Go程序员为什么喜欢Ziglang

zouyee

2024-11-06

zig

在编程语言领域，Zig相对来说是新成员。Zig由Andrew Kelly创立，于2016年正式面世，Zig社区将其定位为“用于开发健壮、优化和可复用软件的通用编程语言”。

在这简单的描述中，蕴含着一些宏大的目标。例如，Zig被视为一个能够与C语言竞争的编程语言（Rust在Linux内核方向进展更快一些）。此外，Zig提供一整套编译工具链，可以替代现有C编译器（Rust可以使用cargo-zigbuild跨平台编译）。

作为一名Go开发者，我对Zig及其工具链的提议尤为感兴趣。在研究Zig时，发现这两种语言（Zig和Go）在某些方面有着共同的特性。在这篇博文中，将重点介绍作为Go程序员，对Zig感兴趣的一些特性。

Zig 与 Go

简洁性

两种语言都秉承简洁的设计哲学，以减少语言的干扰，使开发者更快上手并能够高效地完成开发任务。Zig中没有宏、预处理器或操作符重载等功能，避免了执行流程中的“魔法”。

Go通过运行时处理内存分配和释放。而Zig则坚持其“无隐藏控制流”的准则，没有自动内存管理，而是通过标准库提供内存管理API，让开发者管理内存。

强类型

作为一门系统编程语言，Zig围绕类型系统设计了许多功能，注重安全性和C ABI（应用二进制接口）兼容性。这里简要介绍一些有趣的特性：

有符号/无符号整数（预设大小从8位到128位）
任意大小的有符号/无符号整数（例如i7表示7位整数）
浮点数（精度从16位到128位）
切片和数组（例如 []u8{‘h’, ‘i’, ‘!’} 或 [4]i32{1, 2, 3, 4}）
以UTF-8编码的字符串字面量，存储为以空字符结尾的字节数组
具有丰富功能的结构体类型，可与C ABI兼容
具有隐式/显式序数值的枚举，并支持方法
可用于存储多种类型值的联合
支持使用向量并行操作
传统指针及多元素指针与切片表达式

错误处理

Zig中的错误处理机制非常有特色，融合了try-catch异常语义和Go的错误值模式。

首先，所有Zig错误都是必须分配和处理的值（否则会导致编译错误）。错误声明使用error关键字，如下所示：

1	const DigitError = error{ TooLarge, };

有趣的是，Zig错误值可以与普通类型的值结合，使用!运算符形成一个联合类型。下面的函数可以返回错误或u32类型的值：

fn addSingleDigits(a: u32, b: u32) !u32 {
    if (a > 9) return error.TooLarge;
    if (b > 9) return error.TooLarge;
    return a + b;
}

此外，Zig提供了类似Java等语言的catch关键字，用于错误处理：

pub fn main() void {
    const result = addSingleDigits(4, 5) catch |err| {
        std.debug.print("Error: {}\n", .{err});
        return;
    };
    std.debug.print("Result: {}\n", .{result});
}

Zig还支持通过try关键字将错误向上级调用传播。此外，还可以通过if-else-switch语句更精确地筛选和处理错误。

Zig测试

在Zig中，测试是语言的关键性能力，使用test关键字声明：

test "test that 1 + 1 equals 2" {
    const result = 1 + 1;
    assert(result == 2);
}

使用zig test命令运行源代码中的测试，在标准库中，测试大多跟源代码处于同一文件。

Zig运行

类似于go run，Zig提供了zig run命令，将编译和运行源代码的步骤结合：

1	zig run my_program.zig

Defer

Zig与Go一样，通过defer概念来管理退出堆栈，当作用域块结束时执行清理操作等。

const print = @import("std").debug.print;

fn addSingleDigits(a: u32, b: u32) !u32 {
    defer print("this is deferred!");
    
    if (a > 9) return error.TooLarge;
    if (b > 9) return error.TooLarge;

    return a + b;
}

Comptime

comptime是Zig的一项有趣特性。Zig没有单独的宏系统，而是通过comptime将其代码编写的灵活性扩展到编译阶段。

comptime允许在编译时进行如下操作：

在编译时解析变量和表达式
根据编译时值行为的函数
编译期间有选择性地执行comptime代码块
编译时执行的元编程

泛型

在 Zig 中，comptime 提供了对类型值的访问，可以像普通数据值一样存储和传递这些类型值。

这使得可以创建带有类型参数的函数，如下所示：

fn max(comptime T: type, a: T, b: T) T {
    return if (a > b) a else b;
}

test "max with different types" {
    const condition = false;
    const result = max(if (condition) f32 else u64, 1234, 5678);
    _ = result;
}

由于 comptime 类型值被视为普通类型，Zig 允许使用它们来构建泛型数据结构。例如，MakeList 使用 comptime 类型信息来返回一个编译时结构体：

const std = @import("std");

fn MakeList(comptime T: type, comptime size: usize) type {
    return struct {
        items: [size]T,
    };
}

pub fn main() void {
    var list = MakeList(i32, 3){
        .items = [3]i32{1, 2, 3},
    };
    std.debug.print("List {}\n", .{list});
}

在这个示例中，MakeList 函数使用 comptime 类型和大小参数，返回一个包含固定数量元素的结构体。

Zig 编译

Zig作为 C (交叉) 编译器

Zig 工具链包含完整的 C 编译器，因此可以使用 Zig 来替换当前的 C 编译器工具链。以下是 hello.c 的源代码文件：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv) {
    printf("Hello world\n");
    return 0;
}

使用以下命令，Zig 可以将该源代码编译成可执行的二进制文件：

1	zig build-exe hello.c --library c

Zig 和 C 交叉编译

Zig 让交叉编译（无论是 C 代码还是 Zig 代码亦或Rust）变得简单。无需繁琐的“自行准备交叉编译工具链”。Zig 提供所有必要的工具和库，确保您可以面向其支持的任何架构进行编译。

例如，Zig 可以将上述 C 源代码交叉编译成一个面向 Linux 的静态二进制文件（使用 musl 库）：

1	zig build-exe hello.c --library c -target x86_64-linux-musl

Zig 和 CGo 交叉编译

Zig 对 C 的交叉编译对在交叉编译启用了 CGo 的 Go 源代码时特别有用。例如， add.c 中的C 函数 add：

#include <stdint.h>

int32_t add(int32_t a, int32_t b) {
    return a + b;
}

我们可以在Go中调用它：

package main

/*
#include "add.c"
*/
import "C"
import (
    "fmt"
)

func main() {
    a, b := int32(3), int32(4)
    result := C.add(a, b)
    fmt.Printf("%d + %d = %d\n", a, b, result)
}

假设我们在 MacOS 上构建代码，可以使用命令 zig cc 来使用 Zig 的 C 编译器，将 C 代码交叉编译成目标文件并与 Go 的目标文件链接，以构建适用于 x86 架构 Linux 的静态二进制文件：

1	CGO_ENABLED=1 GOOS=linux CC="zig cc -target x86_64-linux-musl" go build .

要让这一步成功，您只需安装 Zig 工具链，无其他依赖项！

总结

这篇博客为您简单介绍了 Zig 的功能。Zig融合了简洁性、强大性、安全性和对 C 的兼容性，为开发者提供了一个令人兴奋的选择。无论您是为新项目寻找语言，还是像我一样想扩展编程技能，Zig 都是一个值得探索的创新选择。

译文链接

https://medium.com/@vladimirvivien/things-i-like-about-zig-as-a-go-programmer-75eb02aab00f