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【CSDN 编者按】近日，Roc 编程谈话成为许多开拓者感情的对象——“从 Rust 到 Zig，Roc 编译器启动全面重写 30+ 万行代码”，这个音尘很快就引起了无为接头。面前，Roc 已在 GitHub 上斩获了 4.7k+ 星标。在本文中，Roc 作家防护解答了对于这个紧要决定的原因及有关贪图，并给出了团队从 Rust 转向 Zig 的一个很蹙迫原因：Rust 的编译速率太慢。
作家 | Richard Feldman 翻译 | 郑丽媛
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
昔时情况下，用另一种谈话重新启动重写代码库被以为是一种风险很大的举动，而且往往以失败告终。关连词，对于编译器来说，情况刚巧违犯：大多数告捷的编译器（举例 Java、C++、C、C#、TypeScript、Scala、Go、Rust、Zig、OCaml、Haskell 等等）王人经历过一次透顶的重写——而且是用它们我方的谈话来重写。这个经由被称为“自托管”（self-hosting）。
咱们不错将自托管告捷的经历总结为两个方面：
对于一门告捷的谈话来说，其编译器重新启动用另一种谈话重写是很常见的。
而“另一种谈话”昔时即是指标谈话自己。
重写不单是是将代码库换成一种更具劝诱力的谈话，这亦然一个重新启动的契机：诓骗初版所积存的经历训诫，舍弃积存下来的冗余代码，并幸免上一次犯过的乖张（天然，也会犯一些新的乖张）。重写也以导致转头问题而着名，尤其是在角落情况的功能上。好在咱们一直绝顶明确地传达了 Roc 不够巩固，畴昔会有许多变化——这亦然咱们选用不发布版块号的主要原因。
非论指标谈话是什么，统共这些对于重写的量度王人很正常。当 Java 的编译器用 Java 重写、Haskell 的编译器用 Haskell 重写时，它们的指标谈话天然不同，但再行启动并诓骗积存的常识来改良重写版块所带来的平允对两者王人是重叠的。彰着，如果你想加入那些在某个阶段王人曾重写过并告捷的编译器行列，那么你不错选用任何相宜你的指标谈话。
Roc 的编译器一直是用 Rust 编写的，但咱们并不蓄意进行自托管。对于这点，咱们在常见问题解答（FAQ）中阐述了原因，且在这个问题上咱们的不雅点莫得任何改变：
“为了确保编译器的高效性和巩固性，咱们选用了更为底层、对内存管制有更好限度的谈话（如 Rust）来编写 Roc 编译器，而不是使用 Roc 谈话自己。这么作念不仅有助于优化编译器的性能，还能更好地知足用户的需求。”
如今，咱们决定在另一种谈话对编译器进行重写——也即是 Zig。咱们对此感到绝顶感奋！
（CSDN下载自视觉中国）
为什么是面前？
咱们最近相识到加拿大pc28预测在线预测大神吧，由于多样原因，咱们阶梯图中险些依然包括了绝对重写 Roc 编译器（有 30 万行 Rust 代码）的每一部分（除了类型推导）。具体来说：
（1）阐明器（Parser）：当前阐明器的容错性还不够强，而且由于语法依然发展到一定程度，咱们以为继承不同的基础阐明战略会更合理。因此，咱们但愿对其进行再行架构。此外，咱们还想将其颐养为递归下落阐明。领先它是用阐明器组合器编写的，因为那时我比较熟悉这种神气。面前，Josh 依然在现存的 Rust 代码库中进行了重写实践。
（2）体式化器（Formatter）：当前的体式化器不支援强制行宽。咱们只想在生成文档时启用行宽狂妄，是以确乎需要这个功能。要切换到一个约略强制奉行行宽的系统（举例基于 Wadler 闻明的“A prettier printer”本领），就需要进行透顶的重写。对于这点，咱们团队依然达成共鸣，天然还莫得东谈主启动动手。
（3）表率化（Canonicalization，即称号阐明）：表率化需要将一些称号阐明推迟到类型查验之后进行，需要报告乱序界说的乖张而不是再行排序，需要罢手使用 Symbol，况兼需要从递归胪列数据结构改为带有 ID 的平面数组，以便咱们约略高效地将其缓存到磁盘上。此外，咱们还需要将变量隐匿（shadowing）视作劝诫，并添加对 var 的支援……简而言之，即是需要沿路重写。面前，Sam 依然启动入部下手这个责任。
（4）文档生成（Documentation Generation）：当前的文档生成器不明析类型别号，不支援自动连气儿到其他类型的文档（部分原因是它莫得对其他包的感知），也无法夸耀未明确扫视的筹划类型。责罚这些问题所需的改造绝顶大，因此比拟建树这些问题，我宁肯选用重写。
