重新认识 D 编程语言 —— 基础篇

引言

D 语言是一门语法相当优雅的编译型语言，自 1999 年发布至今已发展了 20 年，它既拥有 Java 那样强大的表现力，又具有 C++ 相当的性能，本来是一门未来相当明朗的语言，但是当年因为 2.x 版本破坏性升级导致社区大量核心开发者将其放弃。

2010 年，伴随着 Andrei Alexandrescu 新书《The D Programming Language》的出版，D 语言又变得活跃起来，D 语言 2.0 的特性变得稳定，运行库与标准库的分离，解决了 D 语言 1.0 时期标准库之争的问题。

2011 年，D 语言的开发迁移到了 Github，在有了更好的代码管理和 bug 跟踪方式之后，参与到 D 语言编译器、运行库和标准库开发的人员也有了明显的增加。次年，D 语言 1.0 版本停止更新，开发者全力投入到 2.0 的开发。

2014 年，D 语言编译器前端代码的许可协议变更为更加宽松的 Boost 许可。在 2017 年，编译器所有代码最终都使用了 Boost 许可。在解决编译器源码许可问题之后，D 语言在开源社区中变得更加开放，并顺利合并进入了 GCC 9.x。

直到 2015 年，D 语言社区进一步恢复活力，基于包管理的构建方式开始成熟，大量的开发库开始涌现并应用到实际项目中。目前，已注册项目库达 1 千 6 百多个。

重新燃起希望的 D 语言在版本发布的规划上非常稳健，直至今日来说每两个月都可以保证一个大版本的发布。平均每个版本的开发者数量都有超过 50 个核心贡献者，最近的 2.087.0 更是达到了 62 位核心开发者的贡献。

编程语言的战争异常惨烈，本文希望通过介绍，让开发者重新来了解一下 D 语言，认识到 D 语言其实是一门能力强大的语言，并且它可以用于不同的场景，生态也在不断发展完善中。

第一部分：D 语言主要特点

D 语言是在吸取 C++ 遇到的各种教训基础上设计出来的，拥有与之类似的编程风格，许多概念与 C 或 C++ 都是相通的。不过，D 语言也有自己的一些特点，如支持闭包、匿名函数、编译时函数执行、支持垃圾回收等。具体来讲，D 语言拥有以下几个主要特点：

面向对象编程

D 语言允许定义类和接口。像 Java 一样，D 语言的继承模型是单类继承和多接口继承。所有的类都有一个根类 Object。D 语言的类和接口都是引用类型，而结构是值类型，且不允许继承。

函数式编程

D 语言像 C++ 一样，允许在类或结构外单独定义函数。它还提供了各种不可变数据类型、匿名函数和闭包、UFCS（统一函数调用语法）等特性来更好地支持函数式编程。

泛型编程

D 语言允许定义模型类型，也支持直接定义模板类和模板函数。模板允许嵌套定义，模板方法甚至允许递归调用。通过模板约束可以实现模板类型重载。模板参数支持不定个数类型。除此以外，模板参数类型还支持自动推导。

元编程

D 语言里的纯函数不会对全局变量产生任何影响，因此可以在编译时直接调用。借助 static if、static foreach、mixin 等语句，可以编写在编译时执行的代码，动态生成代码，满足快速定制应用功能的需求。

安全内存

默认支持基于垃圾回收的内存管理方式，从而让编程变得更简单，内存变得安全，程序变得更稳定。除此之外，也可以根据需要对关键的内存资源选择手动管理方式。借助 scope 语句，可以很好地控制内存资源申请和释放点。D 语言内部有一套核心的类型定义和实现，它是 D 语言的一个子集，也被称作 SafeD，用于保护内存的安全。

模块化编程

D 语言的每一个源文件都被定义为一个模块(module)，源文件之间的依赖即体现了模块之间的依赖。同一目录下的多个模块可以组成一个包(package)。基于模块的代码让项目的逻辑变得更加清晰，也为项目的快速构建和编译提供了支持。

