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Zen C

現代開發體驗。零開銷。純淨 C。

像高級語言一樣編寫，像 C 一樣運行。

概述 • 社區 • 快速入門 • 生態系統 • 語言參考 • 標準庫 • 工具鏈

概述

Zen C 是一種現代系統編程語言，可編譯為人類可讀的 GNU C/C11。它提供了一套豐富的特性，包括類型推斷、模式匹配、泛型、Trait、async/await 以及具有 RAII 能力的手動內存管理，同時保持 100% 的 C ABI 兼容性。

社區

加入官方 Zen C Discord 服務器，參與討論、展示 Demo、提問或報告 Bug！

Discord: 點擊加入
RFC: 功能提案

生態系統

Zen C 項目包含多個倉庫。下面是主要的倉庫列表：

倉庫	描述	狀態
zenc	Zen C 核心編譯器 (`zc`)、CLI 和標準庫。	活躍開發
docs	官方技術文檔與語言規範。	活躍
rfcs	徵求意見稿 (RFC) 倉庫。塑造語言的未來。	活躍
vscode-zenc	官方 VS Code 擴充功能（語法高亮、程式碼片段）。	Alpha
www	`zenc-lang.org` 的源代碼。	活躍
awesome-zenc	精選的 Zen C 範例列表。	不斷增加

展示

查看這些使用 Zen C 構建的項目：

ZC-pong-3ds: Nintendo 3DS 上的 Pong 克隆版。
zen-c-parin: 使用 Parin 的 Zen C 基礎範例。
almond: 用 Zen C 編寫的極簡網頁瀏覽器。

通用	語言參考
概述社區生態系統 RFC 快速入門文檔標準庫工具鏈 LSP 調試編譯器支持與兼容性貢獻致謝與歸屬	Browse the Language Reference

快速入門

安裝

git clone https://github.com/zenc-lang/zenc.git
cd zenc
make clean # 移除舊的構建文件
make
sudo make install

#### Development Targets

```bash
make format       # Auto-format all source files with clang-format
make format-check # Verify formatting without changing files
make lint         # Run format-check + shellcheck on test scripts
make bench        # Run performance benchmarks
make WERROR=1     # Build with -Werror (warnings as errors)


### Unit Testing Framework

Zen C features a built-in testing framework with **per-test isolation**, **named output**, and **non-fatal assertions**.

For full details, see the [English README](../README.md#unit-testing-framework).


### Windows

Zen C 對 Windows (x86_64) 提供完備的原生支援。你可以使用提供的批处理脚本配合 GCC (MinGW) 進行構建：

```cmd
build.bat

這將構建編譯器 (zc.exe)。網路、檔案系統和程序操作通過平台抽象層 (PAL) 得到完全支援。

或者，如果你有類 Unix 環境（MSYS2、Cygwin、git-bash），也可以使用 make。

便攜式構建 (APE)

Zen C 可以通過 Cosmopolitan Libc 編譯為 Actually Portable Executable (APE)。這將生成一個單個的可執行文件 (.com)，能夠原生運行在 Linux, macOS, Windows, FreeBSD, OpenBSD, 和 NetBSD 上的 x86_64 和 aarch64 架構上。

前提條件：

cosmocc 工具鏈（必須在 PATH 中）

構建與安裝：

make ape
sudo env "PATH=$PATH" make install-ape

產物：

out/bin/zc.com: 便攜式 Zen-C 編譯器。已將標準庫嵌入到可執行文件中。
out/bin/zc-boot.com: 一個自包含的引導安裝程序，用於設置新的 Zen-C 項目。

