D (язык программирования)
D | |
---|---|
Семантика | мультипарадигмальный: императивное, объектно-ориентированное, функциональное, контрактное[1], обобщённое программирование |
Класс языка | объектно-ориентированный, процедурный язык программирования, язык функционального программирования, язык обобщённого программирования[вд], язык параллельного программирования[вд], мультипарадигмальный, императивный, компилируемый язык программирования и язык программирования |
Тип исполнения | компилируемый |
Появился в | 2001 |
Автор | Уолтер Брайт, Андрей Александреску |
Разработчик | Уолтер Брайт и D Language Foundation[вд] |
Расширение файлов | .d , .dd , .di или .def |
Выпуск | |
Система типов | строгая, статическая, с выводом типов |
Основные реализации | Digital Mars D (эталонная реализация), LDC, GDC |
Испытал влияние | Си, C++, Python, Ruby, C#, Java, Eiffel, Mojo |
Повлиял на | MiniD, DScript, Vala, Qore, Swift, Genie |
Сайт | dlang.org |
Медиафайлы на Викискладе |
D (Ди) — мультипарадигмальный статически типизированный компилируемый язык программирования, созданный Уолтером Брайтом из компании Digital Mars. Начиная с 2006 года соавтором также является Андрей Александреску. D является потомком языка C++, но существенно доработан по сравнению с ним. Также он заимствует ряд концепций из языков программирования Python, Ruby, C#, Java, Eiffel.
D доступен для операционных систем Windows, Linux, macOS, FreeBSD. Ведётся работа по портированию на Android[3].
История
В предисловии к книге А. Александреску «Язык программирования D» Уолтер Брайт пишет, что начал разработку этого языка в 1999 году. Проект задумывался как реинжиниринг языка C++ с целью избавиться от наиболее существенных недостатков исходного языка и внедрить в него современные архитектурные решения. При создании языка D была сделана попытка соединить производительность компилируемых языков программирования с безопасностью и выразительностью динамических.
Первоначально автор предполагал назвать язык «Mars», но из-за преемственности по отношению к C++ в обсуждениях язык постоянно называли «D», в результате именно это название и закрепилось за проектом.
Стабильная версия компилятора 1.0 вышла 2 января 2007[4]. Вскоре после выхода компилятора 17 июня 2007 года автор перевёл версию 1 в режим поддержки и приступил к разработке версии 2.0, которая изначально не гарантировала обратной совместимости[5]. Эта версия (последняя на сегодняшний день мажорная версия D) развивается и по сей день.
Обзор языка
В языке D реализовано множество синтаксических средств и концепций, отсутствующих в C++: контрактное программирование, встроенные юнит-тесты, модули вместо заголовочных файлов (до C++ 20), поддержка сборки мусора (при сохранении доступности ручного управления памятью), встроенные ассоциативные массивы, замыкания, анонимные функции, значительно переработан механизм шаблонов.
Синтаксис
D относится к семейству C-подобных языков, в общих чертах его синтаксис похож на C/C++/C#, Java. При разработке языка соблюдается принцип: код, одинаково валидный и в C, и в D, должен вести себя одинаково.
«Hello, world!» на D:
import std.stdio;
void main()
{
writeln ("Hello, world!");
}
Так же, как в C, функция main()
является точкой входа.
Конструкции if
, for
, while
, do-while
выглядят и работают аналогично C/C++. Инструкция множественного выбора switch
выглядит аналогично C++, но допускает переменные в метках ветвей case
и требует, чтобы каждая ветвь case
завершалась break
или return
; для перехода на следующую ветвь после обработки текущей необходимо использовать специальную конструкцию goto case
. Также запрещены конструкции switch
без ветви default
.
Из дополнительных управляющих конструкций можно отметить static if
— инструкцию для условной компиляции (условие проверяется статически и в код включается содержимое той ветви, которая ему соответствует), оператор полного множественного выбора final switch
— в отличие от обычного switch
, он работает только со значениями enum
, а компилятор статически проверяет, что в выборе учтены все возможные варианты и выдаёт ошибку в противном случае. Также есть цикл по коллекции foreach
.
Модульность
В D встроена система разбиения программы на модули (пакеты), обеспечивающая раздельную компиляцию и контролируемый импорт-экспорт. Система пакетов напоминает принятую в Java или Go: пакеты образуют иерархическую структуру, естественно отображаемую на дерево файловой системы. В отличие от C++, в D нет глобального пространства имён, каждое имя определяется в каком-либо пакете. С помощью инструкции import
модуль программы может импортировать пакет, сделав доступными все имеющиеся в нём определения. Обращение к импортированным именам может выполняться с квалификацией: «имя_пакета.имя_объекта
».
