D語言

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D
编程范型: 多範型
面市時間: 1999
設計者: Walter Bright
最近釋出日期: 1.022 (穩定版)/ 2007年10月1日[1]
型態系統: 強型態,靜態
主要實作產品: DMD, GDC
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 Eiffel2007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。

目录

[编辑] 特性

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

[编辑] 程式設計範型

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。

[编辑] 指令式

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。

[编辑] 物件導向

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)。

[编辑] 元程式設計

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。

[编辑] 記憶體管理

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。

[编辑] 與其它系統的相互作用

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

[编辑] D 2.0

D 2.0,D 的分支版本包含實驗性特性,釋出於2007年1月17日。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。

[编辑] 實作

目前 D 實作直接編譯原生碼以高效執行。

儘管 D 仍處於開發階段,自 2007 年 1 月 的 1.0 版本,語言已不再定期的變更。目前的設計工作實質上已經停止,且新釋出版本的著重在解決現存的錯誤。版本 1.0 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在 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。

[编辑] 問題和爭議

[编辑] 運算子重載

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

[编辑] 低功的結構

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。

[编辑] 標準函式庫中缺乏功能

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。

[编辑] 缺乏明確的目標

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。

[编辑] 未完成對共享/動態函式庫的支援

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。

[编辑] 範例

[编辑] 範例 1

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。

[编辑] 範例 2

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.");
}

[编辑] 範例 3

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);
        }
}

[编辑] 範例 4

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 模板: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.");

[编辑] 參閱

[编辑] 參考資料

  1. ^ D 變更記錄,http://www.digitalmars.com/d/1.0/changelog.html

[编辑] 外部連結

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