（5）类型筹划（Type Inference）：类型筹划自己并不需要重写，但它需要进行许多改造（举例移除 lambda 集筹划、用静态分发替换 Abilities、用模式标签齐集体替换不透明类型包装器、移除元组可膨胀性和模块参数等），这些改造咱们不错逐渐进行。不外面前，咱们将一次性完成统共这些改造。
（6）单态化（Monomorphization）：单态化需要重写以建树 lambda 集的问题。具体来说，它需要被拆分为多个不同的设施，而且当前兑现依然积存了太多冗余代码，咱们甚而依然接头过重写这一部分以使其更易于爱护。咱们还决定移除 Morphic 求解器，因为其上游依赖已无东谈主爱护，而且存在一些咱们短期内无法责罚的 bug 和编译器性能问题（因为咱们对 Morphic 的清爽还不够久了）。尽管 Morphic 对编译后的 Roc 标准性能有积极影响，但它并不是要道性的，咱们决定只须在有智力责罚咱们际遇的问题时，才会再行商量使用它。面前，Agus 而也依然启动入部下手重写单态化。
（7）LLVM 代码生成（LLVM Code Generation）：一个反复出现的痛点是咱们但愿升级到最新版块的 LLVM，以获取新的性能改良（并捣毁升级到最新版块 Zig 的狂妄，咱们依然使用 Zig 来构建标准库许多年了），但 LLVM 的升级经由绝顶耗时，主如若因为 LLVM 的 API 龙套性变更。Zig 找到了一种责罚步调：径直编译为 LLVM 位码（bitcode）。LLVM 在其位码上具有很强的向后兼容性，但在其公开的 API 上则莫得。这么一来，升级就变得很简便了，因为咱们不错保捏现存的代码生成不变。别传，这会使 Zig 的 LLVM 代码生成时辰加多了大致 5%，但从永久来看，他们（以及咱们）不错缓存部分位码，而这可能会带来更好的性能晋升。改用位码而不是 LLVM 的 API，需要绝对重写 LLVM 代码生成部分。但如果咱们用 Rust 来作念这件事，咱们就必须我方兑现位码生成（用 Zig 重写不错复用 Zig 编译器代码库中现存的 LLVM 位码生成逻辑，该代码库是 MIT 许可的）。
（8）开拓后端（Development Backend）：咱们面前径直生成机器代码（绕过 LLVM 以取得更快的反映轮回），但面前咱们依然看到了这种步调的实质性能，是以想尝试使用阐述器。表面上，阐述器在运行时性能方面会更慢（但由于咱们当前的机器代码生成绝顶简便，是以也不会慢太多），但它会举座晋升开拓反映轮回的速率，因为阐述器不错跳过单态化和代码生成——径直从类型查验到运行标准。尝试基于阐述器的步调，需要实质编写一个阐述器（咱们原来就想要一个用于编译通常量求值的阐述器），然后将开拓后端切换为使用阐述器——换句话说，即是需要重写。
一朝咱们完成了以上统共这些神气，编译器活水线中唯独莫得被重写的部分即是类型筹划了。而在这一切收场时，咱们仍然会有一个 Rust 代码库，但咱们更但愿有一个 Zig 代码库。
为什么选用 Zig 而不是 Rust？
Rust 的编译速率较慢，而 Zig 的编译速率较快。这并不是唯独的事理，但却是一个蹙迫成分。
编译速率慢，很大程度上会影响咱们的责任后果和责任体验。恭候几秒钟才能构建一个测试，这种体验自己就令东谈主不太惬心。
对于这种挟恨，我经常听到的回答是：“几秒钟总比某些谈话或神气需要几分钟的构建时辰要好！” 但我并不在乎它是否比其他谈话慢，我在乎的是，我明明知谈有概念幸免这种落索，却不得不隐忍这种情况。据称，Zig（尚未巩固的）x86-64 后端在处理 Zig 30 万行代码库的部天职容时，再行编译的轮回只需要几秒钟，且这还莫得启用 Zig 的增量构建系统。与此同期，咱们在 Rust 阐明器（编译器中最容易重编译的部分之一）中进行改革后，重编译时辰却需要 20 多秒，而且这照旧在 Rust 尽可能支援增量构建的情况下。
除了编译时辰，Rust 和 Zig 如今的优弱点，与 2019 年我启动用 Rust 编写 Roc 编译器时比拟，依然大不沟通。那时，Rust 相对老练，而 Zig 还远莫得达到今天的水平（此外，我那时已有十多年莫得进行过底层编程，也没信心我方约略正确管制内存，而这少量如今也依然改变）。
以下是 2025 年在 Roc 编译器的具体布景下，这两种谈话的具体对比点：
（1）内存安全性：对于许多神气来说，Rust 的内存安全性是一个巨大上风。但把柄咱们的经历，Roc 的编译器并不属于此类神气。咱们倾向于通过传递分派器来进行内存管制（雷同于 Zig，Rust 则不继承这种神气），况兼它们的生命周期并不复杂。咱们会在编译经由的早期就对统共字符串进行内存驻留，其他数据结构也局限于编译的特定阶段。