用法：

# 在任何支持的操作系統上運行
./out/bin/zc.com build hello.zc -o hello

模組化構建

Zen C 分為可選模組。使用 ZC_* 標誌在構建時選擇功能：

標誌	預設值	排除項
`ZC_LSP=0`	1	LSP 伺服器 (~8 個檔案)
`ZC_REPL=0`	1	互動式 REPL (~6 個檔案)
`ZC_PLUGINS=0`	1	外掛系統
`ZC_ZEN=0`	1	`--doc` / `--facts` 模式
`ZC_BACKENDS=0`	1	非 C 後端 (JSON, Lisp 等)
`ZC_TRE=0`	1	TRE 正則表達式庫

make                     # 所有功能 (3.3 MB)
make lite                # 無 LSP、REPL、Zen (2.9 MB)
make core                # 僅編譯器 (2.7 MB)
make minimal             # 最小構建 (2.6 MB)

# 自定義選擇：
make ZC_LSP=0 ZC_REPL=0  # 排除 LSP 和 REPL

禁用的命令會顯示清晰的提示訊息而不會崩潰：zc lsp → "LSP support not included"。

用法

# 編譯並運行
zc run hello.zc

# 構建可執行文件
zc build hello.zc -o hello

# 交互式 Shell
zc repl

# 文檔 (遞迴)
zc doc main.zc

# 文檔 (單文件, 無檢查)
zc doc --no-recursive-doc --no-check main.zc

# 顯示 Zen Facts
zc build hello.zc --zen

環境變量

你可以設置 ZC_ROOT 來指定標準庫的位置（標準導入如 import "std/vector.zc"）。這允許你從任何目錄運行 zc。

export ZC_ROOT=/path/to/zenc

語言參考

有關更多詳細資訊，請參閲官方語言參考。

標準庫

Zen C 包含一個涵蓋基本功能的標準庫 (std)。

瀏覽標準庫文檔

核心模塊

點擊查看所有標準庫模塊

模塊	描述	文檔
`std/bigfloat.zc`	任意精度浮點運算。	文檔
`std/bigint.zc`	任意精度整數 `BigInt`。	文檔
`std/bits.zc`	底層位運算操作 (`rotl`, `rotr` 等)。	文檔
`std/complex.zc`	複數算術 `Complex`。	文檔
`std/vec.zc`	可增長動態數組 `Vec<T>`。	文檔
`std/string.zc`	堆分配的 `String` 類型，支持 UTF-8。	文檔
`std/queue.zc`	先進先出隊列 (環形緩衝區)。	文檔
`std/map.zc`	泛型哈希表 `Map<V>`。	文檔
`std/fs.zc`	文件系統操作。	文檔
`std/io.zc`	標準輸入/輸出 (`print`/`println`)。	文檔
`std/option.zc`	可選值 (`Some`/`None`)。	文檔
`std/result.zc`	錯誤處理 (`Ok`/`Err`)。	文檔
`std/path.zc`	跨平台路徑操作。	文檔
`std/env.zc`	進程環境變量。	文檔
`std/net/`	TCP, UDP, HTTP, DNS, URL.	文檔
`std/thread.zc`	線程與同步。	文檔
`std/time.zc`	時間測量與睡眠。	文檔
`std/json.zc`	JSON 解析與序列化。	文檔
`std/stack.zc`	後進先出棧 `Stack<T>`。	文檔
`std/set.zc`	泛型哈希集合 `Set<T>`。	文檔
`std/process.zc`	進程執行與管理。	文檔
`std/regex.zc`	正則表達式 (基於 TRE)。	文檔
`std/simd.zc`	原生 SIMD 向量類型。	文檔

工具鏈

Zen C 提供內置的語言服務器 (LSP) 和 REPL 以增強開發體驗。

語言服務器 (LSP)

Zen C 語言服務器 (LSP) 支持標準的 LSP 特性，用於編輯器集成：

轉到定義
查找引用
懸停信息
補全 (函數/結構體名，方法/字段的點補全)
文檔符號 (大綱)
簽名幫助
診斷 (語法/語義錯誤)

