[C, C++, D] D как улучшенный C (перевод)

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
16-Июл-2020 22:39

Цитировать

Уолтер Брайт — «великодушный пожизненный диктатор» языка программирования D и основатель Digital Mars. За его плечами не один десяток лет опыта в разработке компиляторов и интерпретаторов для нескольких языков, в числе которых Zortech C++ — первый нативный компилятор C++. Он также создатель игры Empire, послужившей основным источником вдохновения для Sid Meier’s Civilization. Данная публикация — первая в серии статей о режиме Better C в языке D.
Язык D был с самого начала спроектирован так, чтобы легко и напрямую обращаться к C и, в меньшей степени, C++. Благодаря этому в нём доступны бесчисленные C-библиотеки, стандартная библиотека C и конечно же системные API, которые как правило построены на API языка C.
Но C — это не только библиотеки. На C написаны многие большие и неоценимо полезные программы, такие как операционная система Linux и значительная часть программ для неё. И хотя программы на D могут обращаться к библиотекам на C, обратное неверно. Программы на C не могут обращаться к коду на D. Невозможно (или по крайней мере очень сложно) скомпилировать несколько файлов на D и слинковать их в программу на C. Проблема в том, что скомпированные файлы на D могут обращаться к чему-то, что существует только в рантайме D, а добавлять его в линковку обычно оказывается непрактично (рантайм довольно объёмный).
Также код на языке D не может существовать в программе, если D не контролирует функцию main(), потому что именно так происходит запуск рантайма D. Поэтому библиотеки на D оказываются недоступны для программ на C, а программы-химеры (смесь C и D) становятся непрактичными. Нельзя взять и «просто попробовать» язык D, добавляя модули на D в существующие модули программы на C.
Так было до тех пор, пока не появился Better C.
Это всё уже было, идея не новая. Бьёрн Страуструп в 1988 году написал статью под названием A Better C. Его ранний компилятор C++ мог компилировать код на C почти без изменений, и можно было начать использовать возможности C++ тут и там, где это имело смысл — не жертвуя существующими наработками на C. Это была блестящая стратегия, обеспечившая ранний успех C++.
Более современный пример — Kotlin, в котором использовался другой подход. Синтаксически Kotlin не совместим с Java, однако он обеспечивает двустороннее взаимодействие с существующими Java-библиотеками, что позволяет постепенно мигрировать с Java на Kotlin. Kotlin — действительно «улучшенная Java», и его успех говорит за себя.
D как улучшенный C
D использует кардинально другой подход для создания улучшенного C. Это не надстройка над C, не надмножество С, и он не тащит за собой давние проблемы C (такие как препроцессор, переполнение массивов и т.д.). Решение D — это создание подмножества языка D, из которого убраны возможности, требующие инициализирующего кода и рантайма. И сводится оно к опции компилятору -betterC.
Остаётся ли урезанная версия D языком D? На это не так просто ответить, и на самом деле это лишь вопрос личных предпочтений. Основная часть языка остаётся на месте. Однозначно остаются все свойства, аналогичные C. В результате мы получаем язык, промежуточный между C и D.
Что убрано
Очевидно, что убран сборщик мусора, а вместе с ним — возможности, которые от него зависят. Память всё ещё можно выделять точно так же, как и в C: при помощи malloc или собственного аллокатора.
Классы C++ и COM всё ещё будут работать, но полиморфные классы D — нет, поскольку они полагаются на сборщик мусора.
Исключения, typeid, статические конструкторы и деструкторы модулей, RAII и юниттесты убраны. Но возможно, мы придумаем, как их вернуть.

На сегодняшний день в Better C уже стали доступны RAII и юниттесты. (прим. пер.)

