§3 类型系统

3.1 类型种类

种类	语法示例	语义
整数	`I8 I16 I32 I64 ISize U8 U16 U32 U64 USize`	定宽;默认检查算术(§4.5);`ISize/USize` 与目标指针同宽
浮点	`F32 F64`	IEEE-754
布尔	`Bool`	`true`/`false`;无整数互换
字符串借用	`Str`	不可变 UTF-8 视图;`.len`(字节) `.char_len`(字符)
字符串持有	`String`	GC 堆 UTF-8;隐式降格为 `Str`
结构体	`struct` 声明	值类型(§6.1)
类	`class` 声明	引用类型(GC 堆,§6.1)
枚举	`enum` 声明	判别和(sum type)
元组	`(I32, Str)`	匿名积;`.0 .1` 访问;单元 `()` 类型为 `Void`,值为 `void`
切片	`T[]`	可变视图:长度+指针;元素可写仅当绑定根为 `var`(§4.2);恒非 Send(§7.4)
只读切片	`&T[]`	只读视图;Send 当且仅当 `T` Send(§7.4);`T[] → &T[]` 隐式(§3.6)
定长数组	`I32[3]`	内联连续值类型;可隐式退化为切片(§3.6)
定长向量	`Simd[F32, 8]`	硬件向量(§9.5)
可选	`Option[T]`,糖 `T?`	无 null(§5.1)
结果	`Result[T, E]`	错误传播载体(§5.1)
引用	`&T` / `&Trait`	共享只读视图 / trait 对象(§3.5)
装箱	`Box[T]`	显式 GC 堆单值;访问自动解引用;载荷可变字段经别名写共享可见(v0.6 §3.11.1)
函数	`fn(I32) -> Bool`	函数类型:仅用于参数/返回类型位置;闭包字面量是该类型的值(§4.7)
底类型	`Never`	`panic` 等不返回表达式的类型,可协变于任何期望

无 null、无 any、无隐式数值转换、无渐进类型(P2;拒绝清单)。

3.1.1 I64 值域(v0 实现口径)

类型表名义为定宽整数,v0 自举实现中 I64 以规范十进制文本承载(可带单个前导 -;无前导零;0 为唯一零形),发射侧映射 int64_t。语义锚点:

算术语义:+ - 文本十进制加减;* 十进制竖式(符号异或);/ % 为截断除法(C99 口径):商向零取整、商符号为操作数符号异或、余数符号随被除数(与 §4.5 % 语义一致);除零 panic("division by zero",永不关闭,§4.5)。
v0 限制(实现口径,非语言承诺):
整数字面量按期望类型宽度门(E2040,§3.7/§10):无后缀字面量(十进制与 0x/0o/0b 同口径,下划线分隔符剥离)在 let 注解/赋值/返回/实参四点核对界内,超界拒绝;I64 期望下超 I32 宽度的字面量直入 I64 域(十进制取值),comptime 域(const 折叠)同口径。
I64 算术实现溢出检查(解释侧 2^63 界门 / 发射侧 __builtin_*_overflow 帮手,双向一致;INT64_MIN / -1、INT64_MIN % -1、-INT64_MIN 同判溢出,§4.5)。注解位字面量超 int64 宽度由宽度门拒绝(E2040);无注解且超 int64 宽度的字面量参与算术时解释侧/发射侧行为分歧,v0 测试夹具不覆盖。

3.2 值语义与引用语义(二分,读者可见)

struct 赋值/传参/返回整体拷贝(编译器可消除冗余拷贝,可观察语义不变);字段拷贝为浅拷贝:若字段含类引用,拷贝共享同一实例——ctron lint 默认对含 var 类字段的 struct 给 W8010。
class 赋值共享实例;字段默认 let(不可变),可变字段必须显式 var。含 var 字段的类非 Send(§7.4)。
enum 是值类型;变体载荷按字段规则。

