天行健 君子當自強而不息

譯者：uframer

什么是 D 語言?

D 是一種通用的系統(tǒng)和應(yīng)用編程語言。它是比 C++ 更高級的語言，同時還保持了生成高效代碼以及直接訪問操作系統(tǒng)API和硬件的能力。D 很適合于編寫從中等規(guī)模到那些由團隊合作完成、數(shù)百萬行代碼規(guī)模的各種程序。D 易于學(xué)習(xí)，為編程者提供了很多便利，并且適用各種野心勃勃的編譯器優(yōu)化技術(shù)。

D 不是腳本語言，也不是一種解釋型語言。它不需要虛擬機、宗教、或者高于一切的哲學(xué)。它是給實際的編程者使用的實際的語言，它幫助編程者快速、可靠的完成易于維護、易于理解的代碼。

D 是數(shù)十年來實現(xiàn)多種語言編譯器的經(jīng)驗的積累，是用那些語言構(gòu)造大型工程的嘗試的積累。D 從那些語言（主要是 C++ ）那里獲得了靈感，并將 使用經(jīng)驗和現(xiàn)實世界中的實用性來馴服它。

為什么是 D ？

確實，為什么？有誰需要另一種編程語言？

自從 C 語言被發(fā)明以來，軟件工業(yè)走過了一段很長的路。許多新的概念被加入了 C++ 中，但同時維護了同 C 的向后兼容性，包括兼容了原始設(shè)計中的所有的弱點。有很多修正這些弱點的嘗試，但是兼容性是最大的困擾。同時，C 和 C++ 都在不斷引入新的特性。這些新特性必須被小心的加入到現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，以免重寫舊的代碼。最終的結(jié)果十分復(fù)雜—— C 標準將近 500 頁，C++ 標準大概有 750 頁！C++ 實現(xiàn)起來既困難又代價高昂，造成的結(jié)果就是各種實現(xiàn)之間都有差別，因此很難寫出完全可以移植的 C++ 代碼。

C++ 程序員傾向于使用語言中的孤島來編程，也就是說，他們傾向于十分精通語言中的某個特性而避免使用其他特性。盡管代碼通常在編譯器之間是可移植的，但在程序員之間移植就不那么容易了。C++ 的一個長處是它支持很多根本上不同的編程風(fēng)格——但從長遠來看，互相重復(fù)和互相沖突的風(fēng)格會給開發(fā)帶來妨礙。

C++ 在標準庫而不是語言核心中實現(xiàn)了可改變大小的數(shù)組和字符串拼接等。不在語言核心中實現(xiàn)這些功能造成了幾種不太理想的結(jié)果。

是否能把 C++ 的能力釋放、重新設(shè)計并重鑄到一門簡單、正交并實用的語言中呢？ 這種語言是否能做到易于正確實現(xiàn)，并使編譯器有能力有效地生成高度優(yōu)化的代碼呢？

現(xiàn)代編譯器技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進步，有些原來用作原始編譯技術(shù)的補充的語言特性已經(jīng)可以被忽略了（一個這樣的例子是 C 語言中的‘register’關(guān)鍵字，一個更為微妙的例子是 C 中的宏預(yù)處理程序）。我們可以依賴現(xiàn)代編譯器的優(yōu)化技術(shù)而不是使用語言特性（如同原始的編譯器所做的那樣）來獲得可以接受的代碼質(zhì)量。

D的主要目標

* 通過加入已經(jīng)被證明的能夠提高生產(chǎn)力的特性、調(diào)整語言特性以避免常見但耗費精力的bug的出現(xiàn)，至少減少軟件開發(fā)成本10%。
* 是代碼易于在編譯器之間、在機器之間、在操作系統(tǒng)之間移植。
* 支持多種編程范式，也就是至少支持命令式、結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο蠛头缎途幊谭妒健?br> * 對于熟悉 C 或者 C++ 的人來說，學(xué)習(xí)曲線要短。
* 提供必要的低級訪問能力。
* 要使 D 的編譯器從根本上易于實現(xiàn)（相對于 C++ 來說）。
* 要同本機的 C 語言應(yīng)用程序二進制接口相兼容。
* 語法要做到上下文無關(guān)。
* 對編寫國際化的應(yīng)用程序提供便利的支持。
* 同時支持契約式編程和單元測試方法論。
* 能夠構(gòu)建輕量級的、獨立的程序。

從C/C++保留而來的特征

粗看上去 D 就像 C 和 C++ 。這樣一來學(xué)習(xí)以及將代碼移植到 D 就很容易。從 C/C++ 轉(zhuǎn)向 D 應(yīng)該很自然。程序員不必從頭學(xué)起。

使用 D 并不意味著程序員會如 Java 或者 Smalltalk 那樣被嚴格的限制在某一個運行時 vm （虛擬機）上。D 沒有虛擬機，編譯器直接生成可連接的目標文件。D 如同 C 那樣被直接連接到操作系統(tǒng)。通常那些你熟悉的工具如 make 同樣適用于 D 的開發(fā)。

