Pressure	Force / (Length * Length)

零成本抽象

计量单位是纯编译期特性，具有以下特点：

• 无内存开销：f64[m] 在内存中与 f64 占用完全相同的空间。
• 无运行时开销：所有量纲校验都在编译期完成，单位换算的乘除法通过编译期常量折叠优化，不会产生额外的运行时指令。

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相关内容：类型系统见 类型系统。