D語言

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D語言
编程范型 多範型
发行时间 1999
設計者 Walter Bright
最新发行时间

2.063 (2013年5月28日;10個月前 (2013-05-28) [1])

1.076 (2012年12月31日;14個月前 (2012-12-31)[2])
型態系統 強型態,靜態
主要實作產品 DMD, GDC, LDC
啟發語言 C, C++, C#, Java, Eiffel

D語言是由Digital Mars公司的Walter Bright所開發的物件導向指令式多範型系統程式設計語言。D語言起源自C++,並受到C++很大的影響,不過D語言並不是C++的變種。D語言對C++的部分特性重新設計,並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。實驗性版本2.0釋出於2007年1月17日。

Walter Bright本身是Symantec C++ 編譯器的作者。

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。儘管D用到很多C/C++觀念,D同時也廢除了某部分,因此D並不完全向後相容C/C++原始碼。D加入了C++的功能,也實作了契約式設計(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)、第一類陣列(first class array)、關聯陣列動態陣列陣列切片嵌套函式(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的宣告、語句和表達式語法幾乎和C++一樣。

內聯組譯器(inline assembler)象徵著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支援三種主要的程式設計範型—指令式、物件導向以及元程式設計。

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Cmalloc和free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,不過它只實作在目前的實驗性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。

實作[编辑]

目前D實作直接編譯原生碼以高效執行。

D目前已经在2.0版本下稳定下来,語言已不再定期的變更。目前的設計工作實質上已經停止,且新釋出的版本着重于解決現存的錯誤。版本2.0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。

  • DMD編譯器:Digital Mars D編譯器,由Walter Bright編寫的官方D編譯器。編譯器前端的授權許可为Artistic LicenseGNU GPL兩者;前端的原始碼連同編譯器執行碼一起發佈。編譯器的後端則是私有的。
  • GDC:D 1.0編譯器,以DMD編譯器前端,以及GCC後端所組成。
  • LDC:D 2.0編譯器,以DMD編譯器前端,以及LLVM後端所組成。LDC的官方版本已不支持D1.0,但其分支版本依然支持D1.0[3]

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,它不允許返回參考。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,且時常被認為過分簡單。tango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. ^ Changelog. D Programming Language 2.0. Digital Mars. [28 August 2013]. 
  2. ^ Changelog. D Programming Language 1.0. Digital Mars. [28 August 2013]. 
  3. ^ Dlang关于LDC的wiki. [28 August 2012]. 

外部連結[编辑]

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