啟動語言服務器（通常在編輯器的 LSP 設置中配置）：

zc lsp

它通過標準 I/O (JSON-RPC 2.0) 進行通信。

REPL

Read-Eval-Print Loop (REPL) 允許您使用現代的程序內 JIT 編譯（由 LibTCC 提供支持）互動式地嘗試 Zen C 程式碼。

zc repl

特性

JIT 執行：程式碼在記憶體中編譯並直接在 REPL 程序中執行，以實現極速的快反饋。
交互式編碼：輸入表達式或語句以立即求值。
持久歷史：命令保存在 ~/.zprep_history 中。
啟動腳本：自動加載 ~/.zprep_init.zc 中的命令。

命令

命令	描述
`:help`	顯示可用命令。
`:reset`	清除當前會話歷史 (變量/函數)。
`:vars`	顯示活躍變量。
`:funcs`	顯示用戶定義的函數。
`:structs`	顯示用戶定義的結構體。
`:imports`	顯示活躍導入。
`:history`	顯示會話輸入歷史。
`:type <expr>`	顯示表達式的類型。
`:c <stmt>`	顯示語句生成的 C 代碼。
`:time <expr>`	基准測試表達式 (運行 1000 次迭代)。
`:edit [n]`	在 `$EDITOR` 中編輯命令 `n` (默認：最後一條)。
`:save <file>`	將當前會話保存到 `.zc` 文件。
`:load <file>`	將 `.zc` 文件加載並執行到會話中。
`:watch <expr>`	監視表達式 (每次輸入後重新求值)。
`:unwatch <n>`	移除監視。
`:undo`	從會話中移除最後一條命令。
`:delete <n>`	移除索引為 `n` 的命令。
`:clear`	清屏。
`:quit`	退出 REPL。
`! <cmd>`	運行 shell 命令 (如 `!ls`)。

語言伺服器協定 (LSP)

Zen C 包含一個內建的語言伺服器，用於編輯器整合。

安裝與設定指南
支援的編輯器: VS Code, Neovim, Vim, Zed, 以及任何支援 LSP 的編輯器。

使用 zc lsp 啟動服務器。

Zen C 調試

Zen C 程序可以使用標準的 C 調試器（如 LLDB 或 GDB）進行調試。

Visual Studio Code

為了在 VS Code 中獲得最佳體驗，請安裝官方的 Zen C 擴充功能。對於調試，您可以使用 C/C++（由 Microsoft 提供）或 CodeLLDB 擴充功能。

將這些配置添加到您的 .vscode 目錄中，以啟用一鍵調試：

tasks.json (構建任務):

{
    "label": "Zen C: Build Debug",
    "type": "shell",
    "command": "zc",
    "args": [ "${file}", "-g", "-o", "${fileDirname}/app", "-O0" ],
    "group": { "kind": "build", "isDefault": true }
}

launch.json (調試器):

{
    "name": "Zen C: Debug (LLDB)",
    "type": "lldb",
    "request": "launch",
    "program": "${fileDirname}/app",
    "preLaunchTask": "Zen C: Build Debug"
}

編譯器支持與兼容性

Zen C 旨在與大多數 C11 編譯器配合使用。某些特性依賴於 GNU C 擴展，但這些擴展通常在其他編譯器中也能工作。使用 --cc 標誌切換後端。

zc run app.zc --cc clang
zc run app.zc --cc zig

測試套件狀態

點擊查看編譯器支持詳情

編譯器	通過率	受支持特性	已知局限性
GCC	100% (全面)	所有特性	無.
Clang	100% (全面)	所有特性	無.
Zig	100% (全面)	所有特性	無. 使用 `zig cc` 作為替代 C 編譯器.
TCC	98% (高)	結構體, 泛型, Trait, 模式匹配	不支持 Intel ASM, 不支持 `__attribute__((constructor))`.