3.3 `Str` 与 `String`

字面量是 Str,存静态存储,任何档位可用。
String 为 alloc 层类型;String → Str 隐式(只读视图);s.to_string() 显式升级(分配,§6.5)。
切片按字节索引且必须落在 UTF-8 边界,否则 panic("invalid utf8 boundary");字素/码点迭代为只读 API。

3.4 trait(名义、显式实现)

trait Clock {
    fn now(&self) -> U64          // 方法
    prop name: Str                // 属性:零参计算只读值,调用无括号
}

impl Clock for FakeClock {
    fn now(&self) -> U64 { return self.base }
    prop name: Str { return "fake" }
}

名义:方法仅通过显式 impl 生效;孤儿规则见 §2.5。
trait 可含默认方法体/默认属性。
属性(prop):零参只读计算值;必须无副作用(纯读,#[pure] 语义);xs.len、e.message 即属性。
bound:fn render[T: Show](x: T);bound 组合用 +(T: Hash + Eq)。
超 trait:trait Env: Clock + Fs + Log { ... }——实现方必须同时实现全部超 trait;能力上下文组合(§8.1)即用此机制。
trait 对象:仅 &Trait(借用形式,v0.3);动态分发;非 Send 传播按其真实类型判定(对象携带 Send 位,§7.4)。

3.5 引用与 trait 对象

&T = 共享只读视图:不可变约束,非生命周期标注。full/web 档下由 GC 保证存活;own/bare 上下文中额外遵守"不逃逸出被调方"规则(可判定,无需标注,§6.3)。
可变传递经 var 参数/Mutex;不存在 &mut。
上行:&FakeClock → &Clock 隐式;下行禁止。

3.6 隐式转换(完备清单,之外全禁止)

String → Str;
T[N] → T[](定长退化切片;数组字面量 [a, b, c] 的直接类型为 T[N],元素类型按上下文适配);
T[] → &T[](切片只读化,Send 判定随之改变,§7.4);
T → T?(Some 包装)、T → Result[T, E] 仅限 Ok 包装于显式构造,不作隐式;
值 → &T / &Trait(自动借为只读视图);
整数字面量自适应(§3.7)。

数值宽窄转换必须显式:x.as[U64]()(内建方法,窄化语义 = 截断)。

3.7 类型推断与字面量自适应

局部推断:let/var 绑定、闭包参数(可省)块内推断;泛型调用的类型实参(省略 TypeArgs 时按 §3.9.1 推断,v0.7)。
签名必标注:函数参数、返回类型、字段、const/static 必须显式类型——签名即契约(P1/P5)。
整数字面量按期望类型解释(变量类型、比较对象、实参);无约束时默认 I32;浮点默认 F64。

3.8 标准前奏(隐式可用,无需 `use`)

3.8.1 类型与值

类型:Option Result Box List Map Set String Str StringBuilder
     Channel Sender Receiver Task Scope Mutex Atomic Global AnyError
     Arena Region Pool Simd Never Void Bool 及全部数值类型
trait:Show Eq Error Cap Clone Hash Iter
值/函数:assert assert_eq assert_ne panic expect fmt
变体:Some None Ok Err true false void

Option[T] { Some(T) | None }、Result[T, E] { Ok(T) | Err(E) } 为普通枚举,可 match(§4.6)。
前奏符号可被本地声明遮蔽(lint 提示)。

3.8.2 前奏 API 最小清单(规范性:P1 必须提供;扩充走 RFC)