其他语言交互

D语言的ABI与C语言完全兼容，因此它也具有很好的与其他语言交互的能力，如与 C、C++ 和 Objective-C 等语言进行交互编程。D 语言甚至支持直接嵌入汇编语言，部分性能关键的代码可以直接使用汇编语言来实现。D 语言的 BetterC 特性是 D 语言的一个子集，能完全去除 GC 依赖，并以更好 C 语言的方式来代替 C 语言编程，它能胜任 C 语言做的绝大部分工作。在 Windows 平台下，可以使用 COM 接口实现与其他语言的交互。

基于包的应用构建

这个不属于 D 语言本身特性，但是在 D 语言的开发生态里，这是一种很非常重要和便捷的 D 语言应用构建方式。dub 是 D 语言的应用构建工具，它可以很好地管理应用包之间的依赖关系，快速地构建出 D 语言应用。

除了上述特点，D 语言还提供了许多其他特性，如内建关联数组、单元测试、内联汇编、内嵌文档等，这些特性让 D 语言成为了一门功能强大的语言。

第二部分：与其它语言的简要对比

D 语言与 Java 相比

众所周知 Java 对工业化架构的设计非常棒，远超越 C++、Golang 等语言，能与 Java 相提并论的只有 C#，在研究中我们发现 D 同样具备工业化的特性，而且不需要那么庞杂的虚拟机开发环境，D 的性能比起 Java 来说好的非常明显，而且整合 C、C++ 库的时候也非常方便，而 Java 想整合 C、C++ 就需要非常麻烦的 jni 对去接。毕竟 D 语言是名副其实的系统级开发语言，D 语言在面向对象方面并不像 Java 那样强制每个文件都是对象，而更像 C++ 那样拥有一个 main() 函数作为程序入口。

示例代码

1. import std.stdio;  
2. void main()  
3. {  
4.     writeln("Hello world!");  
5. } 

D 语言与 C++ 相比

说到性能，C++ 一直占据服务端高性能的首选，但是 D 的性能与 C++ 相比几乎打成平手，但效率可以 3~5 倍于 C++。当然 D 与 C 语言各种库整合同样方便，因为 D 语言是二进制与 C、C++ 兼容的，语法更像是 C++ 的超级升级版，D 在对 hashMap 操作时性能比 C++ 还要高，而且只要是掌握 C++ 的人可以没有任何门槛地使用 D 语言。

示例代码

1. import std.stdio;  
2. void main()  
3. {  
4.     foreach(i; 1..10)  
5.     {  
6.         writeln(i);  
7.     }  
8. } 

D 语言与 PHP 相比

PHP 是服务端脚本语言占有率最高的语言，PHP 的优势就是简单，无需引入什么包就可以使用语言本身的所有函数，但是也就是这样 PHP 的性能一直没有明显改进，虽然说 PHP 7.x 的出现让 PHP 的性能提升了 2.x 倍，但是那只是和非常慢的 PHP 5.x 相比而已，与编译型语言相比还是相差太多。PHP 有非常明显的短板，比如不支持多线程、长连接不友好、弱类型、跨语言 RPC 协议支持不稳定、部署需要 PHP 运行环境等，而 D 语言具备 C++ 可实现的所有功能，包括内嵌汇编，开发效率上来讲与 PHP 相比只是多了个强类型的概念，而 D 语言标准库也提供 to 方法让你非常方便地进行各种类型的转换。

示例代码

1. import std.stdio : writeln;  
2. import std.conv : to;   
3. void main()  
4. {  
5.     int i = 10000;  
6.     string s = "Is string ";  
7.     s ~= i.to!string;    // PHP 使用点连接两个字符串，而 D 语言使用波浪线连接两个字符串  
8.     writeln(s);    // 输出结果 Is string 10000  
9. } 