Warning

編譯器構建警告： 雖然 Zig CC 作為 Zen C 程序的後端非常出色，但使用它構建 Zen C 編譯器本身可能會通過驗證，但會生成無法通過測試的不穩定二進制文件。我們建議使用 GCC 或 Clang 構建編譯器，並僅將 Zig 用作操作代碼的後端。

MISRA C:2012 合規性測試

Zen C 測試套件包含針對 MISRA C:2012 指南的驗證。

Important

MISRA 免責聲明 本項目完全獨立，與 MISRA (Motor Industry Software Reliability Association) 沒有任何關聯、官方認可或商業合作關係。

由於嚴格的版權限制，測試用例僅通過數字標識符列出指南，避免發布內部具體規範。需要原始文檔的用戶，請前往 MISRA 官方門戶網站獲取真實可靠的指南材料。

使用 Zig 構建

Zig 的 zig cc 命令提供了 GCC/Clang 的替代方案，具有出色的跨平台編譯支持。使用 Zig：

# 使用 Zig 編譯並運行 Zen C 程序
zc run app.zc --cc zig

# 使用 Zig 構建 Zen C 編譯器本身
make zig

輸出後端

Zen C 通過 --backend 標誌支援多種輸出後端。每個後端生成不同的目標格式：

後端	標誌	副檔名	描述
C	`--backend c`	`.c`	預設 — GNU C11
C++	`--backend cpp`	`.cpp`	相容 C++11（也可使用 `--cpp`）
CUDA	`--backend cuda`	`.cu`	NVIDIA CUDA C++（也可使用 `--cuda`）
Objective-C	`--backend objc`	`.m`	Objective-C（也可使用 `--objc`）
JSON	`--backend json`	`.json`	機器可讀的 AST，用於工具
AST 轉儲	`--backend ast-dump`	`.ast`	人類可讀的 AST 樹（除錯）
Lisp	`--backend lisp`	`.lisp`	轉譯為 Common Lisp（`sbcl --script`）
Graphviz	`--backend dot`	`.dot`	視覺化 AST 圖（`dot -Tpng ast.dot -o ast.png`）

後端特定選項可以通過 --backend-opt 設定：

# 美化輸出 JSON
zc transpile file.zc --backend json --backend-opt pretty

# 顯示完整原始內容（不截斷）
zc transpile file.zc --backend lisp --backend-opt full-content

# 或使用便捷別名：
zc transpile file.zc --backend json --json-pretty
zc transpile file.zc --backend lisp --backend-full-content

所有後端選項都是自說明的 — 未知的 -- 標誌會自動對照已註冊的後端別名進行檢查。

C++ 互操作

Zen C 可以通過 --backend cpp 標誌（簡稱 --cpp）生成 C++ 兼容的代碼，從而實現與 C++ 庫的無縫集成。

# 直接使用 g++ 編譯
zc app.zc --backend cpp

# 或者轉譯用於手動構建
zc transpile app.zc --backend cpp
g++ out.cpp my_cpp_lib.o -o app

在 Zen C 中使用 C++

包含 C++ 頭文件並在 raw 塊中使用 C++ 代碼：

include <vector>
include <iostream>

raw {
    std::vector<int> make_vec(int a, int b) {
        return {a, b};
    }
}

fn main() {
    let v = make_vec(1, 2);
    raw { std::cout << "Size: " << v.size() << std::endl; }
}

Note

--cpp 標誌會將後端切換為 g++ 並發出 C+ 兼容的代碼（使用 auto 代替 __auto_type，使用函數重載代替 _Generic，以及對 void* 進行顯式轉換）。

CUDA 互操作

Zen C 通過轉譯為 CUDA C++ 來支持 GPU 編程，使用 --backend cuda 標誌（簡稱 --cuda）。這使你在維持 Zen C 人體工程學語法的同時，能夠利用內核中的強大 C++ 特性（模板、constexpr）。

