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07 值表示简介

前面几章讲了类型怎么声明、怎么转换、谁拥有值。这一章从运行时角度看：一个 Kinglet 值在内存里到底是什么。新手不需要关心全部细节，但理解”哪些类型没有堆分配、哪些走堆”有助于判断性能和解释一些边界行为。完整细节见 Value Representation。

64 位统一表示

Kinglet 的运行时值统一用一个 64 位整数 kl_h 表示。所有类型的值—不管是 int、float、string 还是 struct—在运行时都是一个 kl_h。

区别在于这 64 位里装的是什么：有的是数据本身（内联），有的是指向堆内存的指针（堆句柄）。

哪些类型内联

以下类型的值直接编码在 kl_h 里，不发生堆分配：

  • int 及所有整数宽度（int32、uint16、byte 等）— 值就是数字本身，直接存
  • bool — 0 或 1
  • char — 字符的数值编码
  • float / float32 / double / float64 — 高 16 位打标记（0xFFFC），低 32 位是 IEEE 754 float32 位模式
  • enum（无 payload） — 高 16 位打标记（0xFFFD），编码类型索引和 variant 索引

内联类型的赋值是纯位拷贝，没有引用计数开销：

int a = 42;        // kl_h 就是 42，没有堆分配
float f = 3.14;     // kl_h = 0xFFFC | float32位模式
bool b = true;      // kl_h = 1

哪些类型走堆

以下类型的 kl_h 存的是堆指针（低 48 位是指针，高 16 位打堆标记 0xFFFE），数据本身在堆上：

  • string — 堆上的字符序列
  • T[]（动态数组） — 堆上的元素数组
  • \{K: V\}（map） — 堆上的键值表
  • struct — 堆上的字段数据，每个字段占一个 64 位槽位

堆对象通过引用计数管理生命周期。赋值时增加引用计数（retain），变量离开作用域时减少（release），计数归零时释放堆内存。

struct 的堆布局

struct 目前总是堆分配，即使字段全是标量：

struct Point {
  int32 x;
  int32 y;
}
// Point p = Point { 1i32, 2i32 };
// -> 一次堆分配，两个 64 位槽位（各 8 字节 = 16 字节数据区）
// 不是 C 语义下紧凑的 8 字节

每个字段占满一个 64 位槽位，不管声明宽度。字段读取时模拟窄宽度语义（截断/符号扩展），但存储宽度始终是 64 位。字段顺序按声明顺序，无重排优化。

这意味着：struct \{ int32 x; int32 y; \} 在当前实现中占 16 字节堆内存 + 8 字节 struct header，不是 8 字节栈值。未来计划让标量字段的 struct 走栈内联布局，但目前还未实现。

struct 赋值是引用计数共享

using io;
struct Point {
  int x;
  int y;
}
int main() {
  Point a = Point { 1, 2 };
  Point b = a;        // 共享同一份堆数据（retain）
  b.x = 99;           // 修改 b 也改了 a
  io::out("{} {}\n", a.x, b.x);   // 99 99
  return 0;
}

struct 赋值是引用计数共享（retain），不是深拷贝。无论 struct 有没有 @destroy，赋值时都是 retain 共享；区别只在于 resource type（有 @destroy 的 struct）的 checker 会把源变量标记为 transferred 禁止后续访问。详见 Ownership System。

Optional 的表示

T?（Optional）根据底层类型 T 的种类自动选择表示策略，用户不需要关心：

  • 标量 T?（int?、float?、char?）：用专用 null sentinel（0xFFFB 高 16 位标记）表示 null，和 0 值区分开。int? x = 0; 不是 null，int? x;（默认 null）才是 null。
  • string?：复用 string 的空值状态。
  • struct T?（如 Node?）：用堆指针，null = 空指针，有值 = 指向堆上 struct 的指针。这打破了 struct 自引用的无限大小问题（struct node \{ node? next; \} 合法）。

null sentinel

运行时有一个特殊的 64 位值 KL_NULL_SENTINEL（0xFFFB000000000000），用于表示 Optional 的 null 状态。它和普通整数值 0 不同，也和堆指针标记 0xFFFE 不同。

正常程序不会直接观察到 sentinel—definite assignment 规则（第 03 章）保证了未赋值的局部变量不会被读取，?: 和 field?（第 05 章）正确处理 Optional 的 null 路径。

小结

  • 所有值统一用 64 位 kl_h 表示。
  • int、bool、char、float、无 payload enum 内联在 kl_h 里，不堆分配。
  • string、T[]、\{K: V\}、struct 走堆，用引用计数管理生命周期。
  • struct 总是堆分配，每个字段占 64 位槽位；struct 赋值是引用计数共享，不是深拷贝。
  • Optional 按底层类型选表示策略：标量用 sentinel，struct 用堆指针。
  • 正常程序不会直接观察到 null sentinel。