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Zen C

现代开发体验。零开销。纯净 C。

像高级语言一样编写，像 C 一样运行。

概述 • 社区 • 快速入门 • 生态系统 • 语言参考 • 标准库 • 工具链

概述

Zen C 是一种现代系统编程语言，可编译为人类可读的 GNU C/C11。它提供了一套丰富的特性，包括类型推断、模式匹配、泛型、Trait、async/await 以及具有 RAII 能力的手动内存管理，同时保持 100% 的 C ABI 兼容性。

社区

加入官方 Zen C Discord 服务器，参与讨论、展示 Demo、提问或报告 Bug！

Discord: 点击加入
RFC: 功能提案

生态系统

Zen C 项目包含多个仓库。下面是主要的仓库列表：

仓库	描述	状态
zenc	Zen C 核心编译器 (`zc`)、CLI 和标准库。	活跃开发
docs	官方技术文档与语言规范。	活跃
rfcs	征求意见稿 (RFC) 仓库。塑造语言的未来。	活跃
vscode-zenc	官方 VS Code 扩展（语法高亮、代码片段）。	Alpha
www	`zenc-lang.org` 的源代码。	活跃
awesome-zenc	精选的 Zen C 示例列表。	不断增加
zenc.vim	官方 Vim/Neovim 插件（语法高亮、智能缩进）。	活跃

展示

查看这些使用 Zen C 构建的项目：

ZC-pong-3ds: Nintendo 3DS 上的 Pong 克隆版。
zen-c-parin: 使用 Parin 的 Zen C 基础示例。
almond: 用 Zen C 编写的极简网页浏览器。

通用	语言参考
概述社区生态系统 RFC 快速入门文档标准库工具链 LSP 调试编译器支持与兼容性贡献致谢与归属	Browse the Language Reference

