Zig

Zig 是一個通用程式語言和工具鏈，專注於穩健性、最佳化和可維護性。

簡介

Zig 是什麼？

Zig 是一門現代系統程式語言，由 Andrew Kelley 於 2015 年開始開發。它定位為「更好的 C」，提供手動記憶體管理的同時，大幅改善開發體驗和安全性。

核心目標：

• ⚡ 最佳化執行速度
• 🛡️ 防止錯誤（compile-time guarantees）
• 🔧 簡單易懂的程式碼
• 🌍 跨平臺編譯支援

核心特性

// 簡潔、明確的語法
const std = @import("std");

pub fn main() !void {
    const stdout = std.io.getStdOut().writer();
    try stdout.print("Hello, {s}!\n", .{"Zig"});
}

關鍵特性：

1. 無隱藏控制流 - 所有控制流都明確可見
2. 無隱藏記憶體分配 - 必須明確使用 allocator
3. 無預處理器 - 用 comptime 取代巨集
4. 無異常 - 使用 Error Union (!) 處理錯誤
5. 手動記憶體管理 - 完全控制，無 GC
6. 編譯期執行 - 強大的 comptime 功能

設計理念

// Zig 的設計哲學：簡單勝於複雜

// ✅ 明確的記憶體分配
const allocator = std.heap.page_allocator;
const memory = try allocator.alloc(u8, 100);
defer allocator.free(memory);

// ✅ 明確的錯誤處理
fn readFile(path: []const u8) ![]u8 {
    // 錯誤會被強制處理
    return error.FileNotFound;
}

// ✅ 編譯期執行（取代複雜的泛型系統）
fn max(comptime T: type) type {
    return struct {
        pub fn get(a: T, b: T) T {
            return if (a > b) a else b;
        }
    };
}

設計原則：

• 只有一種明確的做事方法
• 與 C 無縫互操作
• 編譯期執行優於複雜的型別系統
• 實用性優於純粹性

與其他語言比較

Zig vs C：

// Zig: 現代化的 C，保留手動控制
const allocator = std.heap.page_allocator;
const data = try allocator.alloc(i32, 10);
defer allocator.free(data);

// C: 傳統手動管理
int* data = malloc(10 * sizeof(int));
// 容易忘記 free，造成記憶體洩漏
free(data);

Zig vs Rust：

• Zig：簡單直接，手動記憶體管理，編譯快
• Rust：複雜型別系統，自動記憶體安全（Borrow Checker），編譯慢

Zig vs C++：

• Zig：無隱藏功能，無異常，無運算子重載
• C++：功能豐富但複雜，有歷史包袱

主要特色

1. 無隱藏控制流

// ✅ 沒有異常，所有錯誤都明確處理
fn divide(a: i32, b: i32) !i32 {
    if (b == 0) return error.DivisionByZero;
    return @divTrunc(a, b);
}

// 使用時必須處理錯誤
const result = divide(10, 0) catch |err| {
    std.debug.print("Error: {}\n", .{err});
    return;
};

2. 無隱式記憶體分配

// ❌ 不會像 C++ 一樣隱式分配記憶體
// std::vector<int> v = {1, 2, 3}; // C++ 隱式 heap allocation

// ✅ Zig 必須明確指定 allocator
const allocator = std.heap.page_allocator;
var list = std.ArrayList(i32).init(allocator);
defer list.deinit();

try list.append(1);
try list.append(2);

3. Comptime（編譯期執行）

// 在編譯期執行程式碼
fn fibonacci(comptime n: i32) i32 {
    if (n <= 1) return n;
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

// 編譯期計算，零執行期成本
const fib10 = comptime fibonacci(10); // 55

// 編譯期生成型別
fn Vec(comptime T: type, comptime size: usize) type {
    return struct {
        data: [size]T,

        pub fn init() @This() {
            return .{ .data = undefined };
        }
    };
}

const Vec3f = Vec(f32, 3); // 編譯期生成型別

4. 錯誤處理（Error Union）

// 定義錯誤集合
const FileError = error{
    NotFound,
    PermissionDenied,
    OutOfMemory,
};