Проверки assert изменены, чтобы использовать библиотеку C вместо рантайма D.
(Это неполный список, см. спецификацию Better C).
Что осталось
Гораздо более важно, что может предложить Better C по сравнению C?
Программистов на C в первую очередь могут заинтересовать безопасность доступа к памяти в виде проверок границ массивов, запрет на утечку указателей из области видимости и гарантированная инициализация локальных переменных. Далее следуют возможности, которые ожидаются от современного языка: модульность, перегрузка функций, конструкторы, методы, Юникод, вложенные функции, замыкания, выполнение функций на стадии компиляции (Compile Time Function Execution, CTFE), генератор документации, продвинутое метапрограммирование и проектирование через интроспекцию (Design by Introspection, DbI).
Генерируемый код
Возьмём следующую программу на С:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char** argv) {
printf("hello world\n");
return 0;
}

Она скомпилируется в:

_main:
push EAX
mov [ESP],offset FLAT:_DATA
call near ptr _printf
xor EAX,EAX
pop ECX
ret

Размер исполняемого файла — 23 068 байт.
Перенесём её на D:

import core.stdc.stdio;
extern (C) int main(int argc, char** argv) {
printf("hello world\n");
return 0;
}

Размер исполняемого файла тот же самый: 23 068 байт. Это неудивительно, потому что и компилятор C, и компилятор D генерируют один и тот же код, поскольку используют один и тот же генератор кода. (Эквивалентная программа на полноценном D занимала бы 194 Кб). Другими словами, вы ничего не платите за использование D вместо C при аналогичном коде.
Но Hello World — это слишком просто. Возьмём что-то посложнее: пресловутый бенчмарк на основе решета Эратосфена:

#include <stdio.h>
/* Eratosthenes Sieve prime number calculation. */
#define true 1
#define false 0
#define size 8190
#define sizepl 8191
char flags[sizepl];
int main() {
int i, prime, k, count, iter;
printf ("10 iterations\n");
for (iter = 1; iter <= 10; iter++) {
count = 0;
for (i = 0; i <= size; i++)
flags[i] = true;
for (i = 0; i <= size; i++) {
if (flags[i]) {
prime = i + i + 3;
k = i + prime;
while (k <= size) {
flags[k] = false;
k += prime;
}
count += 1;
}
}
}
printf ("\n%d primes", count);
return 0;
}

Перепишем на Better C:

import core.stdc.stdio;
extern (C):
__gshared bool[8191] flags;
int main() {
int count;
printf("10 iterations\n");
foreach (iter; 1 .. 11) {
count = 0;
flags[] = true;
foreach (i; 0 .. flags.length) {
if (flags[i]) {
const prime = i + i + 3;
auto k = i + prime;
while (k < flags.length) {
flags[k] = false;
k += prime;
}
count += 1;
}
}
}
printf("%d primes\n", count);
return 0;
}

Выглядит почти так же, но кое-что следует отметить:

Приписка extern(C) означает использование соглашения о вызове из языка C.
D обычно хранит статические данные в локальном хранилище потока (thread-local storage, TLS). C же хранит их в глобальном хранилище. Аналогичного поведения мы достигаем при помощи __gshared.
Инструкция foreach — более простой способ пройтись циклом по известному промежутку.
Использование const даёт знать читателю, что prime никогда не изменится после инициализации.
Типы iter, i, prime и k выводятся автоматически, уберегая от ошибок с непредвиденным приведением типов.
За количество элементов в flags отвечает flags.length, а не какая-то независимая переменная.

Последний пункт ведёт к скрытому, но очень важному преимуществу: при обращении к массиву flags происходит проверка его границ. Больше никаких ошибок из-за выхода за границы массива! И нам для этого даже не нужно было ничего делать.
И это только верхушка айсберга всех возможностей Better C, которые позволят вам улучшить выразительность, читабельность и безопасность ваших программ на C. К примеру, в D есть вложенные функции, и по моему опыту, они практически не оставляют мне поводов прибегать к запретной технике goto.
От себя лично могу сказать, что с тех пор, как появилась опция -betterC, я начал переводить на D многие мои старые, но всё ещё используемые программы — по одной функции за раз. Работая по одной функции и запуская набор тестов после каждого изменения я постоянно сохраняю программу в рабочем состоянии. Если что-то сломалось, мне нужно проверить только одну функцию, чтобы найти причину. Мне не очень интересно дальше поддерживать свои программы на C, и с появлением Better C для этого больше нет причин.
===========
Источник:
habr.com
===========
===========
Автор оригинала: Уолтер Брайт (Walter Bright)
===========Похожие новости:

Теги для поиска: #_c, #_c++, #_d, #_dlang, #_betterc, #_c, #_c++, #_d

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 14:16
Часовой пояс: UTC + 5