快速入门

安装

git clone https://github.com/zenc-lang/zenc.git
cd zenc
make clean # 移除旧的构建文件
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 对 Windows (x86_64) 提供完备的原生支持。你可以使用提供的批处理脚本配合 GCC (MinGW) 进行构建：

```cmd
build.bat

这将构建编译器 (zc.exe)。网络、文件系统和进程操作通过平台抽象层 (PAL) 得到完全支持。

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

便携式构建 (APE)

Zen C 可以通过 Cosmopolitan Libc 编译为 Actually Portable Executable (APE)。这将生成一个单个的可执行文件 (.com)，能够原生运行在 Linux, macOS, Windows, FreeBSD, OpenBSD, 和 NetBSD 上的 x86_64 和 aarch64 架构上。

前提条件：

cosmocc 工具链（必须在 PATH 中）

构建与安装：

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

产物：

out/bin/zc.com: 便携式 Zen-C 编译器。已将标准库嵌入到可执行文件中。
out/bin/zc-boot.com: 一个自包含的引导安装程序，用于设置新的 Zen-C 项目。

用法：

# 在任何支持的操作系统上运行
./out/bin/zc.com build hello.zc -o hello

用法

# 编译并运行
zc run hello.zc

# 构建可执行文件
zc build hello.zc -o hello

# 交互式 Shell
zc repl

# 文档 (递归)
zc doc main.zc

# 文档 (单文件, 无检查)
zc doc --no-recursive-doc --no-check main.zc

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

环境变量

你可以设置 ZC_ROOT 来指定标准库的位置（标准导入如 import "std/vector.zc"）。这允许你从任何目录运行 zc。

export ZC_ROOT=/path/to/zenc

语言参考

有关更多详细信息，请参阅官方语言参考。

标准库

Zen C 包含一个涵盖基本功能的标准库 (std)。

浏览标准库文档

核心模块

点击查看所有标准库模块

模块	描述	文档
`std/bigfloat.zc`	任意精度浮点运算。	文档
`std/bigint.zc`	任意精度整数 `BigInt`。	文档
`std/bits.zc`	底层位运算操作 (`rotl`, `rotr` 等)。	文档
`std/complex.zc`	复数算术 `Complex`。	文档
`std/vec.zc`	可增长动态数组 `Vec<T>`。	文档
`std/string.zc`	堆分配的 `String` 类型，支持 UTF-8。	文档
`std/queue.zc`	先进先出队列 (环形缓冲区)。	文档
`std/map.zc`	泛型哈希表 `Map<V>`。	文档
`std/fs.zc`	文件系统操作。	文档
`std/io.zc`	标准输入/输出 (`print`/`println`)。	文档
`std/option.zc`	可选值 (`Some`/`None`)。	文档
`std/result.zc`	错误处理 (`Ok`/`Err`)。	文档
`std/path.zc`	跨平台路径操作。	文档
`std/env.zc`	进程环境变量。	文档
`std/net/`	TCP, UDP, HTTP, DNS, URL.	文档
`std/thread.zc`	线程与同步。	文档
`std/time.zc`	时间测量与睡眠。	文档
`std/json.zc`	JSON 解析与序列化。	文档
`std/stack.zc`	后进先出栈 `Stack<T>`。	文档
`std/set.zc`	泛型哈希集合 `Set<T>`。	文档
`std/process.zc`	进程执行与管理。	文档
`std/regex.zc`	正则表达式 (基于 TRE)。	文档
`std/simd.zc`	原生 SIMD 向量类型。	文档

工具链

Zen C 提供内置的语言服务器 (LSP) 和 REPL 以增强开发体验。

语言服务器 (LSP)

Zen C 语言服务器 (LSP) 支持标准的 LSP 特性，用于编辑器集成：

转到定义
查找引用
悬停信息
补全 (函数/结构体名，方法/字段的点补全)
文档符号 (大纲)
签名帮助
诊断 (语法/语义错误)

启动语言服务器（通常在编辑器的 LSP 设置中配置）：

zc lsp

它通过标准 I/O (JSON-RPC 2.0) 进行通信。

REPL

Read-Eval-Print Loop (REPL) 允许您使用现代的进程内 JIT 编译（由 LibTCC 提供支持）交互式地尝试 Zen C 代码。

zc repl

特性

JIT 执行：代码在内存中编译并直接在 REPL 进程中执行，以实现极速的反馈。
交互式编码：输入表达式或语句以立即求值。
持久历史：命令保存在 ~/.zprep_history 中。
启动脚本：自动加载 ~/.zprep_init.zc 中的命令。

命令

命令	描述
`:help`	显示可用命令。
`:reset`	清除当前会话历史 (变量/函数)。
`:vars`	显示活跃变量。
`:funcs`	显示用户定义的函数。
`:structs`	显示用户定义的结构体。
`:imports`	显示活跃导入。
`:history`	显示会话输入历史。
`:type <expr>`	显示表达式的类型。
`:c <stmt>`	显示语句生成的 C 代码。
`:time <expr>`	基准测试表达式 (运行 1000 次迭代)。
`:edit [n]`	在 `$EDITOR` 中编辑命令 `n` (默认：最后一条)。
`:save <file>`	将当前会话保存到 `.zc` 文件。
`:load <file>`	将 `.zc` 文件加载并执行到会话中。
`:watch <expr>`	监视表达式 (每次输入后重新求值)。
`:unwatch <n>`	移除监视。
`:undo`	从会话中移除最后一条命令。
`:delete <n>`	移除索引为 `n` 的命令。
`:clear`	清屏。
`:quit`	退出 REPL。
`! <cmd>`	运行 shell 命令 (如 `!ls`)。

语言服务器协议 (LSP)

Zen C 包含一个内置的语言服务器，用于编辑器集成。

安装与设置指南
支持的编辑器: VS Code, Neovim, Vim, Zed, 以及任何支持 LSP 的编辑器。

使用 zc lsp 启动服务器。

Zen C 调试

Zen C 程序可以使用标准的 C 调试器（如 LLDB 或 GDB）进行调试。

Visual Studio Code

为了在 VS Code 中获得最佳体验，请安装官方的 Zen C 扩展。对于调试，您可以使用 C/C++（由 Microsoft 提供）或 CodeLLDB 扩展。

将这些配置添加到您的 .vscode 目录中，以启用一键调试：

tasks.json (构建任务):

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

launch.json (调试器):

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

编译器支持与兼容性

Zen C 旨在与大多数 C11 编译器配合使用。某些特性依赖于 GNU C 扩展，但这些扩展通常在其他编译器中也能工作。使用 --cc 标志切换后端。

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

测试套件状态

点击查看编译器支持详情

编译器	通过率	受支持特性	已知局限性
GCC	100% (全面)	所有特性	无.
Clang	100% (全面)	所有特性	无.
Zig	100% (全面)	所有特性	无. 使用 `zig cc` 作为替代 C 编译器.
TCC	98% (高)	结构体, 泛型, Trait, 模式匹配	不支持 Intel ASM, 不支持 `__attribute__((constructor))`.

Warning

