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Cz Programming Language

Cz 是一个结合了 Zig 的显式分配器、Erlang 的 Actor 隔离和 C3 的模块化的实验性编程语言。

核心特性

  • ✅ 显式分配器：所有内存分配都需要显式传入分配器
  • ✅ Actor 隔离：每个 Actor 拥有独立的堆和消息队列
  • ✅ 模块化：清晰的模块系统和命名空间
  • ✅ 无 GC：确定性内存管理，适合实时系统
  • ✅ 并发安全：通过消息传递避免数据竞争

.cz 文件格式 🆕

Cz 现在支持 .cz 文件格式！

// hello.cz - 真正的 Cz 语言文件
import std;
import cz.actor;

actor Greeter {
    name: string,
    
    receive {
        Greet => {
            std.debug.print("Hello, {s}!\n", .{self.name});
        },
    }
}

pub fn main() !void {
    var greeter = try actor.spawn(Greeter, allocator, "World");
    try greeter.send(.Greet);
}

编译 .cz 文件：

czc hello.cz        # 编译为可执行文件
czc hello.cz -O3    # 优化编译

查看 .cz 文件格式文档 了解详情。

编译器架构 🆕

双后端支持：

1. Zig 后端（默认）

czc hello.cz
  • .cz → .zig → LLVM → 机器码
  • 快速开发
  • 完整的 Zig 生态

2. LLVM 后端

czc hello.cz --llvm
  • .cz → LLVM IR → Clang → 机器码
  • 直接生成 LLVM IR
  • 使用 Clang 优化
  • 与 C/C++ 无缝互操作

3. Cranelift 后端（新增！⚡）

czc hello.cz --backend=cranelift
  • .cz → Cranelift IR → 机器码
  • 编译速度极快（比 LLVM 快 10-100x）
  • 适合开发模式和快速迭代
  • 良好的代码质量（80-90% LLVM 性能）

优化级别：

czc -O0 hello.cz --llvm  # Debug
czc -O2 hello.cz --llvm  # Standard
czc -O3 hello.cz --llvm  # Aggressive
czc -Os hello.cz --llvm  # Size

生成 LLVM IR：

czc hello.cz --emit=llvm-ir

查看 LLVM 后端文档 和 编译器架构文档 了解详情。

MLIR-AIR 优化 🆕🔥

使用 MLIR 进行高级循环优化！

# 使用 MLIR 优化
czc matrix.cz --mlir --mlir-opt=aggressive

# 生成优化后的 MLIR
czc matrix.cz --emit=mlir-opt

优化技术：

  • ✅ 循环融合（Loop Fusion）
  • ✅ 循环平铺（Loop Tiling）
  • ✅ 循环展开（Loop Unrolling）
  • ✅ 自动向量化（SIMD）
  • ✅ 自动并行化（多核）
  • ✅ 多面体优化（Polyhedral）

性能提升：

  • 矩阵乘法：12.5x
  • 图像处理：16.7x
  • 科学计算：5-10x

查看 MLIR 优化文档 了解详情。

Cranelift 后端 🆕⚡

极速编译，快速迭代！

# 使用 Cranelift（编译快 10-20x）
czc main.cz --backend=cranelift -o main

# 开发模式（自动使用 Cranelift）
czc main.cz --mode=dev -o main

# 发布模式（自动使用 LLVM）
czc main.cz --mode=release -o main

性能对比：

编译速度：
LLVM:      120s
Cranelift: 6s   (20x faster!)

运行性能：
LLVM:      100%
Cranelift: 80%  (足够好！)

优势：

  • ⚡ 编译速度极快（10-20x）
  • 🔄 快速迭代开发
  • 💾 内存使用少
  • 🚀 完美的开发体验

查看 Cranelift 后端文档 了解详情。

Mold 高速链接器 🆕⚡

使用 Mold 加速链接！

# 使用 Mold 链接（3-10x 更快）
czc main.cz --use-mold

# 或指定链接器
czc main.cz --linker=mold

性能对比：

GNU ld:  45s
LLD:     15s
Mold:    5s  (9x faster!)

优势：

  • ⚡ 极快的链接速度
  • 🔄 并行链接
  • 💾 内存高效
  • 🚀 完美的开发体验

查看 Mold 链接器文档 了解详情。

快速开始

# 运行 Counter 示例
d:\zig\zig.exe build run

# 运行 Chat Room 示例
d:\zig\zig.exe build chat

# 运行 Exokernel 演示
d:\zig\zig.exe build exo

# 运行 DBOS 演示（数据库操作系统）
d:\zig\zig.exe build dbos

# 运行测试
d:\zig\zig.exe build test

模式匹配 (match-case) 🆕

Python 风格的模式匹配！

// 基础匹配
fn describe_number(n: i32) void {
    match n {
        0 => print("zero"),
        1 => print("one"),
        x if x < 0 => print("negative"),
        _ => print("other"),
    }
}

// 联合类型匹配
const Result = union(enum) {
    ok: i32,
    err: []const u8,
};

fn handle_result(result: Result) void {
    match result {
        .ok(value) => print("Success: {d}", value),
        .err(msg) => print("Error: {s}", msg),
    }
}

// Actor 消息匹配
actor Worker {
    receive {
        msg => match msg {
            .start => self.state = .running,
            .task(priority) if priority > 5 => self.process_urgent(),
            .task(_) => self.process_normal(),
            _ => print("Unknown"),
        },
    }
}

查看 模式匹配文档 了解详情。

语言示例

// 模块定义
module network.tcp;

import std.allocator;
import std.actor;

// Actor 定义
actor TcpServer {
    port: u16,
    connections: List(Connection),
    
    // 初始化时指定分配器
    pub fn init(alloc: Allocator, port: u16) !Self {
        return Self{
            .port = port,
            .connections = try List(Connection).init(alloc),
        };
    }
    