Язык предусматривает ряд средств, направленных на обеспечение удобной работы с импортируемыми именами. Есть возможность переименования пакета при импорте, задания альтернативного имени (алиаса) импортируемого пакета, импорта конкретных имён. Кроме того, язык разрешает без каких-либо дополнительных инструкций использовать импортированные имена без квалификации именем пакета. Однако действует ограничение: если в области видимости есть более одного подходящего определения встреченного в программе имени, то компилятор выдаёт ошибку и требует, чтобы имя было явно квалифицировано. Это предотвращает так называемый «угон имён», когда при добавлении в списки импорта нового пакета компилятор начинает связывать некоторое имя в программе не с тем определением, с которым оно связывалось ранее.
Универсальный синтаксис вызова функций (UFCS)
В D реализован механизм UFCS (Uniform function call syntax), позволяющий вызывать функции для любого объекта так, как будто они являются его методами. Например:
import std.stdio;
import std.algorithm;
import std.array;
void main()
{
auto a = [2, 4, 1, 3];
// все три следующих варианта корректны и работают одинаково
writeln(a); // "классический" C-подобный вариант
a.writeln(); // функция вызывается так, как будто является методом объекта "a", хотя и не является таковой
a.writeln; // функцию без параметров можно вызывать без скобок
// это позволяет использовать цепочки вызовов, характерные для функциональных языков
int[] e = a.sort().reverse;
// многострочная цепочка вызовов также возможна
stdin
.byLine(KeepTerminator.yes)
.map!(a => a.idup)
.array
.sort;
}
Атрибуты функций
Функции в D могут быть определены с дополнительными необязательными атрибутами, которые позволяют явно указывать некоторые аспекты поведения этих функций. Например, функция, помеченная атрибутом pure, гарантированно является функционально чистой (с некоторыми оговорками)[6]. Функциональная чистота при этом проверяется на этапе компиляции. Пример объявления функции с атрибутом:
pure int sum (int first, int second)
{
return first + second;
}
int sum (int first, int second) pure // атрибуты можно указывать и после списка аргументов
{
return first + second;
}
Примеры атрибутов функций:
- pure — функциональная чистота
- @safe — гарантия безопасной работы с памятью
- nothrow — функция гарантированно не генерирует исключений
- @nogc — гарантия того, что функция не содержит операций, выделяющих память на сборщике мусора
- @property — атрибут метода класса, позволяющий избежать использования «наивных» геттеров-сеттеров
Параллельные вычисления
В язык встроен механизм запуска параллельных подпроцессов с помощью встроенной функции spawn()
и обмена данными между параллельно исполняемыми фрагментами кода путём передачи сообщений (функции send()
и receive()
/ receiveTimeout()
). Использование обмена сообщениями считается авторами D предпочтительнее обмена данными через общую память.
Тем не менее, в случаях, когда это необходимо (например, при передаче между сопрограммами больших объёмов данных) имеется возможность применять традиционный для императивных языков подход с разделяемыми областями памяти и синхронизацией доступа через семафоры и мьютексы. Для поддержки такого обмена:
- c помощью модификатора
shared
могут объявляться данные, разделяемые между потоками, при этом на уровне компилятора блокируются попытки работать с этими данными не-атомарными операциями; - библиотека языка предоставляет стандартные синхронизационные примитивы;
- библиотека языка предоставляет специальные блокировочные классы, которые используются для контекстной блокировки: объявление экземпляра такого класса в методе синхронизирует код от данной точки до конца метода;
- с помощью модификатора synchronized можно объявить целый класс синхронизированным: все методы этого класса компилятор автоматически синхронизирует, так что никакие два из них не могут выполняться параллельно для одного и того же экземпляра класса, объявленного как shared.
Для всех встроенных средств синхронизации компилятор автоматически отслеживает и запрещает попытки изменять внутри синхронизируемого кода неразделяемые данные, доступные более чем одному потоку.
Встроенные юнит-тесты
В D юнит-тесты являются частью языка, их можно использовать без подключения дополнительных библиотек или фреймворков.
import std.stdio;
int first (int[] arr) {
return arr[0];
}
unittest {
int[] arr1 = [1, 2, 3];
int[] arr2 = [10, 15, 20];
assert(first(arr1) == 1);
assert(first(arr2) == 10);
}
void main() {
// ...