# 直接使用 nvcc 編譯
zc run app.zc --backend cuda

# 或者轉譯用於手動構建
zc transpile app.zc --backend cuda -o app.cu
nvcc app.cu -o app

CUDA 特定屬性

屬性	CUDA 等效項	描述
`@global`	`__global__`	內核函數 (運行在 GPU，從主機調用)
`@device`	`__device__`	設備函數 (運行在 GPU，從 GPU 調用)
`@host`	`__host__`	主機函數 (明確僅 CPU 運行)

內核啟動語法

Zen C 提供了一個簡潔的 launch 語句用於調用 CUDA 內核：

launch kernel_name(args) with {
    grid: num_blocks,
    block: threads_per_block,
    shared_mem: 1024,  // 可選
    stream: my_stream   // 可選
};

這轉譯為：kernel_name<<<grid, block, shared, stream>>>(args);

編寫 CUDA 內核

使用帶有 @global 的 Zen C 函數語法和 launch 語句：

import "std/cuda.zc"

@global
fn add_kernel(a: float*, b: float*, c: float*, n: int) {
    let i = thread_id();
    if i < n {
        c[i] = a[i] + b[i];
    }
}

fn main() {
    def N = 1024;
    let d_a = cuda_alloc<float>(N);
    let d_b = cuda_alloc<float>(N); 
    let d_c = cuda_alloc<float>(N);
    defer cuda_free(d_a);
    defer cuda_free(d_b);
    defer cuda_free(d_c);

    // ... 初始化數據 ...
    
    launch add_kernel(d_a, d_b, d_c, N) with {
        grid: (N + 255) / 256,
        block: 256
    };
    
    cuda_sync();
}

標準庫 (`std/cuda.zc`)

Zen C 為常見的 CUDA 操作提供了一個標準庫，以減少 raw 塊的使用：

import "std/cuda.zc"

// 內存管理
let d_ptr = cuda_alloc<float>(1024);
cuda_copy_to_device(d_ptr, h_ptr, 1024 * sizeof(float));
defer cuda_free(d_ptr);

// 同步
cuda_sync();

// 線程索引 (在內核內部使用)
let i = thread_id(); // 全局索引
let bid = block_id();
let tid = local_id();

Note

注意： --cuda 標誌設置 nvcc 為編譯器並隱含 --cpp 模式。需要安裝 NVIDIA CUDA Toolkit。

C23 支援

當使用相容的後端編譯器（GCC 14+, Clang 14+）時，Zen C 支援現代 C23 特性。

auto: 如果 __STDC_VERSION__ >= 202300L，Zen C 會自動將型別推導映射到標準 C23 auto。
_BitInt(N): 使用 iN 和 uN 型別（例如 i256, u12, i24）存取 C23 任意位元寬度整數。

Objective-C 互操作

Zen C 可以通過 --backend objc 標誌（簡稱 --objc）編譯為 Objective-C (.m)，允許你使用 Objective-C 框架（如 Cocoa/Foundation）和語法。

# 使用 clang 編譯（或 gcc/gnustep）
zc app.zc --backend objc --cc clang

在 Zen C 中使用 Objective-C

使用 include 包含頭文件，並在 raw 塊中使用 Objective-C 語法 (@interface, [...], @"")。

//> macos: framework: Foundation
//> linux: cflags: -fconstant-string-class=NSConstantString -D_NATIVE_OBJC_EXCEPTIONS
//> linux: link: -lgnustep-base -lobjc

include <Foundation/Foundation.h>

fn main() {
    raw {
        NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
        NSLog(@"來自 Objective-C 的問候！");
        [pool drain];
    }
    println "Zen C 也能正常工作！";
}

Note

注意： Zen C 字符串插值通過調用 debugDescription 或 description 同樣適用於 Objective-C 對象 (id)。

18. 單元測試框架

Zen C 内置了測試框架，允許你使用 test 關鍵字直接在源文件中編寫單元測試。

語法

test 塊包含一個描述性名稱和要執行的代碼體。測試不需要 main 函數即可運行。

test "unittest1" {
    "這是一個單元測試";

    let a = 3;
    assert(a > 0, "a 應該是一個正整數");

