D語言

D語言
编程范型多范型函数式指令式面向对象
設計者Walter BrightAndrei Alexandrescu
发行时间2001年12月8日,​22年前​(2001-12-08[1]
当前版本
  • 2.108.0 (2024年4月1日;穩定版本)[2]
編輯維基數據鏈接
型態系統静态强类型
網站dlang.org 編輯維基數據鏈接
主要實作產品
DMDGDCLDC
啟發語言
CC++C#JavaEiffel

D語言是一种程式語言,具备多範型,例如物件導向指令式。由沃尔特·布莱特安德烈·亞歷山德雷斯庫所開發,起源自C++,深受C++的影響,然而其不是C++的变种,而是重新设计来自C++的部分特性,并受到其它程式語言觀念的影響,如JavaC#以及Eiffel。2007年1月2日釋出1.0穩定版本。2007年1月17日釋出2.0版本。

Walter Bright本身是Symantec C++編譯器的作者,另一名作者Andrei AlexandrescuFacebook的研究科学家,他与一个团队用D语言重写一些Facebook的重要操作。[3]

特性[编辑]

D的設計來自實際的C++用法的經驗教訓,而不是從理論的角度。D沿用了很多C/C++觀念,同時摒弃了一些概念,因此D並不完全相容C/C++代码。D实现了C++的功能,实现了契約式設計(design by contract)、單元測試、真正的模組性自動化記憶體管理(垃圾回收)、頭等数组(first class array)、关联数组动态数组数组切片嵌套函数(巢狀函式)、內部類別閉包的限制形式、匿名函式、編譯時期函式執行惰性計算以及革新的模板語法。D保有C++的性能以進行低階程式設計,並加入完整的內聯組譯器支援。C++的多重繼承改以Java 單繼承介面混合的風格取代。D的声明、語句和表達式語法英语Syntax (programming languages)幾乎和C++一樣。

內聯組譯器(inline assembler)象徵了D和JavaC#等應用程式語言的不同。內聯組譯器讓程式員輸入機器特定的組合語言碼,如同標準D代碼—通常由系統程式員使用的技術,以存取處理器的低階功能,直接以硬體下的界面執行程式,如作業系統以及驅動程式

D內建支援文件註解,不過目前為止,只有Digital Mars實作版本有提供文件產生器

程式設計範型[编辑]

D支援五種主要的程式設計泛型指令式物件導向以及元程式設計函数式并发演员模型)。

指令式[编辑]

指令式程式設計幾乎和C一樣。函式、資料、語句、宣告以及表達式的運作就如同C一般,且可直接存取C執行時期程式庫。

物件導向[编辑]

在D裡面的物件導向程式設計,是以單繼承分層結構,配合所有類別衍伸自類別物件為基礎。多重繼承可使用界面(界面很像C++的抽象類別)。

元程式設計[编辑]

以模板組合、編譯時期函式執行、多元組以及字串混合來支援元程式設計。

記憶體管理[编辑]

記憶體通常以垃圾回收管理,不過當這些物件超出作用域時,可立即結束指定的物件。還是可以使用重載運算子new和delete,以及簡單的直接呼叫C的malloc函数和free函数以進行顯示的記憶體管理。垃圾回收可禁用個別的物件或事件,以健全整個程式,如果在記憶體管理上有更多的控制,則更為理想。當垃圾回收在程式中有所不足時,手冊還提供許多如何實作不同的高度最佳化記憶體管理方案的範例。

與其它系統的相互作用[编辑]

支援C的應用程式二進制介面(ABI),以及C的基本和衍伸型態,就能直接存取現有的C代碼以及程式庫。C的標準函式庫也是D標準的一部分。除非你使用非常清楚的命名空間,它可以稍微散亂的存取,因為它散佈遍及於D模組—不過純粹的D標準函式庫也通常夠用,除非要與C代碼接合。

並未完整支援C++的ABI,儘管D可以存取寫給C ABI的C++代碼,且可存取C++COM(元件物件模型)代碼。D語法分析器了解外部(C++)呼叫約定,以連結C++物件,不過它只實作在D 2.0

D 2.0[编辑]

D 2.0,D 新一代版本,D2.0与D1.0是不兼容的,类似Python2和Python3的区别。目前D2已经稳定下来。其中一部分特性包括支援強制常數正確性(const-correctness),以及有限的支援連結以 C++ 編寫的代碼。

实现[编辑]

目前D直接編譯原生碼以高效執行。

D语言1.x版本已稳定,不再功能变更或扩展,2.0版本是其正式版本,不完全相容舊版本的語言和編譯器。官方編譯器由Walter Bright定義語言本身。

問題和爭議[编辑]

運算子重載[编辑]

