塊 (編程)

在電腦編程中，塊（block）或代碼塊是將原始碼組織在一起的詞法結構。塊構成自一個或多個聲明和陳述式。程式語言允許建立塊，包括嵌入其他塊之內的塊，就叫做塊結構程式語言。塊和子程式是結構化編程的基礎，結構化所強調的控制結構可以用塊來形成的。

在編程中塊的功能，是確使成組的陳述式被當作如同就是一個陳述式，限定在一個塊中聲明的對象如變數、過程和函數的詞法作用域，使得它們不衝突於在其他地方用到的同名者。在塊結構程式語言中，在塊外部的對象名字在塊內部是可見的，除非它們被聲明了相同名字的對象所遮掩。

歷史

塊結構的想法是在1950年代開發最初的Autocode期間發展出來的，並形式化於ALGOL 60報告中。ALGOL 58介入了「複合」（compound）陳述式的概念，它只與控制流程有關。在「ALGOL 60報告」中，介入了塊和作用域的概念。最終在「修訂報告」中，複合陳述式被定義為：包圍在陳述式括號begin和end之間的成序列的陳述式，形成一個複合陳述式。塊被定義為：成序列的聲明，跟隨着成序列的陳述式，並被包圍在begin和end之間，形成一個塊；所有聲明以這種方式出現在一個塊中，並只在這個塊中有效。塊與複合陳述式的主要差異是不能從塊外跳轉到塊內的標籤。

語法

塊在不同語言家族中使用不同的語法：

• ALGOL語言家族，ALGOL 60及其後繼者比如Simula，使用關鍵字begin和end來界定複合陳述式和塊。ALGOL 68成為了面向表達式程式語言，偏好使用與begin和end等價的圓括號(和)。
  • Pascal語言家族，在Pascal中塊就是程式、過程和函數的主體，它細分為六節，前五節中任何一個或多個都可以空無，在最後的陳述式部份使用begin和end來界定複合陳述式。
  • C語言家族，C承襲了BCPL，使用花括號{和}來界定複合陳述式或塊。
• Lisp語言家族，Lisp 1.5使用具有語法關鍵字prog的S-表達式表示塊，而Maclisp和Scheme使用let形式的S-表達式來表示塊，S-表達式是圓括號(和)包圍的字首表示法。
• Smalltalk語言家族，Smalltalk-80和Self使用方括號[和]來界定塊。

此外，複合陳述式界定還可以採用：

• 越位規則，源於ISWIM使用縮排表示塊結構，採用越位規則的語言有occam、Python和Nim等。

建立控制結構，除了將所控制的陳述式序列，包圍入複合陳述式或匿名塊之外，還可以採用其他語法機制：

• 在ALGOL 68中，條件和迭代陳述式，使用塊首保留字的反寫保留字來終止，比如：if ~ then ~ elif ~ then ~ else ~ fi，case ~ in ~ out ~ esac和for ~ while ~ do ~ od。繼承此風格的有：Dijkstra的守衛命令語言和Bourne的Bourne shell等。
• 一些結構化編程語言，如FORTRAN 77、Modula-2、Ada和Visual Basic等，對控制結構加結束關鍵字，比如：IF ~ THEN ~ ELSIF ~ THEN ~ ELSE ~ END。

限制

受ALGOL影響的一些語言支援塊，但有着各自的限制：

• C家族語言，在塊和複合陳述式之中不僅支援巢狀入複合陳述式，還支援嵌入帶有聲明的匿名塊，但不允許聲明巢狀函數。
• Pascal家族語言，在陳述式部份的複合陳述式之中，不允許存在帶有聲明的匿名塊，只支援複合陳述式，用來在if、while、repeat等控制陳述式內組合陳述式序列。

基本語意

塊的語意是雙重的。首先，它向編程者提供了建立任意大和複雜的結構，並把它當作一個單元的一種途徑。其次，它確使編程者能限制變數的作用域，有時可以限制已經被聲明了的其他對象的作用域。