D 语言可替代 C 语言

前阵子有一篇文章比较火，有一位 i3 核心开发者在文章中说到，D 才是真正替代 C 的首选语言，他认为 D 二进制与 C、C++ 完全兼容所以可直接使用这两个语言的二进制库，D 甚至可以用 dpp 项目直接 #include 语法引入 *.h 文件，作者同时也说到为什么 C 的替代者不是 Rust 和 Golang，有兴趣的同学可以自行了解原文《D as a C Replacement》。

gcc 整合 D 语言编译支持

这是一个非常大的进步，在近期发布的 gcc 9.1 大版本中整合了 DLang 全新的编译器前端也就是 gdc，现在整个社区有更多开发者对 D 项目进行推进，也有更多人在使用 D 完成之前 C/C++ 的工作。

第三部分：D 语言主要应用

作为一门支持 GC 的系统语言，D 语言已被许多公司采纳和应用，其中不乏像 Facebook、eBay 这样的大公司。D 的应用涉及了游戏、Web 应用、GUI 应用、操作系统、编译器、嵌入式、科学计算与教育等多个领域。

游戏开发

Remedy 公司已成功地用 D 语言将一款 3A 游戏 Quantum Break 移植到了 XBox One 和 Windows 10 平台。另外，有纯 D 语言实现的 3D 游戏引擎 Dash 和 D 语言游戏开发工具库 gfm。

Web 框架

编程语言在 Web 服务端框架非常重要，有好用的框架可以让整个语言充满活力，就像 Java 有一个 Spring Framework 框架，PHP 有一个 laravel 框架，Python 拥有一个 Django，而 Ruby 拥有 Rails，所以既然是构建服务端应用 DLang 也同样拥有一个代表性的框架 Hunt Framework。

数据库操作

数据库操作是大部分应用项目都不可或缺的一个基本操作，操作方式主要有两种：编写 SQL 脚本和 ORM。

直接操作数据库的 D 语言开库有 ddbc / (http://code.dlang.org/packages/ddbc)hunt-database 等，支持的数据库包括 MySQL、PostgreSQL 和 SQLite 等。其中，新版本的 hunt-database 的底层驱动库已从绑定 C 语言的方式升级为了直接使用 D 语言实现，减少了对第三方库的依赖。

采用 ORM 方式的 D 语言开库有 hibernated / hunt-entity 等。其中，hunt-entity 借鉴了 Java JPA 和 spring-data-jpa 的概念，工业化程度高，操作合理并且易于维护。

微服务相关

hunt-service 是基于 gRPC 协议的分布式 RPC 服务器与客户端库，很容易使用，也非常方便与 hunt-framework 整合构建微服务架构。

neton 是基于 raft 算法的分布式服务发现注册应用服务。

GUI 应用

其实 D 语言的推出比较早，所以 GTK 的整合非常完整，众所周知 gtk 官方的 vala 语言也大量借鉴了 D 的语言设计，所以 gtkd 能够非常方便的构建客户端应用，官方也有开发者推出了新的教程站点非常棒：gtkDcoding | Simple examples of how to use GtkD to build GUI applications(https://gtkdcoding.com/)

此外，纯 D 语言实现的跨平台 GUI 库 dlangui 也有不俗的表现，有一个 DLangIDE 就是基于它实现的。更多 GUI 库可以参考这里。

系统应用

在编译器方面，DMD 前端已实现自举。在操作系统方面，有 PowerNex(https://github.com/xomboverlord/xomb/tree/unborn) 与 Trinix 等系统尝试。编译器 LDC 甚至允许在更多的系统平台下进行应用开发，如支持基于 ARM 和 MIPS 架构的嵌入式系统、Android 系统等。

科学计算

现在使用 D 语言可以方便的进行科学计算，mir 是其中的佼佼者，它对多维数组计算提供了优秀的支持，性能超越了许多数值计算库，达到商业水平。