D運算子重載在一定程度上不如C++強大。簡單的例子是opIndex,它不允許返回引用。這使像是obj[i] = 5;的賦值不可能存在。D的解決方法是opIndexAssign運算子,它只用於這種特殊情況。此外,C++返回參考的方法允許返回型態的重載賦值運算子的用法。這在目前的D還不可能做到。D 2.0將會引入opIndexLvalue修正 - 類似運算子重載和opIndexAssign

低功的結構[编辑]

結構在D之中是一種樸素舊式資料的型態,不過也可像變數一樣包含方法。這對有意輕量化的建構而言相當實用,如矩陣或向量,這些不需要完整的D類別功能(以及體積)。然而,D結構沒有建構子和解構子。建構子可用靜態opCall運算子部分取代,不過它沒有適合的解構子等價物。此外,結構不允許繼承,這會是有益的設計,如詭異循環模板模式(curiously recurring template pattern)的使用。

標準函式庫中缺乏功能[编辑]

D的標準函式庫稱作Phobos页面存档备份,存于互联网档案馆),且時常被認為過分簡單。tango页面存档备份,存于互联网档案馆)專案編寫另一個標準函式庫試圖修正這一部分,不過phobos和tango目前由於不同的物件類別實作(導致垃圾回收困難)而互不相容。存在兩種事實上的標準函式庫可能導致更大的問題,部分軟體使用phobos,而其它軟體使用tango。

缺乏明確的目標[编辑]

D經常限於「修正並改進的C++」。這會導致過分強調功能,這起因於加入新功能只是因為他們認為有用。舉個例子,關聯陣列可簡單的以標準函式庫實現。[原創研究?]

未完成對共享/動態函式庫的支援[编辑]

Unix的ELF共享函式庫使用GDC編譯器支援到某個程度。在Windows系統中,目前還不支援DLL。因此現階段不可能編寫插件。不像C++,經由C函式傳送的D物件將不能運作,因為這將會與垃圾回收器產生衝突。

範例[编辑]

範例1[编辑]

這個範例程式會輸出它自己的命令列參數。main函式是D程式的進入點,args是表示為字串陣列的命令列參數。在D語言裡的字串是一個字元陣列,以char[]表示。新版本中定義stringchar[]的別名,不過別名定義必須與舊版本相容。

import std.stdio;       // 以使用writefln() alias char[] string;    // 以相容舊的編譯器;新的編譯器中已隱含定義 int main(string[] args) {     foreach(i, a; args)         writefln("args[%d] = '%s'", i, a);     return 0; } 

foreach語法可迭代所有的集合,在本例中,它從args陣列生成索引(i)和值(a)的序列。索引i和值a的型態會從args陣列的型態推斷。

範例2[编辑]

本例使用關聯陣列建立更複雜的資料結構。

import std.stdio;       // 以使用writefln() alias char[] string;    // 以相容舊的編譯器;新的編譯器中已隱含定義  int main(string[] args) {     // 宣告以字串鍵和字串陣列作為資料的關聯陣列     string[] [string] container;      // 將人們加入到容器中,並讓他們攜帶一些項目     container["Anya"] ~= "scarf";     container["Dimitri"] ~= "tickets";     container["Anya"] ~= "puppy";      // 迭代容器中所有的人     //Iterate over all the persons in the container     foreach (string person, string[] items; container)         display_item_count(person, items);     return 0;//完成 }  void display_item_count(string person, string[] items) {     writefln(person, " is carrying ", items.length, " items."); } 

範例3[编辑]

