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作者丨Shalitha Suranga
讓客戶(hù)滿(mǎn)意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶(hù)的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶(hù)，將通過(guò)不懈努力成為客戶(hù)在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名注冊(cè)、虛擬主機(jī)、營(yíng)銷(xiāo)軟件、網(wǎng)站建設(shè)、乳山網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。
編譯丨諾亞
新語(yǔ)言的出現(xiàn)，真的能威脅到老牌語(yǔ)言嗎？或許，真的沒(méi)有永遠(yuǎn)的王者。就像最近春風(fēng)得意的Mojo，LLVM之父Chris Lattner稱(chēng)其不會(huì)威脅到 Python，但會(huì)讓C++等語(yǔ)言感到恐懼。
新語(yǔ)言層出不窮之時(shí)，舊語(yǔ)言的中年危機(jī)就會(huì)愈發(fā)凸顯。但像C++、C好似一直穩(wěn)坐釣魚(yú)臺(tái)，“一直被唱衰，但從未被打倒”。
但總會(huì)有新的挑戰(zhàn)者，比如Zig、Go躍躍欲試，試圖取代這個(gè)編程老祖。而且許多新語(yǔ)言的使用者也會(huì)幡然相信：C，或許真的需要進(jìn)化了！
本篇文章具體解釋了目前在所有C的替代品中，Zig為什么是最好的，以及Zig本身已經(jīng)有了可行的替代C的計(jì)劃，諸君不妨一探究竟。
1、C那么牛，為什么會(huì)有許多替代品？
誠(chéng)然，C傲視群雄的資本還是有目共睹的，畢竟這門(mén)編程老祖之所以如此霸氣，是因?yàn)樗敲總€(gè)現(xiàn)代軟件系統(tǒng)組件的創(chuàng)造者。開(kāi)發(fā)人員用C語(yǔ)言制作web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、框架、編程語(yǔ)言、云組件和許多軟件組件。盡管許多編程語(yǔ)言都說(shuō)它們可以“取代”C語(yǔ)言，但這是不可能的，因?yàn)檎麄€(gè)計(jì)算機(jī)歷史都是用C語(yǔ)言創(chuàng)造的。
但資格老的語(yǔ)言總是不太能跟上“現(xiàn)代開(kāi)發(fā)”的腳步。C++語(yǔ)言通過(guò)實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮母拍?、生產(chǎn)語(yǔ)言特性和通過(guò)保持C語(yǔ)言的性能優(yōu)先設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)API，為現(xiàn)代開(kāi)發(fā)人員改進(jìn)了C語(yǔ)言語(yǔ)法。也有一些C替代方案可以解決每個(gè)C開(kāi)發(fā)人員面臨的問(wèn)題。Zig、D、Go和Odin是流行的C語(yǔ)言替代品。
Zig展示了一個(gè)充滿(mǎn)希望的未來(lái)，有一個(gè)內(nèi)置的包管理器、一個(gè)構(gòu)建系統(tǒng)、類(lèi)似C但更好的語(yǔ)言語(yǔ)法、一個(gè)功能齊全的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和一個(gè)不斷增長(zhǎng)的社區(qū)。像Uber這樣的大企業(yè)也開(kāi)始使用Zig工具鏈進(jìn)行交叉編譯。此外，一些軟件公司開(kāi)始使用基于Zig的代碼存儲(chǔ)庫(kù)開(kāi)展業(yè)務(wù)。我將用這個(gè)故事解釋Zig如何成為C語(yǔ)言的最佳選擇。
2、為什么Zig只能替代C，而不是C++
系統(tǒng)編程通常指的是開(kāi)發(fā)更接近計(jì)算機(jī)硬件或操作系統(tǒng)層的東西。系統(tǒng)編程通常實(shí)現(xiàn)可以運(yùn)行其他軟件系統(tǒng)的軟件模塊。編寫(xiě)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序框架和嵌入式系統(tǒng)是系統(tǒng)編程的好例子。系統(tǒng)程序員主要有兩種語(yǔ)言類(lèi)型選擇:
- C 及其替代方案：使用小型的高性能語(yǔ)言，如傳統(tǒng)的 C、Go、Zig 或 Nim。
