第3课｜第一个Ada程序：Hello World深入解析

本课目标

完成本课后，你将能够：

完整理解Ada程序的结构与语法元素
掌握 with 子句的多种用法和作用域规则
正确使用Ada的标识符、保留字和注释规范
区分声明部分与执行部分的职能边界
编写符合工业标准的规范Ada代码

一、程序结构全景解析

1.1 Hello World的完整解剖

回顾上节课的代码：

ada 复制代码

with Ada.Text_IO;

procedure Hello is
   -- 声明部分（Declarative Part）
begin
   -- 执行部分（Executable Part）
   Ada.Text_IO.Put_Line ("Hello, Ada World!");
end Hello;

Ada程序的四大组成部分：

部分	关键字	作用	可否为空
上下文子句	`with` / `use`	引入外部依赖	可以
单元头	`procedure` / `function` / `package`	程序单元类型和名称	不可
声明部分	`is` 与 `begin` 之间	局部常量、变量、类型、子程序	可以
执行部分	`begin` 与 `end` 之间	实现具体逻辑	不可

1.2 最简单的合法程序

ada 复制代码

procedure Minimal is
begin
   null;  -- 空语句，表示"什么都不做"
end Minimal;

null 语句是Ada的占位符，用于语法上必须有语句但逻辑上无需操作的场景。

二、上下文子句深度解析

2.1 with 子句的本质

with 不是简单的"文件包含"，而是语义化的单元依赖声明：

ada 复制代码

with Ada.Text_IO;           -- 引入标准输入输出包
with Ada.Integer_Text_IO;   -- 引入整数输入输出包
with Ada.Float_Text_IO;     -- 引入浮点数输入输出包

与C语言 #include 的核心区别：

特性	C `#include`	Ada `with`
机制	文本替换	语义检查
重复引用	需用 `#ifndef` 防护	自动处理，无重复问题
依赖分析	预处理器处理	编译器原生支持，可精准追踪
信息隐藏	头文件暴露所有细节	规范（.ads）控制可见性

2.2 `use` 子句：简化访问

频繁使用 Ada.Text_IO.Put_Line 很冗长，可用 use ：

ada 复制代码

with Ada.Text_IO;
use Ada.Text_IO;  -- 将包的内容直接引入当前作用域

procedure Greetings is
begin
   Put_Line ("Hello!");      -- 无需前缀
   Put_Line ("Goodbye!");    -- 直接调用
end Greetings;

对比两种风格：

风格	代码	适用场景
全限定	`Ada.Text_IO.Put_Line (...)`	大型项目，避免命名冲突
use字句	`Put_Line (...)`	小型程序，提高可读性

工业建议 ：规范文件（.ads）中避免 use ，包体（.adb）中可酌情使用。

2.3 use type ：精确控制

只想引入某个类型的操作符，而非整个包：

ada 复制代码

with Ada.Calendar;
use type Ada.Calendar.Time;  -- 只引入Time类型的操作符

procedure Time_Example is
   T1, T2 : Ada.Calendar.Time;
begin
   if T1 < T2 then  -- 可直接使用<操作符
      ...
   end if;
end Time_Example;

三、标识符与保留字

3.1 标识符命名规则

ada 复制代码

-- 合法标识符
Hello_World
Get_Value
Temperature_2
HTTP_Request   -- 连续下划线非法！应为HTTP_Request或Http_Request

-- 非法标识符
2nd_Value      -- 数字开头
Get-Value      -- 连字符非法（这是减号）
Hello__World   -- 连续下划线非法
hello world    -- 空格非法

Ada标识符规则：

必须以字母开头
只能包含字母、数字、下划线
不能连续使用两个下划线
不能以数字开头
不区分大小写 （ Hello 与 HELLO 相同）

3.2 保留字（关键字）

Ada有73个保留字，不可用作标识符：

类别	保留字
声明	`procedure` , `function` , `package` , `type` , `subtype` , `constant`
控制	`if` , `then` , `else` , `elsif` , `case` , `when` , `loop` , `while` , `for` , `exit` , `return`
并发	`task` , `entry` , `accept` , `select` , `delay` , `abort`
异常	`exception` , `raise` , `begin` , `end`
其他	`is` , `in` , `out` , `access` , `new` , `null` , `others`

