摘要：C3 是一种基于 C 语言的系统编程语言，旨在通过现代化的语法和功能改进 C 语言，同时保留 C 程序员熟悉的语法和语义。C3 不是对 C 的彻底颠覆，而是其“进化版”，通过引入模块化、错误处理、泛型等现代特性，解决了 C 语言在开发效率和安全性方面的不足。C
C3 是一种基于 C 语言的系统编程语言，旨在通过现代化的语法和功能改进 C 语言，同时保留 C 程序员熟悉的语法和语义。C3 不是对 C 的彻底颠覆，而是其“进化版”，通过引入模块化、错误处理、泛型等现代特性，解决了 C 语言在开发效率和安全性方面的不足。C3 的设计哲学是“实用主义”，注重性能、简洁性和与 C 的无缝互操作性。
C3 的核心目标包括：
与 C 的完全 ABI 兼容：C3 和 C 代码可以轻松混合使用，无需复杂转换。现代化特性：提供模块、泛型、错误处理等功能，提升开发效率。高性能：基于 LLVM 后端，支持零开销错误处理和快速编译。易学性：C 程序员可以快速上手，学习曲线平缓。C3 适用于系统编程、嵌入式开发、游戏开发等领域，尤其适合需要高性能、低级控制且希望提升开发效率的项目。
C3 的特点使其在系统编程领域具有独特的优势：
模块化设计：C3 使用模块封装代码，取代 C 的头文件，提供清晰的命名空间管理。安全性和错误处理：通过可选类型（Optionals）、Defer 语句和契约（Contracts），减少空指针错误和资源泄漏。泛型支持：C3 的泛型模块简化了通用代码的编写，类似于 C++ 模板但更直观。高性能：支持 SIMD 向量、自定义内存分配器和内联汇编，适合性能敏感场景。跨平台：提供跨平台抽象，同时保留对底层平台的直接访问能力。现代化工具：支持详细的栈追踪、编译时执行和宏系统，增强调试和开发体验。C3 的标准库（std）提供了丰富的功能模块，分为以下核心类别：
std::core：核心功能模块，包含字符串操作、内存分配器和类型自省工具。std::collections：容器模块，提供列表、哈希表等数据结构。std::io：输入输出模块，支持文件操作、路径处理和终端输出。std::cinterop：C 互操作模块，提供与 C 类型和库的兼容性。std::collections::list 和 std::collections::map：泛型容器，分别实现动态列表和哈希映射。以下是对每个模块的详细介绍及代码示例。
std::core 是 C3 的核心模块，默认隐式导入，包含以下关键功能：
字符串操作：支持 String（带长度的字符数组）、DString（动态字符串）、ZString（C 风格零终止字符串）等。内存分配：提供多种分配器（如临时分配器）以优化内存管理。类型自省：支持运行时和编译时类型检查，常用于宏和契约。代码示例：字符串操作与内存分配
import std::core;fn void main {// 创建动态字符串DString* dstr = DString.new("Hello, ");DString.append(dstr, "C3!");// 转换为 String 并打印String s = dstr.copy_str;io::printn(s);// 使用临时分配器char* temp = alloc_temp(100);strcpy(temp, "Temporary buffer");io::printn(temp);// 自动释放临时内存}说明：此示例展示了动态字符串的创建、追加和转换，以及临时分配器的使用。DString 适合动态字符串操作，而 alloc_temp 提供高效的临时内存管理。
std::collections 提供泛型容器，包括：
List：动态数组，支持泛型元素。HashMap：键值对存储，支持高效查找。代码示例：使用泛型 List 和 HashMap
import std::collections::list;import std::collections::map;import std::io;fn void main {// 创建泛型 ListList* numbers = List.new;List.push(numbers, 1);List.push(numbers, 2);List.push(numbers, 3);// 遍历并打印foreach (int n : numbers) {io::printn("Number: %d", n);}// 创建 HashMapHashMap* scores = HashMap.new;HashMap.put(scores, "Alice", 90);HashMap.put(scores, "Bob", 85);// 查找并打印int* score = HashMap.get(scores, "Alice");if (score != null) {io::printn("Alice's score: %d", *score);}}说明：List 和 HashMap 使用泛型语法，简化了动态数据结构的操作。foreach 循环提供安全的迭代方式。
std::io 模块支持文件操作、路径处理和终端输出，包含：
std::io::File：文件读写操作。std::io::path：跨平台路径处理。打印函数：如 printn（打印并换行）。代码示例：文件读写与路径操作
import std::io;fn void main {// 写入文件File* file = io::file::open("example.txt", "w");if (file == null) {io::printn("Failed to open file");return;}io::file::write(file, "Hello, C3!\n");io::file::close(file);// 读取文件file = io::file::open("example.txt", "r");if (file != null) {String content = io::file::read_all(file);io::printn("File content: %s", content);io::file::close(file);}// 路径操作String path = io::path::join("dir", "example.txt");io::printn("Path: %s", path);}std::cinterop 提供与 C 代码的互操作支持，定义了与 C 类型（如 c_int、c_char）对应的 C3 类型，确保跨平台兼容性。