* D 將很大程度上保留 C/C++ 的 觀感 。它將使用相同的代數(shù)語法，絕大多數(shù)的相同表達式和語句形式，以及總體的結(jié)構(gòu)。

* D 程序既可以采用 C 風(fēng)格的 函數(shù)和數(shù)據(jù) 范式，也可以采用 C++ 風(fēng)格的 面向?qū)ο?范式，或者它們兩者的混合。

* 編譯/鏈接/調(diào)試 的開發(fā)模型將會被繼承下來，但是把 D 編譯成為字節(jié)碼然后解釋執(zhí)行也不會有任何問題。

* 異常處理 越來越多的使用經(jīng)驗顯示，異常處理是比 C 傳統(tǒng)的“出錯代碼/全局errno變量”模型更為高級的錯誤處理模型。

* 運行時類型識別 C++ 部分地實現(xiàn)了這個功能，而 D 更進一步。對運行時類型識別的完全支持將使垃圾收集運行的更好，會使調(diào)試器的功能更強，會使對自動持久化的支持更好等等。

* D 維持了同 C 調(diào)用慣例 的兼容。這樣就能夠使 D 程序直接訪問操作系統(tǒng)的 API 。程序員有關(guān)現(xiàn)有 API 和編程范例的知識和經(jīng)驗可以繼續(xù)在使用 D 時使用而只需付出很少的努力。

* 運算符重載 D 支持對運算符的重載，這樣就可以用用戶定義的類型擴展由基本類型構(gòu)成的類型系統(tǒng)。

* 模板 模板是實現(xiàn)范型編程的一種手段。其他的手段包括使用宏或者采用協(xié)變數(shù)據(jù)類型。使用宏已經(jīng)過時了。協(xié)變類型很直接，但是低效且缺少類型檢查。C++ 模板的問題是它們太復(fù)雜，同語言的語法不和諧，還有各種各樣的類型轉(zhuǎn)換和重載規(guī)則，等等。D 提供了一種簡單得多的使用模板的方法。

* RAII（資源獲得即初始化） RAII 技術(shù)是編寫可靠軟件的重要方法之一。

* Down and dirty 編程 D 將保留 down-and-dirty 編程的能力，而不用采用別的語言編寫的外部模塊。在進行系統(tǒng)編程時，有時需要將一種指針轉(zhuǎn)換成另一種指針，或者使用匯編語言。D 的目標不是避免 down and dirty 編程，而是減少在進行普通程序設(shè)計時對它們的需要。

廢棄的特征

* 對 C 的源碼級兼容性。保留對 C 的源碼級兼容的擴展已經(jīng)有了（C++ 和 Objective-C）。在這方面的進一步工作受制于大量的遺留代碼，已經(jīng)很難對這些代碼進行什么重大的改進了。

* 對 C++ 的鏈接兼容性。C++ 的運行時對象模型太復(fù)雜了——如果要較好的支持它，基本上就是要求 D 編譯器變成一個完整的 C++ 編譯器了。

* C 預(yù)處理程序。宏處理是一種擴展語言的簡單方法，它可以給語言加入某些語言本不支持的（對于符號調(diào)試器不可見的）特征。條件編譯、使用 #include 分層的文本、宏、符號連接等，本質(zhì)上構(gòu)成了兩種難以區(qū)分兩種語言的融合體，而不是一種語言。更糟的是（或許是最好的），C 預(yù)處理程序是一種十分原始的宏語言。是停下來的時候了，看看預(yù)處理程序是用來做什么的，并將這些功能直接設(shè)計到語言內(nèi)部。

* 多重繼承。它是一種擁有飽受爭議的價值的復(fù)雜特征。它很難用一種高效的方式實現(xiàn)，而且在編譯器實現(xiàn)它時很容易出現(xiàn)各種 bug 。幾乎所有的 MI 的功能都能夠通過使用單根繼承加接口和聚集的方式實現(xiàn)。而那些只有 MI 才能支持的功能并不能彌補它帶來的副作用。

* 名字空間。當鏈接獨立開發(fā)的代碼時，可能會發(fā)生名字的沖突，名字空間就是解決這個問題的一種嘗試。模塊的概念更簡單并且工作得更好。

* 標記名字空間。這是 C 的一個糟糕的特征，結(jié)構(gòu)的標記名稱位于一個同其它符號不同的符號表中。C++ 試圖合并標記名字空間和正常的名字空間，但同時還要維持對遺留 C 代碼的向后兼容性。造成的結(jié)果是不可打印。

* 前 向聲明。C 編譯器在語義上只知道什么東西實在詞法上位于當前狀態(tài)之前的。C++ 進行了一點點擴展，類中的成員可以依賴于它之后聲明的類成員。D 更進一步，得到了一個合情合理的結(jié)論，前向聲明根本就沒有存在的必要。函數(shù)可以按照一種自然的順序定義，不用再像 C 那樣為了避免前向聲明而采用常用的從里到外的順序定義。

