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Ryan Yin a6a5107be7 feat: the nix language

2023-08-27 14:26:09 +08:00

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Nix 语言入门

Nix 语言是 Nix 包管理器的基础，要想玩得转 NixOS 与 Nix Flakes，享受到它们带来的诸多好处，就必须学会这门语言。

Nix 是一门比较简单的函数式语言，在已有一定编程基础的情况下，过一遍这些语法用时应该在 2 个小时以内，本文假设你具有一定编程基础（也就是说写得不会很细）。

先把语法过一遍，有个大概的印象就行，后面需要用到时再根据右侧目录回来复习。

注：如下内容有选择地介绍了 Nix 语言的常用语法，仅适合新手快速入门，请阅读官方文档 Nix Language 了解 Nix 语言的完整语法！

基础数据类型一览

下面通过一个 attribute set （这类似 json 或者其他语言中的 map/dict）来简要说明所有基础数据类型：

{
  string = "hello";
  integer = 1;
  float = 3.141;
  bool = true;
  null = null;
  list = [ 1 "two" false ];
  attribute-set = {
    a = "hello";
    b = 2;
    c = 2.718;
    d = false;
  }; # comments are supported
}

以及一些基础操作符（普通的算术运算、布尔运算就跳过不介绍了）：

# 列表拼接
[ 1 2 3 ] ++ [ 4 5 6 ] # [ 1 2 3 4 5 6 ]

# 将 // 后面的 attribut set 中的内容，全部更新到 // 前面的 attribute set 中
{ a = 1; b = 2; } // { b = 3; c = 4; } # 结果为 { a = 1; b = 3; c = 4; }

# 逻辑隐含，等同于 !b1 || b2.
bool -> bool

let ... in ...

Nix 的 let ... in ... 语法被称作「let 表达式」或者「let 绑定」，它用于创建临时使用的局部变量：

let
  a = 1;
in
a + a  # 结果是 2

let 表达式中的变量只能在 in 之后的表达式中使用，理解成临时变量就行。

if...then...else...

if...then...else... 用于条件判断，它是一个有返回值的表达式，语法如下：

if 3 > 4 then "yes" else "no" # 结果为 "no"

也可以与 let...in... 一起使用：

let
  x = 3;
in
  if x > 4 then "yes" else "no" # 结果为 "no"

attribute set 说明

花括号 {} 用于创建 attribute set，也就是 key-value 对的集合，类似于 JSON 中的对象。

attribute set 默认不支持递归引用，如下内容会报错：

{
  a = 1;
  b = a + 1; # error: undefined variable 'a'
}

不过 Nix 提供了 rec 关键字（recursive attribute set），可用于创建递归引用的 attribute set：

rec {
  a = 1;
  b = a + 1; # ok
}

在递归引用的情况下，Nix 会按照声明的顺序进行求值，所以如果 a 在 b 之后声明，那么 b 会报错。

可以使用 . 操作符来访问 attribute set 的成员：

let
  a = {
    b = {
      c = 1;
    };
  };
in
a.b.c # 结果是 1

. 操作符也可直接用于赋值：

{ a.b.c = 1; }

此外 attribute set 还支持一个 has attribute 操作符，它可用于检测 attribute set 中是否包含某个属性，返回 bool 值：

let
  a = {
    b = {
      c = 1;
    };
  };
in
a?b  # 结果是 true，因为 a.b 这个属性确实存在

has attribute 操作符在 nixpkgs 库中常被用于检测处理 args?system 等参数，以 (args?system) 或 (! args?system) 的形式作为函数参数使用（叹号表示对 bool 值取反，是常见 bool 值运算符）。

with 语句

with 语句的语法如下：

with <attribute-set> ; <expression>

with 语句会将 <attribute-set> 中的所有成员添加到当前作用域中，这样在 <expression> 中就可以直接使用 <attribute-set> 中的成员了，简化 attribute set 的访问语法，比如：

let
  a = {
    x = 1;
    y = 2;
    z = 3;
  };
in
with a; [ x y z ]  # 结果是 [ 1 2 3 ], 等价于 [ a.x a.y a.z ]

继承 inherit ...

inherit 语句用于从 attribute set 中继承成员，同样是一个简化代码的语法糖，比如：

let
  x = 1;
  y = 2;
in
{
  inherit x y;
}  # 结果是 { x = 1; y = 2; }

inherit 还能直接从某个 attribute set 中继承成员，语法为 inherit (<attribute-set>) <member-name>;，比如：

let
  a = {
    x = 1;
    y = 2;
    z = 3;
  };
in
{
  inherit (a) x y;
}  # 结果是 { x = 1; y = 2; }