在早期語言比如FORTRAN和BASIC中，沒有陳述式塊或控制結構。直到1978年標準化FORTRAN 77之前，都沒有「塊狀IF」陳述式，要實現按條件選擇，必須訴諸GOTO陳述式。例如下述FORTRAN代碼片段，從僱員工資中分別扣除超出正稅閾值部分的稅款，和超出附加稅閾值部分的附加稅款：

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 100
      PAYSTX = .TRUE.
      TAX = (WAGES - TAXTHR) * BASCRT
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 100
      PAYSST = .TRUE.
      SUPTAX = (WAGES - SUPTHR) * SUPRAT
  100 TAXED = WAGES - TAX - SUPTAX

由於程式的邏輯結構不反映在語言中，分析出給定陳述式在何時執行可能會有困難。

塊允許編程者把一組陳述式當作一個單元。例如，在與上述FORTRAN代碼相對應的Pascal代碼片段：

{ 语言：Jensen与Wirth版标准Pascal }
if wages > tax_threshold then
begin
    paystax := true;
    tax := (wages - tax_threshold) * tax_rate
    { 附加税处理代码不再嵌套在这里 }
end
else begin
    paystax := false;
    tax := 0
end;
if wages > supertax_threshold then
begin
    pays_supertax := true;
    supertax := (wages - supertax_threshold) * supertax_rate
end
else begin
    pays_supertax := false;
    supertax := 0
end;
taxed := wages - tax - supertax;

與上述FORTRAN代碼相比，上例中出現在初始化中的那些預設值，通過複合陳述式即不帶聲明的塊結構，被分別放置作出有關判斷的地方。此外，處理附加稅代碼不再嵌入到處理正稅代碼之中，去除了附加稅閾值要大於正稅閾值，才能處理附加稅的隱含條件。使用塊結構，能明晰編程者的意圖，使代碼的結構更加密切反映出編程者的思考；再憑藉某種風格的縮排增進可讀性，可使代碼更加容易理解和修改。

在早期語言中，在次常式中變數的作用域遍及整個次常式。假想在一個Fortran次常式中，完成了與管理者有關的任務，這裏可能用到叫做IEMPNO的一個整數變數，指示作為管理者的僱員的社會安全號碼（SSN）；後來在這個次常式的維護工作中，又增加與下屬們有關的任務，此時編程者可能不經意間使用同名變數IEMPNO，指示了作為這個管理者的下屬的僱員的SSN，這就會導致一個難於跟蹤的缺陷。

塊結構使得編程者能夠容易地將作用域控制到細微級別。例如完成有關僱員任務的Scheme代碼片段：

;; 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))))

這裏在外層通過繫結宏let將管理者的SSN繫結到了局部變數empno，在其形成的塊的作用域中列出管理者的僱員名字和他的下屬數目；隨後通過for-each高階函數，將他所有下屬的SSN逐個繫結到匿名函數lambda的形式參數empno上，執行此匿名函數列出這個下屬的名字和角色；這個形式參數的作用域是此匿名函數的主體，它與其外層的局部變數，識別碼重名但不相互影響。在實踐中，出於清晰性的考慮，編程者更可能選取明顯不同的變數名字，但是即使名字選取存在重複，也難以在不經意間介入一個缺陷。在基於S-表達式的語言中，經常見到大量的巢狀圓括號，故而其代碼必須採用良好的縮排。

提升

在一些語言中，變數可以聲明為有函數作用域即使它位於函數的內嵌塊之中。例如在JavaScript中，變數應當總是在使用之前被聲明，它曾經允許賦值到未聲明變數，會為此建立為未聲明的全域變數，這在strict模態下是個錯誤。以var聲明的變數有函數作用域，而非以let或const聲明的變數可從屬的塊作用域。以var聲明的變數會被提升（hoist），這意味着可以在這個函數的作用域內任何地方提及這個變數，即使還未觸及到它的聲明，從而可以將var聲明視為被提舉（lift）到它所在函數的頂部或全域作用域。但是如果在其聲明之前訪問了一個變數，這個變數的值總是未指定的。

參見

• 基本塊
• 作用域
• 控制流程
• 懸擺else
• 閉包 (電腦科學)