    "unittest1 通過。";
}

運行測試

要運行文件中的所有測試，請使用 run 命令。編譯器將自動檢測並執行所有頂層 test 塊。

zc run my_file.zc

斷言

使用內置的 assert(condition, message) 函數來驗證預期。如果條件為假，測試將失敗並打印提供的消息。

公共 API（嵌入）

Zen C 可以通過 src/public/*.h 中的公共標頭檔作為 C 函式庫使用。這些標頭檔無需 -DZC_ALLOW_INTERNAL 即可編譯，並提供了將編譯器嵌入到您自己的工具中的穩定 API：

#include <zc_core.h>
#include <zc_driver.h>
#include <zc_diag.h>

int main(void) {
    ZenCompiler compiler = {0};
    compiler.config.input_file = "source.zc";
    return driver_run(&compiler);
}

編譯方式：

cc -I src/public -I src -I src/utils my_tool.c -o my_tool

安裝後（make install）：

cc -I /usr/local/include/zenc my_tool.c -o my_tool

公共 API 涵蓋：

zc_core.h — CompilerConfig、ZenCompiler、ASTNode、Type 類型，解析器入口點，類型內省輔助函數
zc_driver.h — driver_run()、driver_compile()（完整管線編排）
zc_codegen.h — codegen_node()、emit_preamble()、format_expression_as_c()
zc_analysis.h — check_program()、check_moves_only()、resolve_alias()
zc_diag.h — zerror_at()、zwarn_at()、zpanic_at()，診斷報告
zc_utils.h — Emitter（輸出緩衝區）、load_file()、z_resolve_path()

使用 sudo make install 安裝以部署標頭檔、二進位檔、手冊頁和標準函式庫。

貢獻

我們歡迎各類貢獻！無論是修復 Bug、完善文檔，還是提出新功能建議。

請參閱 CONTRIBUTING_ZH_TW.md 了解有關如何貢獻、運行測試和提交拉取請求的詳細指南。

安全

關於安全漏洞報告的說明，請參閱 SECURITY_ZH_TW.md。

致謝與歸属

本項目使用了第三方庫。完整許可證文本可在 LICENSES/ 目錄中找到。

cJSON (MIT 許可證)：用於語言服務器中的 JSON 解析和生成。
zc-ape (MIT 許可證)：由 Eugene Olonov 開發的原版 Zen-C 實際上便攜的可執行文件 (APE) 端口。
Cosmopolitan Libc (ISC 許可證)：使 APE 成為可能納基礎庫。
TRE (BSD 許可證)：用於標準庫中的正則表達式引擎。
zenc.vim (MIT 許可證)：官方 Vim/Neovim 插件，主要由 davidscholberg 編寫。
TinyCC (LGPL 許可證)：用於高效能 REPL 評估的基礎 JIT 引擎。

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Zen C

現代開發體驗。零開銷。純淨 C。

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社區

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快速入門

安裝

便攜式構建 (APE)

模組化構建

用法

環境變量

語言參考

標準庫

核心模塊

工具鏈

語言服務器 (LSP)

REPL

特性

命令

語言伺服器協定 (LSP)

Zen C 調試

Visual Studio Code

編譯器支持與兼容性

測試套件狀態

MISRA C:2012 合規性測試

使用 Zig 構建

輸出後端

C++ 互操作

在 Zen C 中使用 C++

CUDA 互操作

CUDA 特定屬性

內核啟動語法

編寫 CUDA 內核

標準庫 (std/cuda.zc)

C23 支援

Objective-C 互操作

在 Zen C 中使用 Objective-C

18. 單元測試框架

語法

運行測試

斷言

公共 API（嵌入）

貢獻

安全

致謝與歸属

標準庫 (`std/cuda.zc`)