- C++及其替代方案：使用有點(diǎn)復(fù)雜、高性能的語(yǔ)言，如傳統(tǒng)的C++、Rust、Carbon 或 Cppfront。
Zig屬于第一種語(yǔ)言。它是一種小型的、類(lèi)似C語(yǔ)言的高性能語(yǔ)言，沒(méi)有專(zhuān)用的運(yùn)行時(shí)(沒(méi)有內(nèi)置的垃圾收集器)。Zig試圖通過(guò)解決C開(kāi)發(fā)人員面臨的問(wèn)題來(lái)成為“更好的C語(yǔ)言”，而Rust試圖成為“更好的C++”語(yǔ)言。
3、Zig 如何成為最好的 C 替代品？
C語(yǔ)言現(xiàn)在有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也有了幾個(gè)實(shí)現(xiàn)。例如，你可以在GNU/Linux系統(tǒng)上使用GNU C編譯器，在macOS上使用Apple Clang，在Windows上使用MSVC。C也有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，如libc、Microsoft C運(yùn)行庫(kù)、BSD libc、musl、Bionic等。
一個(gè)編譯器實(shí)現(xiàn)和一個(gè)基本的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是不足以高效地構(gòu)建軟件系統(tǒng)的——C程序員需要使用構(gòu)建系統(tǒng)、包管理器、測(cè)試運(yùn)行器等。對(duì)于這些工具，他們要么必須使用現(xiàn)有的第三方工具，要么編寫(xiě)自己的工具(如BuildZri構(gòu)建系統(tǒng))。
Zig提供了一個(gè)內(nèi)置的構(gòu)建系統(tǒng)、包管理器和測(cè)試運(yùn)行器。Zig通過(guò)為C開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常面臨的問(wèn)題提供解決方案來(lái)與C競(jìng)爭(zhēng)。例如，Zig的官方編譯器支持交叉編譯，并且內(nèi)置的測(cè)試運(yùn)行器可以執(zhí)行放在源代碼本身內(nèi)部的測(cè)試用例。Zig的語(yǔ)言設(shè)計(jì)傾向于通過(guò)維護(hù)類(lèi)似C的硬件友好設(shè)計(jì)來(lái)提供更高效的開(kāi)發(fā)人員友好特性。Zig是硬件友好的，但它是最小的、安全的、語(yǔ)法上類(lèi)似Rust的和現(xiàn)代的。因此，開(kāi)發(fā)人員可以比C更高效地使用它。
看看下面這些簡(jiǎn)單的Zig代碼片段，來(lái)理解Zig未來(lái)的、硬件友好的語(yǔ)言概念：
const std = @import("std");
pub fn main() void {
var nums = [_]u8{1, 2, 4, 5, 120};
var x: usize = 3;
var nums_seg = nums[1..x];
std.debug.print("{any}\n", .{nums_seg}); // { 2, 4 }
std.debug.print("{}\n", .{@TypeOf(nums_seg)}); // []u8 (slice)
}Zig不像C語(yǔ)言那樣使用預(yù)處理器或宏系統(tǒng)來(lái)處理導(dǎo)入——它使用類(lèi)似nodejs的模塊導(dǎo)入語(yǔ)法和內(nèi)置的@import函數(shù)。這里，我們使用u8基本類(lèi)型創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)符號(hào)字節(jié)大小的整數(shù)數(shù)組。然后，我們使用Zig切片概念從數(shù)組創(chuàng)建一個(gè)切片。正如你所看到的，Zig提供了一個(gè)類(lèi)似于C的硬件友好的原子類(lèi)型系統(tǒng)，但是它使用更好的標(biāo)準(zhǔn)化、自解釋的命名來(lái)改進(jìn)它們，而不像c中那樣使用char、short、long等。
C通常要求程序員自己保護(hù)他們的程序，但是Zig實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的內(nèi)存安全特性。嘗試將256添加到上面的字節(jié)數(shù)組。如果你用C語(yǔ)言做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，程序會(huì)靜默地存儲(chǔ)一個(gè)不正確的值。在Zig中，你會(huì)得到一個(gè)編譯錯(cuò)誤，因?yàn)?55是無(wú)符號(hào)字節(jié)類(lèi)型可以表示的最大值:
