Egg：没有 GC、不写生命周期标注，但内存安全的小语言，编译成 C99

最近 Matz 合并了我给 Spinel 的一个 PR，顺便介绍一下我在做的语言 Egg： https://github.com/femto/egg

一句话：编译成可移植 C99，没有 GC，但释放后使用、重复释放、内存泄漏都是编译错误，而且不用写生命周期标注。

几个设计重点

单一所有者。每个缓冲区只有一个所有者，借用在最后一次使用时结束，不需要写 'a。

没有未定义行为。整数溢出、除以零、数组越界都会 panic，不会悄悄回绕或踩坏内存。

能力写在签名里。语言核心不能做 IO，也不能分配内存。文件要先声明 uses io, alloc，再由 main 把这些值往下传，看函数签名就知道它能碰什么。

线程之间不共享数据。有所有者的值通过 channel 在线程之间转移。

长什么样

uses alloc, io

fn greet(io: Io, a: Allocator, name: str) void {
const msg = a.concat("hello, ", name)
defer a.free(msg)
io.print(msg)
}

fn main(io: Io, a: Allocator) void {
greet(io, a, "egg")
}

忘了写 defer a.free(msg)，编译不过：

hello.egg:4:11: error[E135]: 'msg' still owns its buffer when 'greet' ends; free it (a.free(msg)), return it or pass it on

去掉 uses 里的 io，也用不了：

hello.egg:6:8: error[E130]: 'greet' uses io (Io.print), but its module does not declare it; add uses io at the top of the file

切片还要用，原来的缓冲区就不能改：

const path = line[4..]
a.push(&line, '!') // 可能会挪动底层字节
io.print(path)

slice.egg:7:12: error[E149]: 'line' cannot be changed here: the slice 'path' of it is used later

把 io.print(path) 挪到 push 前面，就能编过。

另外还有带数据的联合类型 union(enum) + switch 解构、defer、泛型容器等，例子在仓库的 examples/ 里。

编译器是用 Ruby 写的

编译器 eggc 大约 1.2 万行，全部用 Spinel https://github.com/matz/spinel（Matz 写的 Ruby AOT 编译器，把 Ruby 子集编译成 C）能编译的那部分 Ruby 写成。平时跑在 CRuby 上，也能用 Spinel 编成原生程序：早期的 v0 这样编过，启动时间从约 350 ms 降到约 5 ms，也不再需要装 Ruby。现在的版本还卡在几个 Spinel 的 issue 上（#11078 https://github.com/matz/spinel/issues/11078、#11079 https://github.com/matz/spinel/issues/11079、#11080 https://github.com/matz/spinel/issues/11080 ）。

性能

小程序：时间是 C 的多少倍（i7-9700K，溢出和越界检查全开）

程序
Egg
Rust（开溢出检查）
Zig ReleaseSafe
CPython
Ruby 3.2

fib(40)
1.53x
1.62x
1.51x
95x
44x

sieve，5000 万
1.10x
1.04x
1.19x
27x
23x

collatz，300 万
1.07x
1.37x
1.34x
55x
26x

matmul，800800
2.31x
1.11x
1.23x
345x
164x

matmul 落后，是因为 eggc 还没有把内层循环的越界检查优化掉。

真实应用：用 Egg 移植 ONCE Campfire

为了在真实应用上检验，我在用 Egg 移植 Basecamp 的群聊应用 ONCE Campfire https://github.com/basecamp/once-campfire： https://github.com/femto/once-campfire-egg

它直接用 Rails 版生成的数据库，和 Basecamp 官方的 Rust 移植版 https://github.com/basecamp/once-campfire-rust 输出逐字节一致的 HTML，用官方的测试工具 https://github.com/basecamp/once-campfire-verification 对比：每个响应都做内容校验，每条写入都回查数据库。

GitHub Actions ubuntu-latest，应用占 2 核，每秒请求数，两边都开缓存：

路由
Rust
Egg

房间页
12,710
41,833

侧栏
14,287
51,243

搜索
14,138
50,540

静态 CSS
48,060
108,761

发消息
1,818
1,771

先说清楚：不开缓存时 Egg 每次都重新渲染并 gzip 整页，页面比 Rust 慢很多，完整数据在仓库的 docs/benchmark.md http://benchmark.md。

实时聊天（Action Cable over WebSocket），1000 个客户端在同一个繁忙房间，每条消息都检查是否送达每个客户端：

Rust
Egg

满负载下每秒完整送达的消息数
178
195-222

送达所有客户端的延迟 p50
37 ms
51-56 ms

没送达全部客户端的消息
0
0

内存峰值
134 MiB
35-39 MiB

基本持平，内存约四分之一。为此 Egg 新加了事件循环 net.poller()，底层是 epoll / kqueue / WSAPoll。

现状

还很年轻，语法还会变。Campfire 目前做了官方测试覆盖的路由和完整的实时聊天，其余部分还在做。

只需要 Ruby 3.0+ 和一个 C 编译器：

git clone https://github.com/femto/egg
cd egg
bin/eggc run examples/complex/dijkstra.egg

欢迎 star。

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