代码示例：调用 C 标准库函数
import std::cinterop;import std::io;extern fn int printf(ZString format, ...) @extern("printf");fn void main {// 使用 C 的 printfprintf("Hello from C interop: %d\n", 42);// 使用 C3 的类型与 C 交互c_int x = 100;io::printn("C-compatible int: %d", x);}说明：通过 extern 声明，C3 可以直接调用 C 标准库的 printf 函数。c_int 确保与 C 类型一致。
C3 适用于以下场景：
系统编程：如操作系统内核、驱动程序开发，受益于其高性能和低级控制能力。嵌入式开发：C3 的跨平台抽象和内联汇编适合资源受限的嵌入式设备。游戏开发：通过 SIMD 向量和泛型模块，C3 可用于高性能游戏引擎开发。库开发：C3 的模块化和 C ABI 兼容性使其适合开发可被 C/C++ 调用的库。遗留代码迁移：C3 支持 C 代码逐步迁移，适合重构老旧 C 项目。以下为各功能模块的更复杂示例，展示 C3 的高级特性。
C3 的模块系统支持命名空间封装，泛型模块则提供类型安全的通用代码。
代码示例：实现泛型栈模块
module stack {Type};import std::collections::list;import std::io;struct Stack {List* items;}fn Stack* Stack.new {Stack* s = alloc(sizeof(Stack));s.items = List.new;return s;}fn void Stack.push(Stack* s, Type value) {List.push(s.items, value);}fn Type? Stack.pop(Stack* s) {return List.pop(s.items);}fn void main {Stack* int_stack = Stack.new;Stack.push(int_stack, 10);Stack.push(int_stack, 20);int? value = Stack.pop(int_stack);if (value != null) {io::printn("Popped: %d", *value);}}说明：此示例定义了一个泛型栈模块，使用 List 实现栈操作。Type? 表示可选类型，确保安全访问。
C3 使用可选类型和 Defer 语句处理错误和资源管理，避免 C 中常见的空指针问题。
代码示例：安全的文件操作
import std::io;fn String? read_config(String path) {File* file = io::file::open(path, "r");defer io::file::close(file);if (file == null) {return null;}return io::file::read_all(file);}fn void main {String? config = read_config("config.txt");if (config != null) {io::printn("Config: %s", *config);} else {io::printn("Failed to read config");}}说明：defer 确保文件在函数退出时关闭，String? 表示可能为空的返回值，简化错误处理。
C3 支持通过注释定义契约，用于运行时和编译时约束检查。
代码示例：使用契约验证输入
import std::io;fn int factorial(int n) // @require(n >= 0, "n must be non-negative")// @ensure(result >= 1, "result must be positive"){if (n == 0) return 1;return n * factorial(n - 1);}fn void main {int result = factorial(5);io::printn("Factorial of 5: %d", result);}C3 支持 SIMD 向量操作，适合高性能计算场景。
代码示例：向量加法
import std::io;fn void vector_add(float[4] a, float[4] b, float[4]* result) {*result = a + b; // SIMD 向量加法}fn void main {float[4] a = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0};float[4] b = {5.0, 6.0, 7.0, 8.0};float[4] result;vector_add(a, b, &result);io::printn("Result: %f, %f, %f, %f", result[0], result[1], result[2], result[3]);}C3 编程语言通过现代化的语法和功能，解决了 C 语言在开发效率和安全性方面的不足，同时保留了 C 的高性能和灵活性。其模块化设计、泛型支持、错误处理机制和与 C 的无缝互操作性，使其成为系统编程、嵌入式开发和游戏开发等领域的理想选择。开发者可以通过 C3 的标准库快速构建高效、安全的应用程序，同时利用其高级特性（如 SIMD 和契约）优化性能和代码质量。
要开始使用 C3，请访问 C3 官方网站 下载编译器，并加入 C3 社区（Discord）获取支持。无论是新项目开发还是遗留 C 代码迁移，C3 都能为您提供强大的工具和灵活性。
来源：山东王者学伴