}
Парадигмы программирования
D реализует пять основных парадигм программирования — императивное, ООП, метапрограммирование, функциональное программирование и параллельные вычисления (модель акторов).
Управление памятью
D использует сборщик мусора для управления памятью, однако возможно и ручное управление с помощью перегрузки операторов new
и delete
, а также с помощью malloc и free, аналогично C. Сборщик мусора можно включать и выключать вручную, можно добавлять и удалять области памяти из его видимости, принудительно запускать частичный или полный процесс сборки. Существует подробное руководство, описывающее различные схемы управления памятью в D для тех случаев, когда стандартный сборщик мусора неприменим.
SafeD
SafeD — название подмножества языка D, использование которого гарантирует безопасность доступа к памяти.
Типы данных
Язык имеет богатый набор определённых типов данных и средств для определения новых типов. Типы в языке D разделяются на типы-значения и типы-ссылки.
Базовые типы
Набор базовых типов можно разделить на следующие категории[7]:
void
— специальный тип для пустых значенийbool
— логический тип- целочисленные типы: знаковые
byte
,short
,int
,long
и соответствующие им беззнаковыеubyte
,ushort
,uint
,ulong
- типы для чисел с плавающей точкой:
float
,double
,real
. Для типов с плавающей точкой есть соответствующие им варианты для мнимых и комплексных чисел:- мнимые:
ifloat
,idouble
,ireal
- комплексные:
сfloat
,сdouble
,сreal
- мнимые:
- знаковые (символьные) типы:
char
,wchar
,dchar
, обозначающие кодовые единицы кодировок UTF-8, UTF-16 и UTF-32 соответственно.
В отличие от C++ все размеры целочисленных типов определены спецификацией. То есть, тип int будет всегда размером 32 бита. Целочисленные литералы можно записывать в десятичной, двоичной (с префиксом 0b) и шестнадцатеричной (с префиксом 0x) системе счисления. Способ записи литералов в восьмеричной системе в стиле C (то есть с префиксом 0) был убран, так как такую запись легко спутать с десятичной. Если всё-таки нужно использовать восьмеричную систему, можно воспользоваться шаблоном std.conv.octal.
Производные типы
pointer
— указательarray
— массивassociative array
— ассоциативный массивfunction
— функцияdelegate
— делегатstring
,wstring
,dstring
— удобные псевдонимы для неизменяемых массивов знаковых (символьных) типовimmutable(char)[]
,immutable(wchar)[]
иimmutable(dchar)[]
, обозначающие неизменяемые (квалификатор immutable) строки Юникода в одной из кодировок UTF-8, UTF-16 и UTF-32 соответственно.
Пользовательские типы
alias
— псевдонимenum
— перечислениеstruct
— структураunion
— объединениеclass
— класс
Вывод типов, ключевые слова «auto», «typeof» и безымянные («Voldemort») типы
В D реализован механизм вывода типов. Это значит, что тип, как правило, может быть вычислен на этапе компиляции и его не обязательно указывать явно. Например, выражение: auto myVar = 10
на этапе компиляции будет преобразовано в int myVar = 10
. Использование вывода типов дает несколько преимуществ:
- Более лаконичный и читаемый код, особенно если в нём используются длинные имена структур или классов. Например, выражение
VeryLongTypeName var = VeryLongTypeName(/* ... */);
может быть заменено на
auto var = VeryLongTypeName(/* ... */);
- с помощью ключевого слова typeof можно создать переменную такого же типа, как у существующей переменной, даже если её тип неизвестен. Пример:
// file1.d
int var1;
// file2.d
typeof(var1) var2; // var2 получает тип int
- использование безымянных типов. Пример:
// Функция фактически возвращает результат типа TheUnnameable, но, поскольку этот тип определен внутри функции,
// мы не можем явно задать его как тип возвращаемого значения.
// Тем не менее, мы можем задать возвращаемый тип как "auto", предоставив компилятору вычислить его самостоятельно
auto createVoldemortType(int value)
{
struct TheUnnameable
{
int getValue() { return value; }
}
return TheUnnameable();
}
Безымянные типы неофициально называются Voldemort-типы по аналогии с Воланом-де-Мортом («Тот-Кого-Нельзя-Называть»), главным антагонистом серии о Гарри Поттере[8]. Вывод типов не следует путать с динамической типизацией, поскольку хотя тип не задается явно, вычисляется он на этапе компиляции, а не во время выполнения.
