【Zig 日报】Zig 的可爱语法

[jiacai2050]

Zig's Lovely Syntax 这篇文章探讨了编程语言 Zig 的语法特点，并将其与 Rust、C 等其他语言进行了比较，指出 Zig 在语法设计上的优点和一些独特之处。作者认为，尽管语法是语言最不有趣的细节，但 Zig 在许多方面做到了“恰到好处”。

文章的主要观点和细节总结如下：

1. 整数字面量 (Integer Literals):

   • Zig 不使用后缀来指定整数类型（如 92u8），而是将所有整数字面量视为 comptime_int 类型。
   • 这些字面量在编译时已知，并在赋值或类型转换时隐式强制转换为特定类型（例如 const x: i32 = 92;）。
   • 这并非类型推断，而是隐式编译时强制转换，通常意味着 var x = 92; 需要显式类型。

2. 字符串字面量 (String Literals):

   • Zig 提供了独特的原始多行字符串语法，以 \ 开头，每行以 \ 引导。
   • 这种语法避免了转义 \ 的问题，能很好地处理缩进，并且每个行都是一个单独的词法标记，使得换行符始终是空白符。
   • 作者认为这是 Zig 相对于 Rust 的一个巨大改进，Rust 的 r##""## 语法存在缩进、嵌套和未闭合字面量等问题。

3. 记录字面量 (Record Literals):

   • Zig 采用类似 C 的记录字面量语法，例如 const p: Point = .{ .x = 1, .y = 2 };。
   • .{ 看起来有点奇怪，但 .x = 1 与赋值语法 obj.x = 1 一致，这使得通过搜索 .x = 来查找字段写入操作非常有用，有助于代码理解。

4. 前缀类型 (Prefix Types):

   • 与 C 语言复杂的类型声明规则不同，Zig 的所有类型都是前缀形式，例如 u32、[3]u32、?[3]u32、*const ?[3]u32。
   • 指针类型是前缀，但指针解引用是后缀 (ptr.* = 92;)，阅读起来更自然。

5. 标识符 (Identifiers):

   • Zig 支持“原始”标识符语法 @ "a name with a space"，用于避免关键字冲突或导出非标准名称的符号。它重用了 Zig 的内置函数 (@TypeOf) 和字符串语法。

6. 函数 (Functions):

   • Zig 像 Rust 一样使用 fn foo 语法声明函数，将 fn 关键字和函数名放在一起，便于搜索。
   • Zig 函数声明省略了 Rust 的 -> 箭头，例如 fn add(x: i32, i32) i32。作者认为这减少了视觉噪音，因为 Zig 没有带有推断返回类型的 Lambda 表达式，返回类型总是强制性的。
   • 作者更喜欢 void 而不是 () 作为类型名称。

7. 局部变量 (Locals):

   • Zig 使用 const 和 var 绑定值，与 Rust 的 const（在 Zig 中相当于 comptime）略有不同。
   • 作者认为 const 比 var 更长，不够简洁，Kotlin 的 val、var、fun 更优。
   • Zig 像 Rust 一样使用 'name' (':' Type)? 的类型声明语法，优于 Type 'name'，因为可选后缀更容易解析。

8. 连接即控制流 (Conjunction Is Control Flow):

   • Zig 不使用 && 和 ||，而是使用 and 和 or 关键字。
   • 作者认为这更容易阅读和输入，更深层的原因是这些布尔运算符是短路的，属于控制流，使用关键字强调了这一点，避免了误解。位操作仍使用 & 和 |。

9. 显式返回 (Explicit return):

   • Zig 像 Rust 一样有语句和表达式，但更偏向语句，要求显式 return。
   • 没有 Lambda 使得 return 的作用域始终清晰。
   • 块表达式的值是 void，不以表达式结尾，这消除了 Rust 中关于分号的“心智负担”。
   • 如果需要块返回一个值，Zig 支持通过标签块 break :blk value 来实现。

10. If 语句 (If):

    • Rust 强制 if 语句使用大括号，以避免“悬空 else”问题，但这使得单行 if 显得笨重。
    • Zig 采用传统做法，要求括号，大括号可选，允许三元运算符风格的 if (a) b else c。
    • Zig 编译器的一部分是强制性的、不可配置的格式化器，可以捕获可能掩盖错误的格式化问题（例如 1 -2），这弥补了语法上的潜在风险。