本例繁多的註解顯示出D語言與C++ 的不同之處,以及仍然保留的方面。

#!/usr/bin/dmd -run /* 支援sh風格的script語法!*/ /* D語言的Hello World  * 進行編譯:  *   dmd hello.d  * 或進行最佳化:  *   dmd -O -inline -release hello.d  * 或產生文件:  *   dmd hello.d -D  */  import std.stdio;       // 參照常用的I/O例行工作。 alias char[] string;    // 以相容舊的編譯器;新的編譯器中已隱含定義  int main(string[] args) {     // 'writefln' (寫入-格式化-行,Write-Formatted-Line)即型態安全的「printf」     writefln("Hello World, "             // 自動連結的字串文字              "Reloaded");      // 字串即字元的動態陣列「char[]」,別名為「string」     // 自動的型態推斷,以及內建的foreach     foreach(argc, argv; args)     {         auto cl = new CmdLin(argc, argv);                       // 支援OOP 	writefln(cl.argnum, cl.suffix, " arg: %s", cl.argv);    // 使用者定義的類別屬性。  	delete cl; 	              // 垃圾回收或顯示的記憶體管理——由你自己選擇     }      // 巢狀結構、類別和函式     struct specs     {         // 所有的變數會在執行時期自動初始化為0         int count, allocated;  	// 不過你可選擇避開陣列的初始化         int[10000] bigarray = void;     }      specs argspecs(string[] args)     // 可選用的(內建)函式契約。     in     {         assert(args.length > 0);                   // 內建assert     }     out(result)     {         assert(result.count == CmdLin.total);         assert(result.allocated > 0);     }     body     {         specs* s = new specs;         // 不需要「->」         s.count = args.length;  // 「length」屬性是元素的數量。         s.allocated = typeof(args).sizeof; // 原生型態內建的屬性  	foreach(arg; args)  	    s.allocated += arg.length * typeof(arg[0]).sizeof;  	return *s;     }      // 內建字串和普通的字串操作,例如「~」是連結。     string argcmsg = "argc = %d";     string allocmsg = "allocated = %d";     writefln(argcmsg ~ ", " ~ allocmsg, 	    argspecs(args).count,argspecs(args).allocated);     return 0; }   /**  * 儲存單獨命令列參數  */ class CmdLin {     private     {         int _argc;         string _argv;         static uint _totalc;     }       public:         /**          * 物件的建構子。          * 參數:          *   argc = 參數的序列計數。          *   argv = 參數內文。          */         this(int argc, string argv)         {             _argc = argc + 1;             _argv = argv;             _totalc++;         }          ~this() // 物件的解構子         {             // 本例中不做任何事。         }          int argnum() // 屬性,可返回參數數目         {             return _argc;         }          string argv() // 屬性,可返回參數內文         {             return _argv;         }          wstring suffix() // 屬性,可返回序數後綴         {             wstring suffix; // 內建Unicode字串(UTF-8,UTF-16,UTF-32)             switch(_argc)             {                 case 1:                     suffix = "st";                     break;                 case 2:                     suffix = "nd";                     break;                 case 3:                     suffix = "rd";                     break;                 default:  // 'default' is mandatory with "-w" compile switch.                     suffix = "th";             }             return suffix;         }          /**           * 靜態屬性,如同在C++ 或Java中,           * 適用於類別物件,而不是實體。           * 返回:己加入的命令列參數總數。           */         static typeof(_totalc) total()         {             return _totalc;         }          // 類別不變量,任何方法在執行之後,這些必須為真。         invariant ()         {             assert(_argc > 0);             assert(_totalc >= _argc);         } } 

範例4[编辑]

本例顯示出一部分D語言強大的編譯時期特性。

/*  * D語言裡的模板比C++ 的要更加強大。  * 在此可以看到使用static if(D的編譯時期條件建構)簡單的建構出階乘模板。  */ template Factorial(ulong n) {     static if( n <= 1 )         const Factorial = 1;     else         const Factorial = n * Factorial!(n-1); }  /*  * 這裡有一個正規的函式,可完成同樣的計算。  * 注意它們有多麼的相似。  */ ulong factorial(ulong n) {     if( n <= 1 )         return 1;     else         return n * factorial(n-1); }  /*  * 終於,我們可以計算我們的階乘。注意,我們不需要去  * 明確的指定我們的常數的型態:編譯器有足夠的智能為  * 我們填充空白,因為它早已知道賦值中右手邊的型態。  */ const fact_7 = Factorial!(7);  /*  * 這是編譯時期函式評估的範例:普通函式可用於常數、  * 編譯時期表達式,假若它們滿足一定的條件。  */ const fact_9 = factorial(9);  /*在此我們可以看到多麼強大的D我們使用   * std.metastrings.Format模板完成型態安全的printf   * 資料格式化,並使用message pragma顯示計算結果。  */ import std.metastrings; pragma(msg, Format!("7! = %s", fact_7)); pragma(msg, Format!("9! = %s", fact_9));  /*  * 完成任務後,我們可以強制停止編譯。這樣的程式需是  * 從未實際編譯成可執行檔!  */ static assert(false, "My work here is done."); 

參考資料[编辑]

  1. ^ D Change Log to Nov 7 2005. D Programming Language 1.0. Digital Mars. [1 December 2011]. (原始内容存档于2019-03-11). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.108.0. [2024年4月2日]. 
  3. ^ Metz, Cade. The Next Big Programming Language You’ve Never Heard Of. Wired.com. 《连线》杂志. 2014年7月7日 [2014年7月27日]. (原始内容存档于2014年7月26日). Today, Alexandrescu is a research scientist at Facebook, where he and a team of coders are using D to refashion small parts of the company’s massive operation. 
  4. ^ Dlang关于LDC的wiki. [28 August 2012]. (原始内容存档于2013-08-24). 

外部連結[编辑]