Реализации
- DMD — Digital Mars D (ВИКИ), эталонный компилятор, разрабатываемый Уолтером Брайтом. Этот компилятор наиболее полно реализует стандарт языка, поддержка всех нововведений появляется в нём в первую очередь. Фронт-энд и бэк-энд ([1]) распространяются под лицензией Boost.
- LDC — DMD (ВИКИ) — фронт-энд для LLVM (САЙТ)
- GDC — DMD (ВИКИ) — фронт-энд для компилятора GCC
- LDC для IOS — LDC-based toolkit for cross-compiling to iOS
- D для Android (недоступная ссылка) — Toolkit for cross-compiling to Android (x86 using DMD and ARM using LDC) инструкция
- SDC (Глупый компилятор D) — экспериментальный компилятор (компилятор как библиотека), использующий LLVM в качестве бэк-энда и не основанный на DMD.
- Calypso — LDC fork which provides direct Clang interoperability, allowing the use of C headers directly.
- MicroD — DMD fork which outputs C source code instead of object files
- DtoJS — DMD fork which outputs JavaScript source code instead of object files
- D Compiler for .NET — A back-end for the D programming language 2.0 compiler[9][10]. It compiles the code to Common Intermediate Language (CIL) bytecode rather than to machine code. The CIL can then be run via a Common Language Infrastructure (CLR) virtual machine.
- DIL is a hand-crafted compiler implementation for the D programming language written in D v2 using the Tango standard library. The lexer and the parser are fully implemented. Semantic analysis is being worked on. The backend will most probably be LLVM.
Инструменты и средства разработки
IDE и редакторы
Поддержка D в различных IDE, реализованная с помощью плагинов:
IDE | Плагин | Платформы |
---|---|---|
IntelliJ IDEA | DLanguage | кроссплатформенный |
Eclipse | DDT | кроссплатформенный |
MonoDevelop / Xamarin | Mono-D | кроссплатформенный |
Visual Studio | Visual-D | Windows |
Visual Studio Code | Code-D | кроссплатформенный |
XCode | D for Xcode | Mac OS X |
Zeus IDE | D for Zeus IDE | Windows |
Нативные IDE для языка D:
- Coedit (Windows, Linux)
- DLangIDE (Windows, Linux, OS X) — среда создана на самом D, поддерживает подсветку синтаксиса, автозавершение кода, DUB, различные компиляторы, отладку и многое другое.
D поддерживается во множестве текстовых редакторов: Vim, Emacs, Kate, Notepad++, Sublime Text, TextMate и других[11].
Менеджер пакетов
DUB — официальный менеджер пакетов D. DUB выполняет функции репозитория пакетов и используется для управления зависимостями, а также в качестве системы сборки. Набор зависимостей, метаданные о проекте и флаги компилятора хранятся в формате JSON или SDL. Пример простого файла проекта (JSON):
{
"name": "myproject",
"description": "A little web service of mine.",
"authors": ["Peter Parker"],
"homepage": "http://myproject.example.com",
"license": "GPL-2.0",
"dependencies": {
"vibe-d": "~>0.7.23"
}
}
Утилиты и инструменты
rdmd — утилита, идущая в комплекте с компилятором DMD, позволяющая компилировать и запускать файлы с исходным кодом D «на лету». Это позволяет использовать D для небольших программ аналогично bash, perl и python:
// myprog.d
#!/usr/bin/env rdmd
import std.stdio;
void main()
{
writeln("Hello, world with automated script running!");
}
Вызов команды ./myprog.d
в консоли автоматически скомпилирует и выполнит программу.
DPaste[12] — онлайн-сервис для запуска программ на D в браузере, похожий на сервисы JSBin и CodePen.
run.dlang.io[13] — онлайн-компилятор и дизассемблер.
Использование, распространение
Распространение языка D ограничено, но он применяется для реальной промышленной разработки ПО. На официальном сайте[14] приводится список из 26 компаний, успешно использующих D в разработке программных систем, работающих в самых различных сферах, включая системное программирование, веб-проекты, игры и игровые движки, ПО для научных расчётов, утилиты различного назначения и прочее. Продвижением языка D занимается, в частности D Language Foundation — общественная организация, пропагандирующая сам язык D и открытое программное обеспечение, созданное с его использованием.
