D语言


D语言 (正體)

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D
多范型
面市時間
1999
设计者
Walter Bright
最近释出日期 1.022 (稳定版)/ 2007年10月1日[1]
强型态,静态
主要实作产品
DMD, GDC
启发语言
C, C++, C#, Java, Eiffel


D 语言是由 Digital Mars 公司的 Walter Bright 所开发的面向对象、指令式、多范型系统程式设计语言。D 语言起源自 C++,并受到 C++ 很大的影响,不过 D 语言并不是 C++ 的变种。D 语言对 C++ 的部分特性重新设计,并受到其它编程语言观念的影响,如 JavaC# 以及 Eiffel。2007年1月2日释出 1.0 稳定版本。实验性版本 2.0 释出于 2007年1月17日

Walter Bright 本身是 Symantec C++ 编译器的作者。

目录

特性

D 的设计来自实际的 C++ 用法的经验教训,而不是从理论的角度。尽管 D 用到很多 C/C++ 观念,D 同时也废除了某部分,因此 D 并不完全向后相容 C/C++ 源代码。D 加入了 C++ 的功能,也实作了契约式设计(design by contract)、单元测试、真正的模组性、自动化内存管理(垃圾回收)、第一类阵列(first class array)、关联阵列、动态阵列、阵列切片、嵌套函式(巢状函式)、内部类别、闭包的限制形式、匿名函式、编译时期函式执行、惰性计算以及革新的模板语法。D 保有 C++ 的性能以进行低阶程式设计,并加入完整的内联组译器支援。C++ 的多重继承改以 Java 单继承接口混合的风格取代。D 的宣告、语句和表达式语法几乎和 C++ 一样。

内联组译器(inline assembler)象征著 D 和 JavaC# 等应用编程语言的不同。内联组译器让程式员输入机器特定的组合语言码,如同标准 D 代码—通常由系统程式员使用的技术,以存取处理器的低阶功能,直接以硬件下的界面执行程式,如操作系统以及驱动程式

D 内建支援文件注解,不过目前为止,只有 Digital Mars 实作版本有提供文件产生器。

程式设计范型

D 支援三种主要的程式设计范型—指令式、面向对象以及元程式设计。

指令式

指令式程式设计几乎和 C 一样。函式、资料、语句、宣告以及表达式的运作就如同 C 一般,且可直接存取 C 执行时期程式库。

面向对象

在 D 里面的面向对象程式设计,是以单继承分层结构,配合所有类别衍伸自类别物件为基础。多重继承可使用界面(界面很像 C++ 的抽象类别)。

元程式设计

以模板组合、编译时期函式执行、多元组以及字串混合来支援元程式设计。

内存管理

内存通常以垃圾回收管理,不过当这些物件超出作用域时,可立即结束指定的物件。还是可以使用重载运算子 new 和 delete,以及简单的直接呼叫 C 的 malloc 和 free 以进行显示的内存管理。垃圾回收可禁用个别的物件或事件,以健全整个程式,如果在内存管理上有更多的控制,则更为理想。当垃圾回收在程式中有所不足时,手册还提供许多如何实作不同的高度最佳化内存管理方案的范例。

与其它系统的相互作用

支援 C应用程式二进制接口(ABI),以及 C 的基本和衍伸型态,就能直接存取现有的 C 代码以及程式库。C 的标准函式库也是 D 标准的一部分。除非你使用非常清楚的命名空间,它可以稍微散乱的存取,因为它散布遍及于 D 模组—不过纯粹的 D 标准函式库也通常够用,除非要与 C 代码接合。

并未完整支援 C++ 的 ABI,尽管 D 可以存取写给 C ABI 的 C++ 代码,且可存取 C++ COM(元件物件模型)代码。D 语法分析器了解外部(C++)呼叫约定,以连结 C++ 物件,不过它只实作在目前的实验性 D 2.0

D 2.0

D 2.0,D 的分支版本包含实验性特性,释出于2007年1月17日。其中一部分特性包括支援强制常数正确性(const-correctness),以及有限的支援连结以 C++ 编写的代码。

实作

目前 D 实作直接编译成原生码以高效执行。

尽管 D 仍处于开发阶段,自 2007 年 1 月 的 1.0 版本,语言已不再定期的变更。目前的设计工作实质上已经停止,且新释出版本的着重在解决现存的错误。版本 1.0 不完全相容旧版本的语言和编译器。官方编译器由 Walter Bright 定义语言本身。

  • DMD 编译器:Digital Mars D 编译器,由 Walter Bright 编写的官方 D 编译器。编译器前端的授权许可在 Artistic License 和 GNU GPL 两者;前端的源代码连同编译器执行码一起发布。编译器的后端则是私有的。
  • GDC:D 1.0 编译器,以 DMD 编译器前端,以及 GCC 后端所组成。

问题和争议

运算子重载

D 运算子重载在一定程度上不如 C++ 强大。简单的例子是 opIndex,它不允许返回参考。这使像是 obj[i] = 5; 的赋值不可能存在。D 的解决方法是 opIndexAssign 运算子,它只用于这种特殊情况。此外,C++ 返回参考的方法允许返回型态的重载赋值运算子的用法。这在目前的 D 还不可能做到。D 2.0 将会引入 opIndexLvalue 修正 - 类似运算子重载和 opIndexAssign

低功的结构

结构在 D 之中是一种朴素旧式资料的型态,不过也可像变量一样包含方法。这对有意轻量化的建构而言相当实用,如矩阵或向量,这些不需要完整的 D 类别功能(以及体积)。然而,D 结构没有建构子和解构子。建构子可用静态 opCall 运算子部分取代,不过它没有适合的解构子等价物。此外,结构不允许继承,这会是有益的设计,如诡异循环模板模式(curiously recurring template pattern)的使用。

标准函式库中缺乏功能

D 的标准函式库称作 Phobos,且时常被认为过分简单。tango 专案编写另一个标准函式库试图修正这一部分,不过 phobos 和 tango 目前由于不同的物件类别实作(导致垃圾回收困难)而互不相容。存在两种事实上的标准函式库可能导致更大的问题,部分软件使用 phobos,而其它软件使用 tango。

缺乏明确的目标

D 经常限于“修正并改进的 C++”。这会导致过分强调功能,这起因于加入新功能只是因为他们认为有用。举个例子,关联阵列可简单的以标准函式库实现。

未完成对共享/动态函式库的支援

Unix 的 ELF 共享函式库使用 GDC 编译器支援到某个程度。在 Windows 系统中,目前还不支援 DLL。因此现阶段不可能编写插件。不像 C++,经由 C 函式传送的 D 物件将不能运作,因为这将会与垃圾回收器产生冲突。

范例

范例 1

这个范例程式会输出它自己的命令列参数。main 函式是 D 程式的进入点,args 是表示为字串阵列的命令列参数。在 D 语言里的字串是一个字符阵列,以 char[] 表示。新版本中定义 stringchar[] 的别名,不过别名定义必须与旧版本相容。

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 语法可迭代所有的集合,在本例中,它从 args 阵列生成索引(i)和值(a)的序列。索引 i 和值 a 的型态会从 args 阵列的型态推断。

范例 2

本例使用关联阵列建立更复杂的数据结构。

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.");
}

范例 3

本例繁多的注解显示出 D 语言与 C++ 的不同之处,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);
        }
}

范例 4

本例显示出一部分 D 语言强大的编译时期特性。

/*
 * 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.");

参阅

  • 编程语言比较
  • Ddoc

参考资料

  1. ^ D 变更记录,http://www.digitalmars.com/d/1.0/changelog.html

外部链接

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