块 (编程)

在计算机编程中，块（block）或译为程式区块、代码块，是将源代码组织在一起的词法结构。块构成自一个或多个声明和语句。编程语言允许创建块，包括嵌入其他块之内的块，就叫做块结构编程语言。块和子程序是结构化编程的基础，结构化所强调的控制结构可以用块来形成的。

在编程中块的功能，是确使成组的语句被当作如同就是一个语句，限定在一个块中声明的对象如变量、过程和函数的词法作用域，使得它们不冲突于在其他地方用到的同名者。在块结构编程语言中，在块外部的对象名字在块内部是可见的，除非它们被声明了相同名字的对象所屏蔽。

## 历史

块结构的想法是在1950年代开发最初的Autocode期间发展出来的，并形式化于ALGOL 60报告中。ALGOL 58介入了“复合”（compound）语句的概念，它只与控制流程有关。在“ALGOL 60报告”中，介入了块和作用域的概念。最终在“修订报告”中，复合语句被定义为：包围在语句括号`begin`和`end`之间的成序列的语句，形成一个复合语句。块被定义为：成序列的声明，跟随着成序列的语句，并被包围在`begin`和`end`之间，形成一个块；所有声明以这种方式出现在一个块中，并只在这个块中有效。块与复合语句的主要差异是不能从块外跳转到块内的标签。

## 语法

块在不同语言家族中使用不同的语法：

- ALGOL语言家族，ALGOL 60及其后继者比如Simula，使用语句括号`begin`和`end`来界定复合语句和块。
- ALGOL 68成为了面向表达式编程语言，偏好使用与`begin`和`end`等价的圆括号`(`和`)`。
- Pascal语言家族，在Pascal中块就是程序、过程和函数的主体，它细分为六节，前五节中任何一个或多个都可以空无，在最后的语句部分使用关键字`begin`和`end`来界定复合语句。
- C语言家族，C承袭了BCPL，使用花括号`{`和`}`来界定复合语句或块。
- Lisp语言家族，Lisp 1.5使用具有语法关键字`prog`的S-表达式表示块，而Maclisp和Scheme使用`let`形式的S-表达式来表示块，S-表达式是圆括号`(`和`)`包围的前缀表示法。
- Smalltalk语言家族，Smalltalk-80和Self使用方括号`[`和`]`来界定块。

此外，复合语句界定还可以采用：

- 越位规则，源于ISWIM使用缩进表示块结构，采用越位规则的语言有occam、Python和Nim等。

建立控制结构，除了将所控制的语句序列，包围入复合语句或匿名块之外，还可以采用其他语法机制：

- 在ALGOL 68中，条件和迭代语句，使用块首保留字的反写保留字来终止，比如：`<b>IF</b> ~ THEN ~ ELIF ~ THEN ~ ELSE ~ <b>FI</b>`和`FOR ~ FROM ~ TO ~ BY ~ WHILE ~ <b>DO</b> ~ <b>OD</b>`。继承此风格的有：Dijkstra的守卫命令语言和Bourne的Bourne shell等。
- 一些结构化编程语言，如FORTRAN 77、Modula-2、Ada和Visual Basic等，对控制结构加结束关键字，比如Modula-2中的：`IF … THEN … ELSIF … THEN … ELSE … END`和`FOR … TO … BY … DO … END`。

## 限制

受ALGOL影响的一些语言支持块，但有着各自的限制：

- C家族语言，在块和复合语句之中不仅支持嵌套入复合语句，还支持嵌入带有声明的匿名块，但不允许声明嵌套函数。
- Pascal家族语言，在语句部分的复合语句之中，不允许存在带有声明的匿名块，只支持复合语句，用来在`if`、`while`、`repeat`等控制语句内组合语句序列。

## 基本语义

块的语义是双重的。首先，它向编程者提供了建立任意大和复杂的结构，并把它当作一个单元的一种途径。其次，它确使编程者能限制变量的作用域，有时可以限制已经被声明了的其他对象的作用域。

