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D语言相对C/C++的衍生功能和优势

2019-07-07 07:22:00

对于开发者而言，开发语言就是工具，中途换工具一般需要付出的成本。本文是一篇开发者自述，讲述了自己是如何从C/C++改投D语言门下，并介绍了D语言相对C/C++的衍生功能和优势。

作为开发人员，换开发语言其实是一件需要很高成本的事，本文主要讲讲我是怎么从C语言转投D语言的。

其实我的经历和许多系统程序员的故事差不多。曾经有一段时间，C是大多数程序员的首选语言。有一天，我意识到我的大多数C程序都在重新实现C++中的东西：动态数组、更好的字符串、多态类等等。所以我尝试使用C++，起初我很喜欢它。RAII、类、泛型等新的组件和概念让编程再次变得有趣起来。

我曾经想象过，如果我把所有关于C ++的书籍都看一遍，并掌握了模板元编程之类的东西，我说不定会成为系统编程的全能之神，我写的代码会让人大吃一惊。但事后看来，学习也可能最终会产生更多相反的效果: 我写出的代码实际上变得更糟。

总之全能之神当不上了，我很伤心。

我记得我读过Scott Meyer著名的《Effective C ++》，这本书其实更多讲的是指出低效率的C ++编程的问题，我发现自己写的大多数C++代码都对上了号。让我们面对现实吧：C可能很难用，但它确实足够“优雅”，而提到C++，你很难跟“优雅”搭上边。

很多前C ++程序员最终都用回了C。就我而言，我发现了D语言。其实D也不完美，但是我使用它因为它让我感觉更像是C++应该有的样子（C+=1）。比如以下面这个简单的C程序为例（一加一等于几？）：

#includeint main(){ printf("1 + 1 = %d!", 1 + 1); return 0;}

如果使用C++标准库，代码是这样的：

#include int main(){ std::cout << "1 + 1 = " << 1 + 1 << "!" << std::endl; return 0;}

如果使用D语言，代码是这样的：

import std.stdio;void main(){ writef("1 + 1 = %d!", 1 + 1);}

这个例子虽然浅显，但它体现出了C++和D之间背后理念的一些区别。

这篇关于C ++成员函数指针的文章也是对D的起源的一个很好的解释。如果你酷爱编程，这篇文章是一个很好的解读，但我的解读是：C++成员函数指针应该是感觉像是一个低级功能（就像普通函数指针一样），但其实现的复杂性和多样性说明它们真的很“高级”。

这些指针的实现过程很复杂，因为关于它们能做什么/不能做什么的规则是很微妙的。作者解释了几个C ++编译器的实现，包括优雅而简单的Digital Mars C ++实现，即DMC。DMC编译器是由Walter Bright编写的，他是“D语言”的发明者。

D具有C ++的类和模板以及其他核心功能，但设计者花费了大量时间思考C ++规范，以及如何让设计和编程变得更简单。Walter曾经说过，他在部署C ++模板的痛苦经历，让他考虑过根本不把该功能纳入D，后来他意识到，这个过程本来不需要那么复杂。

下面对D语言的功能和特点进行一番大概的介绍，其实可以把D视作一个“改进版”的C语言。介绍中时刻少不了和C/C++的对比。

-betterC开关

D编译器支持-betterC开关，该开关可以启用/禁用D运行时以及依赖于它的所有高级功能。上面的C代码可以直接转换为betterC：

import core.stdc.stdio;extern(C):int main(){ printf("1 + 1 = %d!", 1 + 1); return 0;}

$ dmd -betterC example.d$ ./example1 + 1 = 2!

生成的二进制文件看起来很像等效的C二进制文件。事实上，如果你在betterC中重写了一个C库，仍然可以链接到已经对C版本编译的代码，无需修改就可立即使用。

实际上，如果只是要在D语言中编写类似C的代码，并不需要-betterC开关。只有在没有D Runtime的特殊情况下才需要使用。

静态assert（）

这个功能允许开发者在编译时验证一些假设。

static assert（kNumInducers<16）;

系统代码通常对对齐或结构大小或其他事物做出假设。使用静态assert不仅可以记录这些假设，而且如果有人通过添加struct成员或其他东西来破坏假设，则会触发编译错误。

Slices

典型的C代码中存在大量的“指针/长度”参数对，一个常见bug就是二者的不同步。对于由指针和长度定义的一系列内存，Slice是一种简单且超级有用的抽象表示。现在不必使用这样的代码：

buffer_p += offset;buffer_len -= offset; // Got to update both

而可以用下边这种更不容易出bug的代码:

buffer = buffer[offset..$];

Slice 其实就是具备优秀语法功能的指针/长度对。

编译时间函数估计 (CTFE)

许多函数都可以用编译时间来评估。

long factorial(int n) pure{ assert (n >= 0 && n <= 20); long ret = 1; foreach (j; 2..n+1) ret *= j; return ret;}// Statically allocated array// Size is calculated at compile timePermutation[factorial(kNumThings)]permutation_table;

scope Guards

函数的一部分中的代码通常会在后续部分带上一段清理代码。一个常见的错误来源是未能正确匹配该代码，（尤其是涉及多个控制流路径时）。D的scope guards设定使得这个问题变得不再困难：

p = malloc(128);// free() will be called when thecurrent scope exitsscope (exit) free(p);// Put whatever if statements, or loops,or early returns you like here

你甚至可以在作用域中使用多个scope，或嵌套使用scope。清理代码将在需要时以正确的顺序被调用。

D语言还利用结构析构函数支持RAII。

常量和不可变量

有一个流行的说法是，C和C++中的const对编译器优化很有用。不过D的作者表示，每当他想到一个新的基于const的C++优化时，最终都发现它在实际代码中并不起作用。所以他对D的const语义做了一些修改，并添加了不可变量。可以在D const FAQ中阅读更多内容。

函数纯度

可以实施函数纯度功能。我之前写过关于pure关键字的一些好处。

@Safe

SafeD是D的一个部分，禁止使用指针类型转换和内联汇编等高风险语言功能。标记为@safe的代码由编译器强制执行，不使用这些功能，因此高风险代码可以仅限需要这些功能的应用程序的一小部分。

元编程

如前所述，元编程在一些C ++程序员中名声不好。但是D中的元编程具备一些没那么有趣的优点，程序员一般倾向于只在必要时才用，而不是一个有趣的谜题。

需要将枚举类型的名称作为数组？容易！

enum State{ stopped, starting, running, stopping,}string[] state_names =[__traits(allMembers, State)];