类型/trait	成员(方法 `()` / 属性无括号)
`Option[T]`	`is_some` `is_none`(prop);`map(f)` `or(默认)` `expect(msg)`
`Result[T, E]`	`is_ok` `is_err`(prop);`map(f)` `or(默认)` `expect(msg)` `context(str)`(§5.4)
`Show`	`fn show(&self) -> Str`;`@derive(Show)` 可生成
`Eq`	`fn eq(&self, other: &self) -> Bool`;`@derive(Eq)` 可生成
`Error`	`prop message: Str`、`prop cause: &Error?`、`prop trace: Str`(位置链,默认空,§5.3/§5.4);`@derive(Error)` 可生成
`AnyError`	前奏错误擦除类型(class,实现 Error):`context` 的返回错误类型;`?` 向 AnyError 自动擦除(§5.4)
`Cap`	空标记 trait:能力 trait 必须继承它(`trait Clock: Cap`),`#[pure]` 检查以此判定(§8.3);具体类型无需也无法单独实现 Cap——它只标注 trait 的类别
数值类型	`as[T]()`(显式转换,窄化=截断,§3.6);`abs()` `min(a,b)` `max(a,b)`
`Simd[E, N]`	`Simd[E, N].splat(v)`;`lane(i) -> E`;`to_array() -> E[N]`;`+ - * /` 元素级(运算符白名单,§3.1/§9.5)。自举侧现状(T51 注,2026-10-03):v0 = 语义模拟(解释)/标量模拟(发射,P1-C2 堆视图 `ctron_view`),元素级循环由后端编译器自动向量化兑现(clang -O2 实证 NEON width 4;gcc 需 -O3);寄存器驻留与 intrinsics 直发为志向,评估见 `docs/simd-vectorization-analysis.md`
`Str` / `String`	`len`(字节)`char_len`(字符);`slice(range)`(字节切片,须落字符边界,§3.3);`contains(s)`;`to_string()`(分配,§6.5);`iter()`
`T[]` / `&T[]`	`len`(prop);`iter()`;索引 `[i]`(§4.5)
`List[T]`	`new()` `push(v)` `pop()` `len`(prop);索引
`Arena`	`array[T](n)` `zeros[T](n)` `list[T]()`;`Arena.fixed(n)`(bare);句柄仅移动(§6.3);`into_gc()`(arena 数据出块唯一入口,§6.3)
`Mutex[T]`	`with(f: fn(&T) -> R) -> R`(只读访问);`with_mut(f: fn(var T) -> R) -> R`
`Atomic[I32]`	`Atomic[I32](init)`;`load()` `store(v)` `fetch_add(d) -> I32`(返回旧值;整数族)
`Global[T]`	`Global[T](name, init)`;`with`/`with_mut` 同 Mutex(§7.6;注册经 manifest 审计)
`Drop`	`fn drop(var self)`;值类型确定性析构(§6.4),作用域退出逆序执行
`Channel[T]`	`Channel[T](cap) -> (Sender, Receiver)`;`send(v) -> Result` `recv() -> Result`(§7.3)
`Task[T]`	`join() -> T`(panic 重抛);`join_or() -> Result[T, TaskPanic]`
`fmt`	`fmt(parts: Str, values...) -> String`(插值脱糖目标,§4.11;分配)

命名冲突裁决:Mutex.with(只读)与 with_mut(可变)成对——测试钉子 14 的 m.with(|var a| ...) 自 v0.4 起统一为 with_mut,with 仅只读。
本表是最小集而非封闭集;stdlib 其余模块(iter/net/fs/...)不属于前奏,需 use。

3.9 泛型(v0.6 修订:实例化/bound/嵌套语义)

语法 fn f[T, V](...) / struct Pair[A, B];方括号。
实现方式:单态化默认(静态分发,零成本);单态化爆炸由编译预算约束(§8.5),超限提示改 &Trait。
值参数为 comptime(定长数组维度等,§8.4);类型级 comptime 预留。
泛型参数无生命周期参与(内存安全由 GC/Send 体系保证,非生命周期)。

3.9.1 实例化(v0.6)