在早期语言比如FORTRAN和BASIC中，没有语句块或控制结构。直到1978年标准化FORTRAN 77之前，都没有“块状`IF`”语句，要实现按条件选择，必须诉诸`GOTO`语句。例如下述FORTRAN代码片段，从雇员工资中分别扣除超出正税阈值部分的税款，和超出附加税阈值部分的附加税款：

```fortranfixed
C     语言：ANSI标准FORTRAN 66
C     初始化要计算的值
      PAYSTX = .FALSE.
      PAYSST = .FALSE.
      TAX = 0.0
      SUPTAX = 0.0
C     如果雇员挣钱小于等于正税阈值则跃过税款扣除
      IF (WAGES .LE. TAXTHR) GOTO 10
        PAYSTX = .TRUE.
        TAX = (WAGES - TAXTHR) * BASCRT
   10 CONTINUE
C     如果雇员挣钱小于等于附加税阈值则跃过附加税扣除
      IF (WAGES .LE. SUPTHR) GOTO 20
        PAYSST = .TRUE.
        SUPTAX = (WAGES - SUPTHR) * SUPRAT
   20 CONTINUE
      TAXED = WAGES - TAX - SUPTAX
```

程序的逻辑结构不反映在代码中，这里的初始化的值，是后面的有关逻辑判断为假时所应当设置的值。

块允许编程者把一组语句当作一个单元。例如，在与上述FORTRAN代码相对应的Pascal代码片段：

```pascal
{ 语言：Jensen与Wirth版标准Pascal }
if Wages > TaxThreshold then
begin
    PaysTax := true;
    Tax := (Wages - TaxThreshold) * TaxRate
end
else begin
    PaysTax := false;
    Tax := 0
end;
if Wages > SupertaxThreshold then
begin
    PaysSupertax := true;
    Supertax := (Wages - SupertaxThreshold) * SupertaxRate
end
else begin
    PaysSupertax := false;
    Supertax := 0
end;
Taxed := Wages - Tax - Supertax;
```

与上述FORTRAN代码相比，上例中出现在初始化中的那些缺省值，通过复合语句即不带声明的块结构，被分别放置作出有关逻辑判断的地方。使用块结构，能明晰编程者的意图，使代码的结构更加密切反映出编程者的思考；再凭借某种风格的缩进和驼峰式大小写增进可读性，可使代码更加容易理解和修改。

在早期语言中，在子例程中变量的作用域遍及整个子例程。假想在一个Fortran子例程中，完成了与管理者有关的任务，这里可能用到叫做`IEMPNO`的一个整数变量，指示作为管理者的雇员的社会安全号码（SSN）；后来在这个子例程的维护工作中，又增加与下属们有关的任务，此时编程者可能不经意间使用同名变量`IEMPNO`，指示了作为这个管理者的下属的雇员的SSN，这就会导致一个难于跟踪的缺陷。

块结构使得编程者能够容易地将作用域控制到细微级别。例如完成有关雇员任务的Scheme代码片段：

```scheme
;; 语言：R5RS标准Scheme
(let ((empno (ssn-of employee-name)))
  (when (is-manager? empno) ;; when已列入R7RS-small标准
    (let ((employee-list (underlings-of empno)))
      (display
        ;; format是SRFI-28和SRFI-48规定的字符串格式化过程
        (format "~a has ~a employees working under him:~%"
          employee-name (length employee-list)))
      (for-each
        (lambda (empno)
          (display
            (format "Name: ~a, role: ~a~%"
              (name-of empno) (role-of empno))))
        employee-list))))
```

这里在外层通过绑定宏`let`将管理者的SSN绑定到了局部变量`empno`，在其形成的块的作用域中列出管理者的雇员名字和他的下属数目；随后通过`for-each`高阶函数，将他所有下属的SSN逐个绑定到匿名函数`lambda`的形式参数`empno`上，执行此匿名函数列出这个下属的名字和角色；这个形式参数的作用域是此匿名函数的主体，它与其外层的局部变量，标识符重名但不相互影响。在实践中，出于清晰性的考虑，编程者更可能选取明显不同的变量名字，但是即使名字选取存在重复，也难以在不经意间介入一个缺陷。在基于S-表达式的语言中，经常见到大量的嵌套圆括号，故而其代码必须采用良好的缩进。

## 提升

在一些语言中，变量可以声明为有函数作用域即使它位于函数的内嵌块之中。例如在JavaScript中，变量应当总是在使用之前被声明，它曾经允许赋值到未声明变量，会为此建立为未声明的全局变量，这在`strict`模态下是个错误。以`var`声明的变量有函数作用域，而非以`let`或`const`声明的变量可从属的块作用域。以`var`声明的变量会被提升（hoist），这意味着可以在这个函数的作用域内任何地方提及这个变量，即使还未触及到它的声明，从而可以将`var`声明视为被提举（lift）到它所在函数的顶部或全局作用域。但是如果在其声明之前访问了一个变量，这个变量的值总是未指定的。