D (язык программирования)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
D
D Programming Language logo.svg
Семантика мультипарадигмальный: императивное, объектно-ориентированное, функциональное, контрактное[1], обобщённое программирование
Класс языка объектно-ориентированный язык программирования, процедурный язык программирования[d], язык функционального программирования, язык обобщённого программирования[d], язык параллельного программирования[d], мультипарадигмальный язык программирования, императивный язык программирования[d], компилируемый язык программирования и язык программирования
Тип исполнения компилируемый
Появился в 2001
Автор Уолтер Брайт, Андрей Александреску
Разработчик Брайт, Уолтер и D Language Foundation[d]
Расширение файлов .d, .dd, .di или .def
Выпуск 2.087 (1 июля 2019; 5 месяцев назад (2019-07-01)[2])
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
Повлиял на MiniD, DScript, Vala, Qore, Swift, Genie
Сайт dlang.org

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, Mac OS, FreeBSD. Ведётся работа по портированию на Android[3].

История[править | править код]

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[править | править код]

Синтаксис[править | править код]

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[править | править код]

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)[править | править код]

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[править | править код]

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, требующих сборки мусора
  • @property — атрибут метода класса, позволяющий избежать использования «наивных» геттеров-сеттеров

Параллельные вычисления[править | править код]

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[править | править код]

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() {
    // ...
}


В языке реализовано множество функций, отсутствующие в то время в C++: контрактное программирование, встроенные юнит-тесты, модули вместо заголовочных файлов, сборщик мусора, встроенные ассоциативные массивы, замыкания, анонимные функции, значительно переработан механизм шаблонов.

Парадигмы программирования[править | править код]

D реализует пять основных парадигм программирования — императивное, ООП, метапрограммирование, функциональное программирование и параллельные вычисления (модель акторов).

Управление памятью[править | править код]

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[править | править код]

SafeD — название подмножества языка D, использование которого гарантирует безопасность доступа к памяти.

Типы данных[править | править код]

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[править | править код]

Набор базовых типов можно разделить на следующие категории[7]:

  • void — специальный тип для пустых значений
  • bool — логический тип
  • целочисленные типы: знаковые byte, short, int, long и соответствующие им беззнаковые ubyte, 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
  • 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[править | править код]

  • pointer — указатель
  • array — массив
  • associative array — ассоциативный массив
  • function — функция
  • delegate — делегат
  • string, wstring, dstring — удобные псевдонимы для неизменяемых массивов знаковых (символьных) типов immutable(char)[], immutable(wchar)[] и immutable(dchar)[], обозначающие неизменяемые (квалификатор immutable) строки Юникода в одной из кодировок UTF-8, UTF-16 и UTF-32 соответственно.

Пользовательские типы[править | править код]

  • alias — псевдоним
  • enum — перечисление
  • struct — структура
  • union — объединение
  • class — класс

Вывод типов, ключевые слова «auto», «typeof» и безымянные («Voldemort») типы[править | править код]

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[править | править код]

  • 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[править | править код]

IDE и редакторы[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

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 и perl:

// myprog.d

#!/usr/bin/env rdmd
import std.stdio;
void main()
{
    writeln("Hello, world with automated script running!");
}

Вызов команды ./myprog.dв 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[править | править код]

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[править | править код]

Пример 1[править | править код]

«Hello, world!»

import std.stdio;

void main() {
    writeln("Hello, world!");
}

Пример 2[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Описание реализации парадигмы контрактного программирования в языке Ди. Архивировано 3 января 2014 года.
  2. Список изменений в компиляторе языка Ди.
  3. D for Android — D Programming Language Discussion Forum
  4. DMD 1.00 — here it is! (digitalmars.D.announce) Архивная копия от 5 марта 2007 на Wayback Machine (англ.)
  5. D 2.0 changelog. Дата обращения 11 января 2009. Архивировано 1 июня 2012 года. (англ.)
  6. Functions — D Programming Language
  7. Types — D Programming Language
  8. Voldemort Types In D | Dr Dobb’s
  9. CodePlex Archive. CodePlex Archive. Дата обращения 16 февраля 2018.
  10. Source for the D.NET Compiler is Now Available. InfoQ. Дата обращения 16 февраля 2018.
  11. Editors — D Wiki
  12. Dpaste (недоступная ссылка). Дата обращения 16 июня 2015. Архивировано 6 июля 2015 года.
  13. run.dlang.io
  14. Organizations using the D Language. dlang.org. Дата обращения 7 октября 2019.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

,