    // 消息处理
    receive {
        Connect(addr: Address) => {
            const conn = try self.connect(addr);
            try self.connections.append(conn);
        },
        
        Disconnect(id: u32) => {
            self.connections.remove(id);
        },
    }
}

// 使用
pub fn main() !void {
    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();
    
    const alloc = gpa.allocator();
    
    // 创建 Actor
    var server = try actor.spawn(TcpServer, alloc, .{8080});
    defer server.stop();
    
    // 发送消息
    try server.send(.{ .Connect = addr });
}

项目结构

CZ/
├── src/
│   ├── runtime/      # Cz 运行时
│   ├── actor/        # Actor 系统实现
│   ├── allocator/    # 分配器抽象
│   └── std/          # 标准库
├── examples/         # 示例代码
└── build.zig         # 构建脚本

设计理念

Cz 的设计目标是创建一个适合构建高性能、高可靠性系统的语言：

  1. 显式优于隐式：内存分配、错误处理都是显式的
  2. 隔离优于共享：Actor 之间不共享内存
  3. 消息优于锁：通过消息传递实现并发
  4. 编译时优于运行时：尽可能在编译时发现错误

操作系统开发 🆕

Cz 现在可以用于操作系统开发！

查看 OS 开发指南 和 Exokernel 设计 了解详情。

核心能力：

  • ✅ Freestanding 模式（裸机运行）
  • ✅ 硬件抽象层（VGA、串口、定时器）
  • ✅ 内核 Actor 调度器
  • ✅ 物理内存管理
  • ✅ Actor 独立内存池
  • ✅ Exokernel 架构（新增！）

Exokernel 示例：

// 注册多个 LibOS
var kernel = try Exokernel.init(allocator, 16 * 1024 * 1024);
_ = kernel.register_libos("BatchOS", batch_os_main);
_ = kernel.register_libos("RTOS", rtos_main);
_ = kernel.register_libos("DatabaseOS", db_main);

// 能力系统保护资源
const cap = kernel.syscall_alloc_page(libos_id);

适用场景：

  • Exokernel（极致性能和灵活性）
  • 微内核操作系统
  • 嵌入式 RTOS
  • IoT 设备固件
  • 教学用 OS
  • 高性能数据库系统

DBOS - Database Operating System 🆕🔥

基于 Asterinas 框内核架构的数据库操作系统！

查看 DBOS 架构文档 了解详情。

核心创新：

  • ✅ Cz Exokernel 作为可信基（TCB ~1000 行）
  • ✅ Safe Rust DBMS 作为安全部分（100% Safe Rust）
  • ✅ 零拷贝 I/O
  • ✅ 自定义内存管理
  • ✅ 极致性能 + 极致安全

架构：

Applications (SQL)
    ↓
Safe Rust DBMS (Untrusted)
    ↓
Cz Exokernel (TCB - Trusted)
    ↓
Hardware

运行演示：

d:\zig\zig.exe build dbos

czpm - 包管理器 🆕

现代化的包管理器，结合 Cargo 和 pnpm 的优点！

查看 czpm 文档 了解详情。

核心特性：

  • ✅ TOML 配置（package.cz）
  • ✅ 硬链接（节省磁盘空间）
  • ✅ Workspace（Monorepo 支持）
  • ✅ 内容寻址（基于哈希）
  • ✅ 快速安装（比 npm 快 10x）

使用示例：

# 创建项目
czpm init my-project

# 添加依赖
czpm add actor-runtime@1.0.0

# 安装（使用硬链接）
czpm install

# 构建和运行
czpm build
czpm run

与其他语言对比

想知道 Cz 与 Zig、C3、Nim、Rust、V 的区别？

查看 语言对比文档 了解详细对比。

Cz 的独特优势：

  • ✅ 唯一内置 Actor 模型的系统语言
  • ✅ 唯一支持 Exokernel 的语言
  • ✅ 唯一有 DBOS 框架的语言
  • ✅ 唯一使用硬链接的包管理器

🚀 快速实用化计划 🆕

目标：3 个月内让 Cz 可以实际使用！

查看 实用化行动计划 了解详情。

核心策略

  1. 转译到 Zig（不从零实现编译器）
  2. 包装 Zig std（不重复造轮）
  3. 复用现有工具（不全部自己做）

时间表

Month 1：编译器可用

  • ✅ 词法/语法分析器（已完成骨架）
  • 🔄 Actor 语法转换
  • 🔄 基础测试

Month 2：标准库完整

  • ⏳ 文件 I/O
  • ⏳ TCP 网络
  • ⏳ JSON 解析
  • ⏳ HashMap/HashSet

Month 3：工具链就绪

  • ⏳ czpm（包管理）
  • ⏳ czfmt（格式化）
  • ⏳ 基础 LSP

立即开始

# 构建编译器
cd czc
zig build

# 测试示例
zig build run -- ../examples/simple.cz -o simple
./simple

查看 实施指南 开始贡献！

自举计划（长期）

Cz 也在规划自举（Self-Hosting）！

查看 自举计划文档 了解详情。

时间表：18 个月实现完全自举（在实用化之后）

开发状态

🚧 实验阶段 - 核心功能已实现：

  • ✅ Actor 运行时
  • ✅ 消息传递
  • ✅ 内存管理
  • ✅ OS 开发支持
  • ✅ Exokernel 架构
  • ✅ DBOS 框架
  • ✅ czpm 包管理器
  • ✅ .cz 文件格式
  • 🔄 自举编译器（进行中）
关于

Cz是一个结合了 Zig 的显式分配器、Erlang 的 Actor 隔离和 C3 的模块化的实验性编程语言。

zigrustmakefile
README.md
27.0 MB
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