泛型 fn:调用点 TypeArgs 可显式可省略(v0.7 两段式;显式写法恒合法):
显式:render[Pixel](p)——按声明序对位绑定型参;数量错位报 E2020。
省略(推断):对每个型参,仅从实参类型统一解出(Go 式;不看返回值上下文、不看链式上下文);字面量实参按默认型别(0→I32、2.5→F64)。解出冲突 → E2061;型参未出现于任何实参位且有具体实参信息 → E2060(要求显式)。bound 核对在解出后进行。
v1 边界:仅 fn 调用(泛型 struct 字面量保持注解驱动,§3.9.1);不做部分推断(f[_](…) 预留)。
每个不同的实参型别组合产生一个特化(t_名__<实参码>,如 t_get__i_s);同组合多调用点共享一份特化;推断先于显式化,特化键与单态化机制不受影响。
泛型 struct:两路实例化——(a)注解驱动:var m: Map[I32, Str] = Map { ... }(注解型别钉实例);(b)泛型 fn 体内按签名实例化(体内 Map { ... } 字面量与签名同实例)。实例化实参当前限标量/Str(实例码字母表 I/S/B/L)。
嵌套泛型调用:泛型 fn 体内可调泛型 fn,型参实参经外层绑定解析:fn add[V: Eq](s: Set[V], v: V) { mem[V](s, v) } 中 mem[V] 随外层 V 特化。
递归特化必须诊断:泛型 fn 体内(直接或间接)调用自身同实例 → 编译期诊断"递归超限"(实现以预提升深度限表达;放宽需 seen 集,走 RFC)。

3.9.2 bound(v0.6)

语法:fn render[T: Show](v: T)、struct Pair[A: Show + Eq, B: Show + Eq];+ 连接多 bound。
检查点:显式 TypeArgs 调用点,逐型参核对;违反 = E2050(诊断携带实参型别名)。
满足谓词(结构化):Show/Eq 由"字段全为标量(I32/I64/Bool/Str)或可满足的值类型"的 struct 满足(递归,深度限 6);原语、枚举、类不满足。Eq 额外认可标量原生可等(顶层)。谓词与 .show()/.eq() 的派生能力面一致(§3.11)。
TPar 传递:调用点实参为外层型参名(无声明的名字)→ 放行,由实参处的外层 bound 负责;嵌套字段位不适用。
未知 bound 名(trait 体系落地前的预留)v0 不核对。

3.11.1 Box 别名共享语义(v0.6 新增)

赋值/传参/绑定共享堆 cell:let b = a(a 为 Box)复制的是句柄;b 与 a 指向同一堆单值。经任一别名 x.f = v(可变字段)的写对全部别名可见。
自动解引用贯通读写:p.x 读与 p.x = v 写均自动解引用;Box 值作为 fn 参数/返回传递句柄。
对照:struct 赋值为深拷贝(互不影响,§3.2);struct 内嵌 Box 字段的 struct 拷贝为浅共享(box 指针被复制)。
锚定:compiler/test/fx_boxalias.ct(别名共享/跨 fn 写/struct 拷贝对照)。

3.10 与测试集的对应

tests/03_values_refs.ct(值/引用/Box)、tests/04_generics_comptime.ct(泛型/数组退化)、tests/07_capabilities.ct(trait/prop/impl)、tests/03e_generics_types.ct(bound/derive,宿主↔自举一致)。

3.11 `@derive(Show, Eq)` 与结构化方法(v0.6 新增)

方法面:值类型接收者可调 .show() -> Str 与 .eq(other) -> Bool(恰一实参)。
派生口径 = 结构化:凡字段全为标量/Str/可派生值类型的 struct 即具备两方法;@derive(...) 注解 v0 为声明性(解析保留、不门控),语义由 bound(§3.9.2)核对承载。待 derive 插件体系(设计文档 §10)落地后收严为注解门控。
格式(规范性,双通道逐字一致):.show() 产出 名(字段=值,字段=值)——字段声明序、逗号分隔、字段=值;嵌套值类型递归同格式;标量按插值同型转换(§4.11)。.eq(other) 为逐字段相等(型别名相同且字段全等);实参须同静态型别。
能力边界:List/Atomic/枚举/类字段不可派生(两侧同界:解释与发射一致诊断)。
@derive(Json) 及其余插件派生:预留(§8.4/设计文档 §10)。