Zig 編譯器顯示的整數(shù)溢出檢查，作者的屏幕截圖
Zig的內(nèi)置測(cè)試運(yùn)行器和單元測(cè)試API允許你在源文件中編寫(xiě)測(cè)試:
const std = @import("std");
fn add(a: i8, b: i8) i8 {
return a + b;
}
test "add returns the summation" {
try std.testing.expectEqual(add(10, 5), 15);
}我從未在其他流行語(yǔ)言中見(jiàn)過(guò)像Zig這樣高效的C-互操作。大多數(shù)語(yǔ)言使用FFI(外部函數(shù)接口)來(lái)實(shí)現(xiàn)C-互操作，但是Zig允許你調(diào)用C，甚至不需要在Zig范圍內(nèi)定義C函數(shù)。當(dāng)你導(dǎo)入C頭文件時(shí)，它會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)類(lèi)型:
const std = @import("std");
const c = @cImport({
@cInclude("stdio.h");
});
pub fn main() void {
var a: u8 = 10;
var char_count = c.printf("a = %d\n", a); // a = 10
std.debug.print("{}\n", .{@TypeOf(char_count)}); // c_int
std.debug.print("{}\n", .{char_count}); // 7
}如上面的代碼片段所示，Zig允許你像調(diào)用本地Zig函數(shù)一樣調(diào)用C函數(shù)，但是使用自定義前綴(經(jīng)常使用C)。
Zig沒(méi)有提供一個(gè)內(nèi)置的字符串類(lèi)型，但是它允許你通過(guò)一個(gè)類(lèi)似C語(yǔ)言的、低級(jí)的、基于字符數(shù)組的字符串處理概念和有用的快捷方式來(lái)處理字符串：
std.debug.print("{s}\n", .{"Zig" ++ "Lang"}); // ZigLang (concatenation)
std.debug.print("{s}\n", .{"Zig" ** 5}); // ZigZigZigZigZig (repetition)
std.debug.print("{}\n", .{@TypeOf("string")}); // *const [6:0]u8 (a pointer to an unsigned byte array)Zig語(yǔ)言更接近硬件層，但它實(shí)現(xiàn)了各種快捷方式和現(xiàn)代語(yǔ)言概念(即，切片、內(nèi)置函數(shù)、循環(huán)簡(jiǎn)寫(xiě)等)，為系統(tǒng)編程提供了一種高效的語(yǔ)言。其功能齊全的模塊化標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)幫助Zig超越了系統(tǒng)編程。它為你提供了你在通用編程語(yǔ)言中尋求的控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本算法，這也非常適合系統(tǒng)編程。
Zig工具鏈的特性，如交叉編譯和構(gòu)建系統(tǒng)API，激勵(lì)程序員在現(xiàn)代系統(tǒng)編程中選擇Zig而不是C！對(duì)于現(xiàn)有的C代碼庫(kù)，Zig工具鏈提供了一個(gè)可替換的C/ C++編譯器和C互操作，因此程序員可以將傳統(tǒng)的C代碼庫(kù)增量地遷移到現(xiàn)代的Zig。
4、Zig語(yǔ)言和工具鏈的突出特點(diǎn)
我們討論了一些突出的Zig語(yǔ)言/工具鏈?zhǔn)聦?shí)，并了解了它如何以成為“更好的C”語(yǔ)言為目標(biāo)。許多Zig特性促使我們選擇它作為系統(tǒng)編程的C替代方案。
看看以下突出顯示的功能總結(jié):
- Zig提供的不僅僅是一種簡(jiǎn)單的語(yǔ)言——它是一個(gè)功能齊全的工具鏈，用于開(kāi)發(fā)、測(cè)試、構(gòu)建和發(fā)布系統(tǒng)編程項(xiàng)目
