從頭開始建立程式語言

介紹

設計和建構程式語言是電腦科學中對智力要求最高且最有價值的挑戰之一。本文檔記錄了開發Kisumu 的歷程，這是一種靜態類型程式語言，靈感來自於Python 的簡單性、Go 的並發模型和Rust 的記憶體安全性，所有這些都是使用Go製作的。它深入探討了語言架構的技術細微差別，為開發人員和愛好者提供了直覺。

為什麼要建構程式語言？

解決現有差距

雖然現有語言很強大，但它們通常存在限製或複雜性，阻礙了開發人員。基蘇木的目標是：

• 簡化語法而不影響功能。
• 為現代應用程式提供強大的並發模型。
• 透過靜態類型和高效的垃圾收集確保安全性和性能。

教育和技術發展

從頭開始建立語言是一個機會：

• 加深對編譯器、解譯器和執行時間環境的理解。
• 為程式設計社群貢獻創新想法。

基蘇木背後的願景

目標受眾

Kisumu 專為尋求通用程式語言的簡單性、可擴展性和效能平衡的開發人員而設計。

主要靈感

• Python：可訪問性和可讀性。
• Go：並發性和可擴展性。
• Rust：記憶體安全。
• Lua：輕量級嵌入式應用程式。

發展階段

1. 詞法分析器與令牌

   • 第一階段涉及對原始程式碼進行標記。標記是程式的最小元素，例如關鍵字、識別碼和符號。
   • 令牌佈局範例：
     • int: 關鍵字
     • =：賦值運算子
     • 20：字面意思

2. 解析器

   • 解析器將標記轉換為抽象語法樹（AST），它代表程式的結構。
   • 範例：
     • int x = 20 解析為：
     • 變數宣告節點
     • 識別符：x
     • 價值：20

3. 型檢

   • Kisumu 使用靜態類型透過驗證操作和賦值的兼容性來確保編譯時的類型安全。

4. 程式碼產生與解釋

   • 最後階段透過以下任一方式將 AST 轉換為可執行指令：
     • 為虛擬機器產生字節碼。
     • 直接解釋 AST。

基蘇木的核心特色

1. 靜態型別

   • 每個變數和函數都有一個在編譯時已知的定義類型，減少執行時期錯誤。

2. 併發模型

   • 受 Go 啟發，Kisumu 支持：
     • Goroutines：用於並行的輕量級執行緒。
     • 通道：goroutines 之間的安全通訊。

3. 模組化

   • 透過模組和套件進行程式碼組織可確保可擴充性和可維護性。

4. 現代錯誤處理

   • 靈活的錯誤傳播機制包括：
     • try/catch 區塊。
     • 那個？用於簡潔錯誤處理的運算符。

5. 互通性

   • 外部函數介面 (FFI) 允許與 C 或 Go 等其他語言集成，以執行效能關鍵型任務。

面臨的挑戰

1. 平衡功能與簡單性

   • 問題：增加高階類型系統等功能，而不需要使語法複雜化。
   • 解決方案：優先考慮直覺設計並提供詳細文件。

2. 高效率的記憶體管理

   • 問題：實現一個平衡性能和安全性的垃圾收集器。
   • 解決方案：最佳化垃圾收集演算法並提供清晰的開發人員指南。

3. 建立一個強大的社區

   • 問題：在 Kisumu 尚未發佈時吸引使用者。
   • 解決方案：建立技術部落格和資源來展示進度並吸引早期採用者。

未來計劃

• 擴充標準庫

  • 用於網路、檔案處理和高階數學運算的模組。

• 泛型與元程式設計

  • 引入可重複使用函數和類型的泛型，以及運行時程式內省的反射。

• JIT 編譯

  • 針對效能關鍵型應用程式過渡到即時編譯。

結論

建立 Kisumu 不僅僅是創建另一種程式語言；這是關於探索軟體開發的創新。這趟旅程反映了打造一款旨在為開發人員提供簡單性、安全性和可擴展性的工具所面臨的挑戰和勝利。

請繼續關注 Kisumu 發展成為一種成熟的語言，準備激勵和支援下一代軟體工程師。該專案將在 https://github.com/Zone01-Kisumu-Open-Source-Projects 上線，您可以在這裡關注並隨時了解我們的進展！ ！ ！

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