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Zig 中的可调整大小结构体 -- Resizable structs in Zig

原文链接 | HN讨论 | 2025-07-27 14:05:03

文章摘要

文章探讨了在Zig语言中实现“运行时可调整大小的结构体”的概念，并利用Zig的编译时功能设计了相关API。作者通过分析Zig标准库中的数组和多元素指针，解释了如何通过组合这些基本类型来实现动态调整大小的结构体，并提供了一个GitHub上的最小化实现示例。

文章总结

文章标题：Zig中的可调整大小结构体

主要内容：

在这篇文章中，作者Tristan Pemble探讨了在Zig编程语言中引入“运行时可调整大小结构体”的概念，并设计了一个利用Zig强大的编译时（comptime）功能的API。

核心内容：

  1. 数组与多元素指针：

    • Zig标准库支持多种集合类型，这些类型可以归结为两种基本的数据存储类型：数组（[N]T）和多元素指针（[*]T）。
    • 切片（Slices）可以看作是多元素指针和长度的语法糖，但一旦分配后，切片的长度无法动态调整，除非重新分配内存。

  2. 结构体：

    • 结构体（Structs）可以看作是由不同类型组成的连续集合，其大小在编译时已知。

  3. 问题与需求：

    • 当前Zig缺少一种工具，能够处理在运行时才知道大小的、由不同类型组成的连续数据存储。作者提出了对这种工具的需求，并给出了一个实际用例。

  4. 现状与挑战：

    • 目前，要实现类似功能，开发者需要手动计算数据大小、分配内存、使用指针操作来分割数据，并确保对齐和长度的正确性。这一过程复杂且容易出错。

  5. 可变长度数组（VLA）：

    • 一些编程语言支持可变长度数组，但Zig明确表示不会在语言规范中加入VLA。相反，Zig建议使用堆分配的切片或栈上的数组作为后备存储。

  6. API设计：

    • 作者设想了一个API，通过ResizableArray和ResizableStruct来实现运行时可调整大小的结构体。ResizableStruct作为一个工具类型，简化了对字段指针的操作，并支持动态调整大小。

  7. 实现细节：

    • 作者实现了一个最小化的概念验证，并将其发布在GitHub上。该实现通过编译时元编程来计算字段的大小、偏移和对齐，从而简化了内存管理和数据访问。

  8. 反馈请求：

    • 作者认为这种功能对Zig标准库是一个有价值的补充，并邀请社区提供反馈和实际用例，以进一步完善API。

总结：

文章详细介绍了在Zig中实现运行时可调整大小结构体的概念、设计思路和实现细节，旨在解决现有工具在处理动态大小、不同类型数据存储时的不足。作者通过编译时元编程和自定义API，简化了复杂的内存管理操作，并希望这一功能能够被纳入Zig标准库。

评论总结

评论内容总结：

  1. 作者互动

    • 作者rvrb表示愿意接受问题和反馈，鼓励互动。
      引用：
    • "I am the author of this post, let me know if you have any questions or feedback :)"
    • “我是这篇文章的作者，如果有任何问题或反馈，请告诉我 :)”

  2. 关于Zig语言中动态大小类型（DSTs）的讨论

    • atmikemikeb建议使用Zig的opaque类型来实现类似功能，认为其更简洁且在某些情况下更易用。
      引用：
    • "Why not use zig's opaque? It's pretty clean at this imo: Less metaprogramming but I think nicer to use in some cases."
    • “为什么不使用Zig的opaque？我认为它更简洁，虽然元编程较少，但在某些情况下更易用。”

  3. 对Zig不支持可变长度数组（VLAs）的批评

    • mananaysiempre对Zig不支持VLAs表示遗憾，认为VLAs在跨ABI边界时非常有用，并提到Swift和IBM的SOM系统曾使用类似技术。
      引用：
    • "Too bad, aligned byte-typed VLAs (and a license to retype them as a struct) are what you need to get stack allocation across ABI boundaries the way Swift does it."
    • “可惜，对齐的字节类型VLAs（以及将其重新类型化为结构体的能力）是实现跨ABI边界栈分配的关键，就像Swift那样。”

  4. 对VLAs的进一步讨论

    • konstantinua00不理解为何VLAs的讨论总是因“无法安全地放在栈上”而停滞，建议将其作为堆类型引入，认为其类型系统中有用。
      引用：
    • "why not to make it heap-only type? it seems such a useful addition to type system, why ignore it due to one usecase?"
    • “为什么不将其作为堆类型？它似乎是类型系统中非常有用的补充，为什么要因为一个用例而忽略它？”

总结：评论主要围绕Zig语言的设计选择展开，涉及opaque类型的应用、对VLAs的支持与否及其在类型系统中的潜在价值。不同观点反映了开发者对语言特性的不同需求和理解。