* 包含文件。造成編譯器運行緩慢的原因之一是編譯每個編譯單元時都需要重新解析數(shù)量巨大的頭文件。包含文件的工作應(yīng)該采用導(dǎo)入到符號表中的方式來完成。

* 在堆棧上創(chuàng)建對象實例。在 D 中，所有的類都通過引用來訪問。這樣就不需要復(fù)制構(gòu)造函數(shù)、賦值運算符、復(fù)雜的析構(gòu)語義以及同異常處理中的堆棧展開的相互作用。內(nèi)存資源由垃圾收集程序負責(zé)釋放，其他資源通過使用 D 的 RAII 特征釋放。

* 三字節(jié)碼和雙字節(jié)碼。Unicode 是未來。

* 預(yù)處理程序。現(xiàn)代語言不應(yīng)該需要文本處理，它們應(yīng)該只需要符號處理。

* 非 虛成員函數(shù)。在 C++ 中，由累得設(shè)計者決定一個函數(shù)是否應(yīng)該是虛函數(shù)。在子類中重寫一個函數(shù)而忘記在父類中將其更新為虛函數(shù)是一個常見的（并且非常難以發(fā)現(xiàn)的）編碼錯誤。將所 有成員函數(shù)設(shè)置為虛函數(shù)，并由編譯器來判斷函數(shù)是否被重寫、并由此將沒有被重寫的函數(shù)轉(zhuǎn)換為非虛函數(shù)的做法更為可靠。

* 任意長度的位字段。位字段是一種復(fù)雜、低效并且很少用到的特征。

* 支持16位計算機。D 從不考慮混合使用遠/近指針和其它所有用于聲稱好的16位代碼的機制。D 語言的設(shè)計假設(shè)目標機器至少擁有32位的平坦內(nèi)存空間。D 將能夠被毫無困難的移植到64位架構(gòu)上。

* 對編譯遍數(shù)的互相依賴。在 C++ 中，需要一個符號表和各種的預(yù)處理程序命令才能成功的解析一個源文件。這樣就使預(yù)解析 C++ 源碼變得不可能，并且使編寫代碼分析程序和語法制導(dǎo)的編輯器的過程十分難以正確實現(xiàn)。

* 編譯器的復(fù)雜性。通過降低實現(xiàn)的復(fù)雜度，這就更有可能出現(xiàn)多個正確的實現(xiàn)。

* ‘.’和‘->’之間的區(qū)別。這種區(qū)別其實很沒有必要。‘.’運算符完全可以起到‘->’所起的指針解引用的作用。

D 適合于？

* 經(jīng)常使用 lint 或者類似的代碼分析工具以期在編譯之前減少 bug 的程序員。

* 將編譯器的警告級別調(diào)到最高的人和那些告訴編譯器把警告作為錯誤的人。

* 不得不依靠編程風(fēng)格規(guī)范來避免常見的 C bug 的編程部門經(jīng)理們。

* 認定 C++ 面向?qū)ο缶幊趟手Z的功能由于 C++ 太復(fù)雜而不能達到的人。

* 沉溺于 C++ 強大的表達力但是被顯式內(nèi)存管理和查找指針 bug 折磨得精疲力盡的人。

* 需要內(nèi)建的測試和驗證機制的項目。

* 開發(fā)百萬行規(guī)模的程序的團隊。

* 認為語言應(yīng)當提供足夠的特征以避免顯式處理指針的程序員。

* 編寫數(shù)值運算程序的程序員。D 擁有眾多直接支持數(shù)值計算的特征，例如直接提供了復(fù)數(shù)類型和擁有確定行為的 NaN 和無窮大。（這些都被加進了最新的 C99 標準，但是沒有加進 C++ 中。）

* D 的詞法分析程序和解析程序完全互相獨立，并且獨立于語義分析程序。這意味著易于編寫簡單的工具來很好地處理 D 源碼而不用編寫一個完整的編譯器。這還意味著源碼可以以記號的形式傳遞個某個需要它的程序。

D 不適合于？

* 現(xiàn)實一點說，沒人會把上百萬行的 C 或 C++ 程序用 D 重新寫一遍，因為 D 不直接兼容 C/C++ 源代碼，D 并不適合于遺留程序。（但是，D 對遺留的 C API 提供了很好的支持。）

* 非常小的程序——腳本或解釋性語言如 Python、DMDScript 或者 Perl 更適合于這種情況。

* 作為第一門程序設(shè)計語言—— Basic 或者 Java 更適合于初學(xué)者。對于中級到高級的程序員來說，D 是他們優(yōu)秀的第二門語言。

* 語 言純粹主義者。D 是一門實用的語言，它的每個特征都是為這個目的服務(wù)的，D 并沒有想成為一門“完美”的語言。例如，D 擁有可以基本上避免在日常任務(wù)中使用指針的結(jié)構(gòu)和語義。但是 D 仍然支持指針，因為有時我們需要打破這條規(guī)則。類似地，D 保留了類型轉(zhuǎn)換，因為有時我們需要重寫類型系統(tǒng)。

D 的主要特征

本節(jié)列出了一些更有趣的 D 的特征。

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