${ ... } 字符串插值

${ ... } 用于字符串插值，懂点编程的应该都很容易理解这个，比如：

let
  a = "1";
in
"the value of a is ${a}"  # 结果是 "the value of a is 1"

文件系统路径

Nix 中不带引号的字符串会被解析为文件系统路径，路径的语法与 Unix 系统相同。

搜索路径

请不要使用这个功能，它会导致不可预期的行为。

Nix 会在看到 <nixpkgs> 这类三角括号语法时，会在 NIX_PATH 环境变量中指定的路径中搜索该路径。

因为环境变量 NIX_PATH 是可变更的值，所以这个功能是不纯的，会导致不可预期的行为。

在这里做个介绍，只是为了让你在看到别人使用类似的语法时不至于抓瞎。

多行字符串

多行字符串的语法为 ''，比如：

''
  this is a
  multi-line
  string
''

多行字符串的转义

在单行字符串中，Nix 的转义语法与许多其他语言相同，" \ ${ 以及其他 \n \t 等特殊字符，都可直接使用 \ 进行转义，比如：

"this is a \"string\" \\"  # 结果是: this is a "string" \

但在多行字符串中，情况会有点特殊。Nix 规定在多行字符串中需要使用两个单引号 '' 来转义。

比如如下表示输出原始字符 ${a}，而不是字符串插值：

let
  a = "1";
in
''the value of a is:
  ''${a}
''  # 结果是 "the value of a is ''${a}"

其他 \n \t 等特殊字符的转义也类似，必须使用两个单引号来转义，如

''
  this is a
  multi-line
  string
  ''\n
''

如果我们希望在字符串中使用原始字符 ''，则需要再为它添加一个 '，比如：

let
  a = "1";
in
''the value of a is:
  '''${a}'''
''  # 结果是 "the value of a is ''1''"

函数

函数的声明语法为：

<arg1>:
  <body>

举几个常见的例子：

# 单参数函数
a: a + a

# 嵌套函数
a: b: a + b

# 双参数函数
{ a, b }: a + b

# 双参数函数，带默认值。问号后面的是参数的默认值
{ a ? 1, b ? 2 }: a + b

# 带有命名 attribute set 作为参数的函数，并且使用 ... 收集其他可选参数
# 命名 args 与 ... 可选参数通常被一起作为函数的参数定义使用
args@{ a, b, ... }: a + b + args.c
# 如下内容等价于上面的内容,
{ a, b, ... }@args: a + b + args.c

# 但是要注意命名参数仅绑定了输入的 attribute set，默认参数不在其中，举例
let
  f = { a ? 1, b ? 2, ... }@args: args;
in
  f {}  # 结果是 {}，说明默认参数不在 args 中

# 函数的调用方式就是把参数放在后面，比如下面的 2 就是前面这个函数的参数
a: a + a 2  # 结果是 4

# 还可以给函数命名，不过必须使用 let 表达式
let
  f = a: a + a;
in
  f 2  # 结果是 4

内置函数

Nix 内置了一些函数，可通过 builtins.<function-name> 来调用，比如：

builtins.add 1 2  # 结果是 3

详细的内置函数列表参见 Built-in Functions - Nix Reference Mannual

import 表达式

import 表达式以其他 Nix 文件的路径作为参数，返回该 Nix 文件的执行结果。

import 的参数如果为文件夹路径，那么会返回该文件夹下的 default.nix 文件的执行结果。

举个例子，首先创建一个 file.nix 文件：

$ echo "x: x + 1" > file.nix

然后使用 import 执行它：

import ./file.nix 1  # 结果是 2

pkgs.lib 函数包

除了 builtins 之外，Nix 的 nixpkgs 仓库还提供了一个名为 lib 的 attribute set，它包含了一些常用的函数，它通常被以如下的形式被使用：

let
  pkgs = import <nixpkgs> {};
in
pkgs.lib.strings.toUpper "search paths considered harmful"  # 结果是 "SEARCH PATHS CONSIDERED HARMFUL"

可以通过 Nixpkgs Library Functions - Nixpkgs Manual 查看 lib 函数包的详细内容。

不纯（Impurities）

Nix 语言本身是纯函数式的，是纯的，「纯」是指它就跟数学中的函数一样，同样的输入永远得到同样的输出。

Nix 有两种构建输入，一种是从文件系统路径等输入源中读取文件，另一种是将其他函数作为输入。

Nix 唯一的不纯之处在这里：从文件系统路径或者其他输入源中读取文件作为构建任务的输入，这些输入源参数可能没变化，但是文件内容或数据源的返回内容可能会变化，这就会导致输入相同，Nix 函数的输出却可能不同——函数变得不纯了。