// 函數返回值或錯誤
fn openFile(path: []const u8) FileError!File {
    // ...
    return error.NotFound;
}

// 錯誤處理方式
const file = openFile("data.txt") catch |err| {
    std.debug.print("Failed: {}\n", .{err});
    return;
};

// 或者用 try（錯誤會向上傳播）
const file2 = try openFile("data.txt");

5. 跨平臺編譯

# 一個命令編譯到任何平臺
zig build-exe main.zig -target x86_64-windows
zig build-exe main.zig -target aarch64-linux
zig build-exe main.zig -target wasm32-freestanding

# Zig 也是 C/C++ 編譯器
zig cc main.c -o main
zig c++ main.cpp -o main

6. C 互操作性

// 直接使用 C 標頭檔
const c = @cImport({
    @cInclude("stdio.h");
    @cInclude("stdlib.h");
});

pub fn main() void {
    c.printf("Hello from C!\n");
}

// 匯出函數給 C 使用
export fn add(a: i32, b: i32) i32 {
    return a + b;
}

學習資源

官方資源

• 官方網站: https://ziglang.org/
• 語言文檔: https://ziglang.org/documentation/master/
• 標準庫文檔: https://ziglang.org/documentation/master/std/
• 學習指南: https://ziglang.org/learn/

線上教學

• Zig Learn: https://ziglearn.org/ - 互動式教學
• Zig by Example: https://zig-by-example.com/
• Ziglings: https://github.com/ratfactor/ziglings - 透過練習學 Zig

書籍

• Zig Language Reference (官方文檔)
• 社群正在撰寫更多書籍中

影片資源

• Andrew Kelley's Talks - Zig 作者的演講
  • "The Road to Zig 1.0"
  • "Zig: A programming language designed for robustness"
• YouTube Zig 頻道: 搜尋 "Zig programming"

社群資源

• GitHub: https://github.com/ziglang/zig
• Discord: Zig 官方 Discord 社群
• Reddit: r/Zig
• 中文資源:
  • Zig 中文社區正在成長中
  • 翻譯文檔陸續推出

工具與生態系統

• 包管理器: 內建於 Zig (zig build system)
• 編輯器支援:
  • VS Code: zig-language-server
  • Vim/Neovim: zls (Zig Language Server)
  • JetBrains: Zig 插件
• 測試框架: 內建 zig test
• 性能分析: 支援多種 profiler

實用套件

• 網路: zig-network
• HTTP: http.zig
• JSON: 標準庫內建
• 圖形: mach-glfw, raylib-zig

相關文章

• 為什麼 Zig 編譯器程式碼那麼小？
• Zig vs C 語言完整比較指南

快速開始

安裝

# Linux/macOS
curl https://ziglang.org/download/0.11.0/zig-linux-x86_64-0.11.0.tar.xz | tar -xJ
export PATH=$PATH:$PWD/zig-linux-x86_64-0.11.0

# 或使用套件管理器
# Ubuntu/Debian
sudo apt install zig

# macOS
brew install zig

Hello World

// hello.zig
const std = @import("std");

pub fn main() !void {
    const stdout = std.io.getStdOut().writer();
    try stdout.print("Hello, World!\n", .{});
}

# 編譯並執行
zig run hello.zig

# 或編譯成執行檔
zig build-exe hello.zig
./hello

建立專案

# 初始化專案
zig init-exe
# 或
zig init-lib

# 編譯專案
zig build

# 執行測試
zig build test

# 執行程式
zig build run

總結

Zig 是一門簡單、快速、可靠的系統程式語言：

✅ 優點：

• 簡潔明確，學習曲線平緩
• 編譯速度快
• 優秀的 C 互操作性
• 強大的編譯期執行能力
• 內建跨平臺編譯

⚠️ 注意：

• 語言仍在發展中（未到 1.0）
• 生態系統較小
• 手動記憶體管理需要謹慎

適合場景：

• 系統程式開發
• 嵌入式開發
• 高性能應用
• 取代 C/C++ 的現代化選擇
• 需要與 C 程式碼互操作的專案

Zig：一門讓系統程式設計變得簡單的語言。