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。

注意由于这样会将单位转换的运算隐藏在量纲操作下，导致浮点误差无法被察觉，建议使用有理数类型以保证完整精度或仅在对误差不敏感的场景下使用浮点数类型。

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（通常不设比例），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
    h = 60 * min;           // 小时
}

以上是内置的量纲定义，我们定义了现实世界的常用单位。用户也可以根据需要定义自己的量纲和单位。

// 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;
}

注意量纲的名称必须全局唯一，单位的名称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，也可以直接作为字面量后缀使用。

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。

val len1 = 10[m];
val len2 = 50[cm];
val total = len1 + len2;    // 自动换算为基准单位进行运算，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：

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

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，提高代码可读性。

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：

• 无内存开销：f64[m] 在内存中与 f64 占用完全相同的空间。
• 无运行开销：所有的量纲校验都在编译期完成。单位换算的乘除法在编译期进行常量折叠，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。