Nix 中的搜索路径与 builtins.currentSystem 也是不纯的，但是这两个功能都不建议使用，所以这里略过了。

Fetchers

构建输入除了直接来自文件系统路径之外，还可以通过 Fetchers 来获取，Fetcher 是一种特殊的函数，它的输入是一个 attribute set，输出是 Nix Store 中的一个系统路径。

Nix 提供了四个内置的 Fetcher，分别是：

builtins.fetchurl：从 url 中下载文件
builtins.fetchTarball：从 url 中下载 tarball 文件
builtins.fetchGit：从 git 仓库中下载文件
builtins.fetchClosure：从 Nix Store 中获取 Derivation

举例：

builtins.fetchurl "https://github.com/NixOS/nix/archive/7c3ab5751568a0bc63430b33a5169c5e4784a0ff.tar.gz"
# result example => "/nix/store/7dhgs330clj36384akg86140fqkgh8zf-7c3ab5751568a0bc63430b33a5169c5e4784a0ff.tar.gz"

builtins.fetchTarball "https://github.com/NixOS/nix/archive/7c3ab5751568a0bc63430b33a5169c5e4784a0ff.tar.gz"
# result example(auto unzip the tarball) => "/nix/store/d59llm96vgis5fy231x6m7nrijs0ww36-source"

Derivations

官方 Nixpkgs 包仓库中的软件包已经能满足绝大部分用户的使用，在学习 NixOS 的前期不太需要深入了解 Derivation 的使用细节，有个印象就行。本书会在后面 Nix 软件打包入门中详细介绍相关内容，这里仅做简要介绍。

Derivation 描述了如何构建一个软件包，是一个软件包构建流程的 Nix 语言描述，它声明了构建时需要有哪些依赖项、需要什么构建工具链、要设置哪些环境变量、哪些构建参数、先干啥后干啥等等。

Derivation 的构建结果是一个 Store Object，其中包含了软件包的所有二进制程序、配置文件等等内容。 Store Object 的存放路径格式为 /nix/store/<hash>-<name>，其中 <hash> 是构建结果的 hash 值，<name> 是它的名字。路径 hash 值确保了每个构建结果都是唯一的，因此可以多版本共存，而且不会出现依赖冲突的问题。

/nix/store 是一个特殊的文件路径，它被称为 Store，存放所有的 Store Objects，这个路径被设置为只读，只有 Nix 本身才能修改这个路径下的内容，以保证系统的可复现性。

Derivation 实质上只是一个 attribute set，Nix 底层会使用内置函数 builtins.derivation 将这个 attribute set 构建为一个 Store Object。我们实际编写 Derivation 时，通常使用的是 stdenv.mkDerivation，它只前述内置函数 builtins.derivation 的 Nix 语言 wrapper，屏蔽了底层的细节，简化了用法。

一个简单的 Derivation 如下，它声明了一个名为 hello 的应用程序（摘抄自 nixpkgs/pkgs/hello）：

{ callPackage
, lib
, stdenv
, fetchurl
, nixos
, testers
, hello
}:

stdenv.mkDerivation (finalAttrs: {
  pname = "hello";
  version = "2.12.1";

  src = fetchurl {
    url = "mirror://gnu/hello/hello-${finalAttrs.version}.tar.gz";
    sha256 = "sha256-jZkUKv2SV28wsM18tCqNxoCZmLxdYH2Idh9RLibH2yA=";
  };

  doCheck = true;

  passthru.tests = {
    version = testers.testVersion { package = hello; };

    invariant-under-noXlibs =
      testers.testEqualDerivation
        "hello must not be rebuilt when environment.noXlibs is set."
        hello
        (nixos { environment.noXlibs = true; }).pkgs.hello;
  };

  passthru.tests.run = callPackage ./test.nix { hello = finalAttrs.finalPackage; };

  meta = with lib; {
    description = "A program that produces a familiar, friendly greeting";
    longDescription = ''
      GNU Hello is a program that prints "Hello, world!" when you run it.
      It is fully customizable.
    '';
    homepage = "https://www.gnu.org/software/hello/manual/";
    changelog = "https://git.savannah.gnu.org/cgit/hello.git/plain/NEWS?h=v${finalAttrs.version}";
    license = licenses.gpl3Plus;
    maintainers = [ maintainers.eelco ];
    platforms = platforms.all;
  };
})

参考

Nix language basics - nix.dev

13 KiB Raw Blame History Unescape Escape