- 它的開(kāi)發(fā)人員友好的CLI可以立即支撐可執(zhí)行和共享庫(kù)項(xiàng)目。
- Zig允許您調(diào)用C，但它不依賴(lài)于C——libc是Zig二進(jìn)制文件的可選組件。
- Zig沒(méi)有專(zhuān)用的運(yùn)行時(shí)，因?yàn)樗鼪](méi)有自動(dòng)垃圾收集器——所以它可以生成快速、輕量級(jí)的二進(jìn)制文件。
- 盡管Zig通常是一種中級(jí)語(yǔ)言，但它提供了現(xiàn)代的通用特性，如異步編程語(yǔ)法、泛型和類(lèi)型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換(自動(dòng)和手動(dòng))。
- Zig工具鏈可以通過(guò)交叉編譯來(lái)編譯C/ C++，因此您可以在使用Zig語(yǔ)言之前使用它的C/ C++編譯器來(lái)構(gòu)建現(xiàn)有的C代碼庫(kù)。
- 一個(gè)編寫(xiě)良好的、模塊化的、功能齊全的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，包括跨平臺(tái)的操作系統(tǒng)級(jí)api，如Python。
- 它提供了生產(chǎn)力優(yōu)先的語(yǔ)言特性，而不會(huì)損害硬件友好的系統(tǒng)編程環(huán)境，例如，for-in循環(huán)、多個(gè)切換用例(切換范圍)、內(nèi)聯(lián)for、切換語(yǔ)句等。
- 它附帶了基于流行的C編程模式的基于枚舉的錯(cuò)誤處理方法，沒(méi)有復(fù)雜的、容易出錯(cuò)的異常概念。
- 它允許您通過(guò)分配器概念和defer關(guān)鍵字進(jìn)行手動(dòng)內(nèi)存管理。
5、具有長(zhǎng)期計(jì)劃的替代方案
到目前為止，我們已經(jīng)討論了如何通過(guò)語(yǔ)言和工具鏈特性使Zig成為更好的C替代方案。性能如何?它的性能比C好嗎?
所有沒(méi)有專(zhuān)用運(yùn)行時(shí)的語(yǔ)言，如C、C++、Rust和Zig，都會(huì)從用特定語(yǔ)言編寫(xiě)的每個(gè)源代碼生成原始匯編，因此系統(tǒng)編程語(yǔ)言的性能取決于二進(jìn)制文件中匯編代碼的質(zhì)量。系統(tǒng)編程語(yǔ)言的編譯器要么使用LLVM優(yōu)化，要么使用它們自己的成熟優(yōu)化，因此很難說(shuō)哪種語(yǔ)言更快——系統(tǒng)編程性能通常取決于程序員編寫(xiě)的算法。
然而，Zig官方文檔聲稱(chēng)，由于基于llvm的優(yōu)化和增強(qiáng)的未定義行為，Zig比C運(yùn)行得更快。此外，Zig還計(jì)劃通過(guò)移除作為依賴(lài)項(xiàng)的LLVM來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)Zig。Zig軟件基金會(huì)(ZSF)積極維護(hù)該項(xiàng)目，并接受來(lái)自社區(qū)的新設(shè)計(jì)建議。
Zig充滿(mǎn)希望的未來(lái)使它成為最好的C語(yǔ)言替代品，甚至促使C程序員將他們現(xiàn)有的代碼庫(kù)遷移到現(xiàn)代的Zig。
6、結(jié)語(yǔ)
在這個(gè)故事中，我們討論了Zig如何通過(guò)提供小型的、開(kāi)發(fā)人員友好的、硬件友好的、高效的、高性能的和安全的語(yǔ)言設(shè)計(jì)，成為“更好的C”語(yǔ)言。改進(jìn)的語(yǔ)言設(shè)計(jì)和工具鏈幫助Zig在使用C的用例中表現(xiàn)良好，例如構(gòu)建操作系統(tǒng)、庫(kù)、云計(jì)算模塊和框架。此外，其未來(lái)的語(yǔ)言功能甚至可以與流行的Go語(yǔ)言競(jìng)爭(zhēng)!
盡管Zig或任何其他未來(lái)的系統(tǒng)編程語(yǔ)言永遠(yuǎn)不會(huì)“取代”C/C++，但隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，Zig已經(jīng)成為有史以來(lái)最好的C語(yǔ)言替代品之一。
參考鏈接：
https://medium.com/gitconnected/the-best-c-alternative-is-zig-7236e775ae4f
名稱(chēng)欄目：Zig替代C，將成定局！
本文鏈接：http://www.dlmjj.cn/article/dpichee.html