（2）内存管制：Zig 围绕传递分派器进行内存管制（这亦然咱们想要的神气），它还内建了许多优化结构如 MultiArrayList，来简化结构体数组的编程。天然咱们也能在 Rust 中兑现这些功能，但用起来相配落索。通过稽查 Zig 的有关兑现，咱们发现它的神气显得更为直不雅和易用。
（3）生态系统：Rust 的生态系统宏大，相宜许多神气，关连词 Roc 编译器的需求有所不同。咱们使用了 Inkwell（LLVM API 的封装），但咱们更倾向于切换到 Zig 的径直生成 LLVM 位码的神气，而 Zig 是唯独一种支援这种神气的谈话。除此以外，咱们使用的少数 Rust 第三方依赖在 Zig 生态系统中也有等效替代。因此总体而言，Zig 的生态系统对咱们来说更具劝诱力，当咱们过滤掉统共咱们不感敬爱敬爱的包之后，Zig 生态系统中咱们实质想要使用的依赖项数目比 Rust 更多。
（4）用具链：Zig 的用具链使咱们约略更容易地使用 musl libc 编译静态连气儿的 Linux 二进制文献，这恰是咱们恒久以来一直但愿兑现的指标，以便 Roc 不错在职何刊行版上运行（包括面前咱们 Rust 编译器无法支援的 Alpine 容器）。咱们知谈这在 Rust 中也不错兑现，但在 Zig 中更容易。Zig 的编译器自己即是这么作念的，而且它在构建时会从源代码编译 musl libc 并紧缚 LLVM，这恰是咱们需要的。于是，咱们不错径直复用 Zig 的代码，而 Rust 生态系统中则莫得等效替代。
（5）性能优化：在 Rust 中，咱们曾屡次但愿使用一些性能优化本领，但由于操作复杂，最终莫得实施。举例，咱们经常但愿将一些元数据打包到数组索引的某些位中。Zig 允许咱们将这个索引描摹为一个结构体，并指定每个位限度的含义，包括淘气整数大小。天然，Rust 也能通过位移操作兑现这少量，但在 Zig 中作念起来愈加便捷。无标签齐集体（tagless unions）是另一个咱们瞻望会绝顶灵验的 Zig 特质。
（6）编译时辰：我提到过编译时辰吗？我再强调一遍：编译时辰是个大问题。Rust 的编译时辰不仅拖慢了咱们的开拓进程，也让咱们不得不以编译时辰为主来组织代码，甚而不得不捐躯代码的组织性以换取更快的编译时辰。而在 Zig 中，咱们期待能在保捏致密反映速率的同期，也能领有更好的代码组织结构。
总结：Rust 的内存安全性并不是一个至关蹙迫的优点，而其慢编译速率则是一个权臣的痛点；Rust 的生态系统相较 Zig 更大，但在咱们实质需求下，Zig 的生态系统反而更相宜咱们；除此以外，Zig 还具备一些 Rust 所不具备的谈话特质，而这些特质对咱们来说很蹙迫。
设定重写指标
咱们但愿这次重新重写的编译器约略四肢 Roc 0.1.0 发布，这是它的第一个编号版块。
0.1.0 版块贪图进行一些紧要的谈话假想改革。以往，咱们昔时以向后兼容的神气兑现变更，但这次这么作念并不值得，咱们将径直兑现 0.1.0 的假想。
咱们但愿通过以下神气，提高编译器的可靠性和正确性：
（1）尽早进行暗昧测试（Fuzzing）：咱们在 Rust 代码库中添加暗昧测试时学到的一件事是，当问题在增量变更后出面前，建树暗昧测试知道的问题要容易得多。即使问题看起来与变更无关，你也知谈问题源于那次改革！在早期保捏这种暗昧测试水平的弱点是，它会使探索经由变长，但这是一次重写——咱们依然在 Rust 代码库中进行了大批探索，面前咱们依然有余了解事情该怎样运作了。
（2）边作念边记载：与暗昧测试相同，如果在原始编译器中花时辰记载一切是怎样责任的，将会极地面减缓探索速率（而且跟着事情的变化，文档也需要屡次重写）。但文档不仅对新孝顺者有匡助，对咱们的畴昔也有匡助。这一次，提前进行这项投资会更挑升想。
（3）不要惊愕：咱们在 Rust 编译器中的一些场合使用了 unwrap()，那时咱们以为它在实质中不会出现问题，但最终它老是会以某种神气影响用户体验。这次，咱们但愿绝对通过传递值来进行乖张处理。
（4）为了取得一个可靠、可用的兑现，挑升捐躯短期性能：在 Rust 编译器中，咱们作念出了一些架构选用——最蹙迫的是，选用最小化编译器传按序数——这些选用提高了性能，但也加大了咱们调试的难度。对于这次重写，咱们但愿在商量存储数据的内存布局等一般性能成分的同期，优先商量编写易于清爽和调试的代码，即使这意味着会有更多的编译器遍历次数或内存示意可能不那么紧凑。咱们不错在 0.1.0 之后，筹办吞并遍历和使用衔接表存储 IR 节点等问题。
总体来说，这是一项令东谈主感奋的任务，咱们依然启动享受其中的乐趣了！
原文连气儿：https://gist.github.com/rtfeldman/77fb430ee57b42f5f2ca973a3992532f
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