Согласно индексу TIOBE, максимальный интерес к D проявлялся в 2007—2009 годах, в марте 2009 года индекс языка D достиг 1,8 (12-е место), что является для него абсолютным максимумом. После снижения в первой половине 2010-х, к 2016 году он пришёл в относительно стабильное состояние — численное значение индекса колеблется в диапазоне 1,0-1,4, в рейтинге язык находится в третьей десятке. В рейтинге популярности, составленном по результатам агрегации данных о вакансиях разработчиков, язык D не входит ни в основной (top-20), ни в общий (top-43) список, что говорит о невысокой востребованности у работодателей.
Примеры кода
Пример 1
import std.stdio;
void main() {
writeln("Hello, world!");
}
Пример 2
Программа, которая выводит аргументы командной строки, с которыми была вызвана
import std.stdio: writefln;
void main(string[] args)
{
foreach (i, arg; args)
writefln("args[%d] = '%s'", i, arg);
}
Пример 3
Программа, которая построчно считывает список слов из файла и выводит все слова, которые являются анаграммами других слов
import std.stdio, std.algorithm, std.range, std.string;
void main()
{
dstring[][dstring] signs2words;
foreach(dchar[] w; lines(File("words.txt")))
{
w = w.chomp().toLower();
immutable key = w.dup.sort().release().idup;
signs2words[key] ~= w.idup;
}
foreach (words; signs2words)
{
if (words.length > 1)
{
writefln(words.join(" "));
}
}
}
См. также
- Digital Mars
- Сравнение возможностей D с другими языками см. в статье Сравнение языков программирования (синтаксис)
Примечания
- ↑ Описание реализации парадигмы контрактного программирования в языке Ди . Архивировано 3 января 2014 года.
- ↑ 2.109.1
- ↑ D for Android — D Programming Language Discussion Forum . Дата обращения: 7 июня 2015. Архивировано 21 мая 2015 года.
- ↑ DMD 1.00 — here it is! (digitalmars.D.announce) Архивная копия от 5 марта 2007 на Wayback Machine (англ.)
- ↑ D 2.0 changelog . Дата обращения: 11 января 2009. Архивировано из оригинала 1 июня 2012 года. (англ.)
- ↑ Functions — D Programming Language . Дата обращения: 17 июня 2015. Архивировано 17 июня 2015 года.
- ↑ Types — D Programming Language . Дата обращения: 7 июня 2015. Архивировано 17 мая 2015 года.
- ↑ Voldemort Types In D | Dr Dobb’s . Дата обращения: 8 июня 2015. Архивировано 19 июня 2015 года.
- ↑ CodePlex Archive . CodePlex Archive. Дата обращения: 16 февраля 2018. Архивировано 26 января 2018 года.
- ↑ Source for the D.NET Compiler is Now Available . InfoQ. Дата обращения: 16 февраля 2018. Архивировано 30 ноября 2018 года.
- ↑ Editors — D Wiki . Дата обращения: 16 июня 2015. Архивировано 3 июля 2015 года.
- ↑ Dpaste . Дата обращения: 16 июня 2015. Архивировано из оригинала 6 июля 2015 года.
- ↑ run.dlang.io . Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 24 декабря 2019 года.
- ↑ Organizations using the D Language . dlang.org. Дата обращения: 7 октября 2019. Архивировано 6 августа 2019 года.
Литература
- Александреску А. Язык программирования D = The D Programming Language. — Символ-плюс, 2012. — 544 с. — ISBN 978-5-93286-205-6.
- Официальная Wiki
- Язык программирования D — Книга
- Programming in D — Книга
- Интересные статьи посвященные D
- Учебник по языку D на русском
- Информация по языку D на русском
Ссылки
- D Programming Language (англ.). — официальный сайт. Дата обращения: 10 мая 2012. Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года.
- D на GitHub .
- code.dlang.org (англ.). — репозиторий пакетов для D и сайт официального менеджера пакетов DUB.
- Сайт языка D в России (14 марта 2013). Архивировано из оригинала 15 марта 2013 года.
- Open Source Development for the D Programming Language (англ.). — свободное программное обеспечение на/для языка D. Дата обращения: 8 января 2006. Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года.
- GDC - D Programming Language for GCC (англ.) (27 мая 2007). — Язык программирования D для GCC. Дата обращения: 17 июля 2011.
- LDC - D Programming Language for LLVM (англ.). — Язык программирования D для LLVM. Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года.
- Александреску, Андрей The Case for D (англ.) (15 июня 2009). Дата обращения: 7 января 2011. Архивировано из оригинала 18 мая 2012 года.
- Переводы учебников и стандартной библиотеки языка D
- Примеры кода на D в проекте Rosetta Code
,