完整列表见Ada Reference Manual

3.3 命名规范（工业标准）

元素	规范	示例
包/过程/函数	PascalCase	`Ada.Text_IO` , `Get_Value`
变量/常量	Snake_Case	`current_temperature` , `Max_Size`
常量	大写或PascalCase	`PI` , `Buffer_Size`
类型/子类型	PascalCase	`Integer` , `Positive` , `My_Record`

四、注释与文档

4.1 单行注释

ada 复制代码

-- 这是单行注释，从--到行尾
X := 10;  -- 行尾注释，解释X的初始值

4.2 多行注释（Ada无原生支持）

Ada标准没有 /* */ 风格的多行注释，需每行加 -- ：

ada 复制代码

-- 这是第一段说明
-- 这是第二段说明
-- 这是第三段说明
X := 20;

历史原因：Ada设计于1980年，当时认为多行注释容易导致注释嵌套混乱，且不利于工具处理。

4.3 文档注释（AdaDoc风格）

ada 复制代码

-- 计算圆的面积
-- 参数：
--   Radius - 圆的半径，必须为正数
-- 返回：
--   圆的面积
function Circle_Area (Radius : Float) return Float is
begin
   return 3.14159 * Radius ** 2;
end Circle_Area;

五、声明部分详解

5.1 可以声明什么？

ada 复制代码

procedure Declarations is
   
   -- 1. 常量声明
   Pi : constant Float := 3.14159;
   
   -- 2. 变量声明
   Counter : Integer := 0;
   
   -- 3. 类型声明
   type Day is (Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun);
   
   -- 4. 子类型声明
   subtype Weekday is Day range Mon .. Fri;
   
   -- 5. 子程序声明（前向声明）
   procedure Helper (X : in out Integer);
   
   -- 6. 其他包的使用
   package My_IO renames Ada.Text_IO;
   
begin
   -- 执行部分可以使用上述所有声明
   Counter := Counter + 1;
   Helper (Counter);
end Declarations;

-- 子程序体必须在主单元之后或单独文件中
procedure Helper (X : in out Integer) is
begin
   X := X * 2;
end Helper;

5.2 声明的顺序规则

重要：Ada要求先声明后使用！

ada 复制代码

procedure Order_Matters is
   A : Integer := B;  -- ERROR! B尚未声明
   B : Integer := 10;
begin
   null;
end Order_Matters;

正确写法：

ada 复制代码

procedure Correct_Order is
   B : Integer := 10;  -- 先声明B
   A : Integer := B;   -- 再使用B，合法
begin
   null;
end Correct_Order;

六、执行部分详解

6.1 语句序列

begin 与 end 之间是语句序列，每条语句以分号结束：

ada 复制代码

procedure Statements is
begin
   -- 过程调用语句
   Ada.Text_IO.Put_Line ("First");
   
   -- 赋值语句
   X := 10;
   
   -- 控制语句
   if X > 5 then
      Ada.Text_IO.Put_Line ("Big");
   end if;
   
   -- 空语句（合法但无操作）
   null;
end Statements;

6.2 语句的终止

元素	是否需要分号	示例
语句	必须	`X := 10;`
声明	必须	`A : Integer;`
`end` 行	必须	`end Hello;`
`begin`	不需要	`begin`
`loop` , `if` , `then` 等	不需要	`if X > 5 then`

七、完整示例：温度转换器

ada 复制代码

-- 文件名: temperature_converter.adb
-- 功能：摄氏度与华氏度相互转换

with Ada.Text_IO;
with Ada.Float_Text_IO;

procedure Temperature_Converter is
   
   -- 常量声明
   Freezing_C : constant Float := 0.0;
   Freezing_F : constant Float := 32.0;
   Factor     : constant Float := 5.0 / 9.0;
   
   -- 变量声明
   Celsius    : Float;
   Fahrenheit : Float;
   
begin
   
   -- 摄氏度转华氏度
   Celsius := 100.0;
   Fahrenheit := Freezing_F + Celsius / Factor;
   