11. 循环 (Loops):

    • Zig 像 Python 一样允许循环带有 else 子句。
    • 循环是表达式，使得命令式搜索非常简洁，例如用于编译时查找类型。
    • Zig 没有像 Rust 或 Go 那样专门的无限循环语法，而是通过 while (true) 或 for (0..safety_bound) 来表达，这与 Zig 的编译时语义紧密相关。
    • for、while、if、switch 和 catch 都使用 Ruby/Rust 风格的捕获值命名语法 |element|。

12. 名称的清晰度 (Clarity of Names):

    • Zig 禁止变量遮蔽 (shadowing)。
    • 没有“Prelude”，所有标准库内容都需要显式 @import("std")。
    • 没有全局导入，需要显式导入特定项，例如 const ArrayList = std.ArrayList;。
    • Zig 没有继承、混入、ADL、扩展函数、隐式 trait 等，因此 x.foo() 保证 foo 是 x 类型上声明的方法。
    • 曾允许方法和字段同名，但后来被移除。
    • Zig 没有命名空间，同一作用域中只能有一种 foo，这极大地简化了名称解析，作者惊叹于这种方法带来的便利。

13. 一切皆表达式 (Everything Is an Expression):

    • 这是 Zig 语法最显著的（通过其缺失）特点，与 Zig 最深刻的语义密切相关。值、类型和模式都使用相同的表面语法表示，然后在语义分析阶段进行分类。
    • 这与许多语言不同，后者通常为值、类型和模式提供不同的语法家族。
    • 这种统一性减少了语言的“繁忙感”，例如在类型位置使用 if 表达式是可能的。

14. 泛型 (Generics):

    • 泛型类型实例看起来像函数调用：ArrayList(u32)。
    • Zig 泛型参数从不推断，如果函数接受 3 个编译时参数和 2 个运行时参数，则总是以 5 个参数语法调用。
    • 通过编译时闭包 (comptime closures) 解决频繁指定类型的问题，一旦类型在变量中被捕获，后续使用就不需要再次指定。作者认为这使得 Zig 中的类型注释负担很低。

15. 声明字面量和结果位置语义 (Declaration Literals and Result Location Semantics):

    • Zig 没有 Hindley-Milner 类型推断，但依赖于“结果位置语义”进行类型传播。
    • 当 if 表达式的两个分支产生不同 comptime_int 值时，需要在赋值时显式指定类型或向下推导强制转换。
    • Zig 的编译器更像一个解释器，它在评估表达式时向下传递结果位置和类型。
    • 这解释了枚举的简洁 .variant 语法和记录字面量的开头点 .{}（@ResultType().whatever 的简写）。
    • .{} 语法一开始可能让人感到奇怪，但提供了强大的 API，例如免费获得了命名参数和默认参数。

16. 内置函数 (Built-ins):

    • Zig 使用 @ 前缀表示内置函数，例如 @divExact、@bitCast、@as、@import。
    • 这提供了一个独立的语法命名空间来处理编译器支持的原始操作，避免了操作符重载等问题。
    • @as(i32, 92) 中的类型在前，是结果类型语义的应用。
    • @import("./foo.zig") 是作者最喜欢的内置函数，它清晰地指明了文件来源，并且是一个“反向语法糖”，尽管看起来像函数调用，但参数必须是语法上的字符串字面量。

总结性思考:
作者认为 Zig 的这些“愚蠢的语法决定”加起来使得语言读起来非常愉快。他强调，语言功能越少，所需的语法就越少，而更少的语法通常是好事。语言功能之间并非正交，会相互影响。即使功能集固定，选择一个好的具体语法（解析无歧义、易于搜索、易读易写）仍然需要大量工作。虽然可以借鉴其他语言的成熟方案，但也应勇于创新。

唯一不喜欢的地方:
作者在撰写文章时发现了一个不喜欢的语法形式：带有增量操作的 while 循环 while (i < 10) : (i+=1) { ... }。他认为这类似于 C 语言的 for 循环（缺少声明部分），控制流跳跃，并且 : 是 Zig 中唯一一个用符号而非关键字表达控制流的例子，感觉不一致。由于现在有了 for(0..10) |i| 形式，他认为这种 while 循环变得多余。

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