# cz

**Repository Path**: cz_lang/cz

## Basic Information

- **Project Name**: cz
- **Description**: 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。
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: MulanPSL-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-11-08
- **Last Updated**: 2025-11-08

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: cz, 编程语言, 现代编程语言

## README

# 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！**

```cz
// 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**：
```bash
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](docs/CZ_FILE_FORMAT.md) 了解详情。

## 编译器架构 🆕

**双后端支持**：

### 1. Zig 后端（默认）
```bash
czc hello.cz
```
- .cz → .zig → LLVM → 机器码
- 快速开发
- 完整的 Zig 生态

### 2. LLVM 后端
```bash
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！⚡）
```bash
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**：
```bash
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**：
```bash
czc hello.cz --emit=llvm-ir
```

查看 [LLVM 后端文档](docs/LLVM_BACKEND.md) 和 [编译器架构文档](docs/COMPILER_ARCHITECTURE.md) 了解详情。

### MLIR-AIR 优化 🆕🔥

**使用 MLIR 进行高级循环优化！**

```bash
# 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](docs/MLIR_OPTIMIZATION.md) 了解详情。

### Cranelift 后端 🆕⚡

**极速编译，快速迭代！**

```bash
# 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](docs/CRANELIFT_BACKEND.md) 了解详情。

### Mold 高速链接器 🆕⚡

**使用 Mold 加速链接！**

```bash
# 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](docs/MOLD_LINKER.md) 了解详情。

## 快速开始

```bash
# 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！**

```cz
// 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](docs/PATTERN_MATCHING.md) 了解详情。

## 语言示例

```cz
// 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](docs/OS_DEVELOPMENT.md) 和 [Exokernel 设计](docs/EXOKERNEL.md) 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**：
```zig
// 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](docs/DBOS_ARCHITECTURE.md) 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：
```bash
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](docs/CZPM.md) 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**：
```bash
# 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](docs/LANGUAGE_COMPARISON.md) 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](MAKING_IT_USABLE.md) 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

```bash
# 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](IMPLEMENTATION_GUIDE.md) 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](docs/SELF_HOSTING.md) 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）