   Ada.Text_IO.Put ("Celsius: ");
   Ada.Float_Text_IO.Put (Celsius, Fore => 3, Aft => 1, Exp => 0);
   Ada.Text_IO.Put (" => Fahrenheit: ");
   Ada.Float_Text_IO.Put (Fahrenheit, Fore => 3, Aft => 1, Exp => 0);
   Ada.Text_IO.New_Line;
   
   -- 华氏度转摄氏度
   Fahrenheit := 212.0;
   Celsius := Factor * (Fahrenheit - Freezing_F);
   
   Ada.Text_IO.Put ("Fahrenheit: ");
   Ada.Float_Text_IO.Put (Fahrenheit, Fore => 3, Aft => 1, Exp => 0);
   Ada.Text_IO.Put (" => Celsius: ");
   Ada.Float_Text_IO.Put (Celsius, Fore => 3, Aft => 1, Exp => 0);
   Ada.Text_IO.New_Line;
   
end Temperature_Converter;

编译运行：

bash 复制代码

gnatmake temperature_converter.adb
./temperature_converter

输出：

text 复制代码

Celsius: 100.0 => Fahrenheit: 212.0
Fahrenheit: 212.0 => Celsius: 100.0

八、常见编译错误速查

错误信息	原因	解决
`missing ";"`	语句末尾缺少分号	添加 `;`
`incorrect use of "with"`	`with` 子句位置错误	移到最开头
`identifier cannot be use clause name`	`use` 后直接跟包名，缺少 `;`	`with P; use P;`
`declaration expected`	声明部分写了执行语句	移到 `begin` 后
`statement expected`	`begin` 后写了声明	移到 `is` 与 `begin` 之间

九、本课总结

Ada程序由上下文子句、单元头、声明部分、执行部分四部分组成
with 引入依赖， use 简化访问，规范中避免 use
标识符不区分大小写，不能连续下划线，不能以数字开头
注释只有 -- 单行形式，文档化注释需每行加 --
先声明后使用是铁律 ，声明在 is 与 begin 之间，执行语句在 begin 与 end 之间

十、课后练习

1.修正错误：以下代码有3处错误，找出并修正：

ada 复制代码

procedure Broken is
begin
   with Ada.Text_IO;
   Ada.Text_IO.Put_Line ("Test")
end broken;

2.规范命名：将以下不规范标识符改为Ada标准形式：

getValue → ?

2nd_item → ?

HTTP__Request → ?

3.扩展程序：修改温度转换器，增加开尔文温度转换（K = C + 273.15）。

4.代码风格：重写Hello World，使用 use Ada.Text_IO; ，对比可读性差异。

十一、下节预告

第4课｜程序结构与编译流程

我们将：

理解库单元、子单元、主程序的层级关系
掌握 gnatmake 的依赖分析原理
学习分离编译与分别编译的区别
构建第一个多文件Ada项目

关键术语表

上下文子句 ： with 和 use 子句的统称，用于管理单元依赖

声明部分 ： is 与 begin 之间的区域，用于定义局部实体

执行部分 ： begin 与 end 之间的区域，包含实际执行的语句

保留字：Ada语言预定义的关键字，不可用作标识符

前向声明：先声明子程序签名，稍后提供实现的机制

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第3课｜第一个Ada程序：Hello World深入解析

本课目标

一、程序结构全景解析

1.1 Hello World的完整解剖

1.2 最简单的合法程序

二、上下文子句深度解析

2.1 with 子句的本质

2.2 use 子句：简化访问

2.3 use type ：精确控制

三、标识符与保留字

3.1 标识符命名规则

3.2 保留字（关键字）

3.3 命名规范（工业标准）

四、注释与文档

4.1 单行注释

4.2 多行注释（Ada无原生支持）

4.3 文档注释（AdaDoc风格）

五、声明部分详解

5.1 可以声明什么？

5.2 声明的顺序规则

六、执行部分详解

6.1 语句序列

6.2 语句的终止

七、完整示例：温度转换器

八、常见编译错误速查

九、本课总结

十、课后练习

十一、下节预告

2.2 `use` 子句：简化访问