编译器构建警告： 虽然 Zig CC 作为 Zen C 程序的后端非常出色，但使用它构建 Zen C 编译器本身可能会通过验证，但会生成无法通过测试的不稳定二进制文件。我们建议使用 GCC 或 Clang 构建编译器，并仅将 Zig 用作操作代码的后端。

[!TIP]

MISRA C:2012 合规性测试

Zen C 测试套件包含针对 MISRA C:2012 指南的验证。

Important

MISRA 免责声明 本项目完全独立，与 MISRA (Motor Industry Software Reliability Association) 没有任何关联、官方认可或商业合作关系。

由于严格的版权限制，测试用例仅通过数字标识符列出指南，避免发布内部具体规范。需要原始文档的用户，请前往 MISRA 官方门户网站获取真实可靠的指南材料。

使用 Zig 构建

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

# 使用 Zig 编译并运行 Zen C 程序
zc run app.zc --cc zig

# 使用 Zig 构建 Zen C 编译器本身
make zig

输出后端

Zen C 通过 --backend 标志支持多种输出后端。每个后端生成不同的目标格式：

后端	标志	扩展名	描述
C	`--backend c`	`.c`	默认 — GNU C11
C++	`--backend cpp`	`.cpp`	兼容 C++11（也可用 `--cpp`）
CUDA	`--backend cuda`	`.cu`	NVIDIA CUDA C++（也可用 `--cuda`）
Objective-C	`--backend objc`	`.m`	Objective-C（也可用 `--objc`）
JSON	`--backend json`	`.json`	机器可读的 AST，用于工具
AST 转储	`--backend ast-dump`	`.ast`	人类可读的 AST 树（调试）
Lisp	`--backend lisp`	`.lisp`	转译为 Common Lisp（`sbcl --script`）
Graphviz	`--backend dot`	`.dot`	可视化 AST 图（`dot -Tpng ast.dot -o ast.png`）

后端特定选项可以通过 --backend-opt 设置：

# 美化输出 JSON
zc transpile file.zc --backend json --backend-opt pretty

# 显示完整原始内容（不截断）
zc transpile file.zc --backend lisp --backend-opt full-content

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

所有后端选项都是自文档的 — 未知的 -- 标志会自动对照已注册的后端别名进行检查。

C++ 互操作

Zen C 可以通过 --backend cpp 标志（--cpp 简称）生成 C++ 兼容的代码，从而实现与 C++ 库的无缝集成。

# 直接使用 g++ 编译
zc app.zc --backend cpp

# 或者转译用于手动构建
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++ 头文件并在 raw 块中使用 C++ 代码：

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 标志会将后端切换为 g++ 并发出 C++ 兼容的代码（使用 auto 代替 __auto_type，使用函数重载代替 _Generic，以及对 void* 进行显式转换）。

CUDA 互操作

Zen C 通过转译为 CUDA C++ 来支持 GPU 编程，使用 --backend cuda 标志（简称 --cuda）。这使你在维持 Zen C 人体工程学语法的同时，能够利用内核中的强大 C++ 特性（模板、constexpr）。

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

# 或者转译用于手动构建
zc transpile app.zc --backend cuda -o app.cu
nvcc app.cu -o app

CUDA 特定属性

属性	CUDA 等效项	描述
`@global`	`__global__`	内核函数 (运行在 GPU，从主机调用)
`@device`	`__device__`	设备函数 (运行在 GPU，从 GPU 调用)
`@host`	`__host__`	主机函数 (明确仅 CPU 运行)

内核启动语法

Zen C 提供了一个简洁的 launch 语句用于调用 CUDA 内核：

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

这转译为：kernel_name<<<grid, block, shared, stream>>>(args);

编写 CUDA 内核

使用带有 @global 的 Zen C 函数语法和 launch 语句：

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);

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

标准库 (`std/cuda.zc`)

Zen C 为常见的 CUDA 操作提供了一个标准库，以减少 raw 块的使用：

import "std/cuda.zc"

// 内存管理
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();

// 线程索引 (在内核内部使用)
let i = thread_id(); // 全局索引
let bid = block_id();
let tid = local_id();

Note

注意： --cuda 标志设置 nvcc 为编译器并隐含 --cpp 模式。需要安装 NVIDIA CUDA Toolkit。

C23 支持

当使用兼容的后端编译器（GCC 14+, Clang 14+）时，Zen C 支持现代 C23特性。

auto: 如果 __STDC_VERSION__ >= 202300L，Zen C 会自动将类型推导映射到标准 C23 auto。
_BitInt(N): 使用 iN 和 uN 类型（例如 i256, u12, i24）访问 C23 任意位宽整数。

Objective-C 互操作

Zen C 可以通过 --backend objc 标志（简称 --objc）编译为 Objective-C (.m)，允许你使用 Objective-C 框架（如 Cocoa/Foundation）和语法。

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

在 Zen C 中使用 Objective-C

使用 include 包含头文件，并在 raw 块中使用 Objective-C 语法 (@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(@"来自 Objective-C 的问候！");
        [pool drain];
    }
    println "Zen C 也能正常工作！";
}

Note

注意： Zen C 字符串插值通过调用 debugDescription 或 description 同样适用于 Objective-C 对象 (id)。

18. 单元测试框架

Zen C 内置了测试框架，允许你使用 test 关键字直接在源文件中编写单元测试。

语法

test 块包含一个描述性名称和要执行的代码体。测试不需要 main 函数即可运行。

test "unittest1" {
    "这是一个单元测试";

    let a = 3;
    assert(a > 0, "a 应该是一个正整数");

    "unittest1 通过。";
}

运行测试

要运行文件中的所有测试，请使用 run 命令。编译器将自动检测并执行所有顶层 test 块。

zc run my_file.zc

断言

使用内置的 assert(condition, message) 函数来验证预期。如果条件为假，测试将失败并打印提供的消息。

公共 API（嵌入）

Zen C 可以通过 src/public/*.h 中的公共头文件作为 C 库使用。这些头文件无需 -DZC_ALLOW_INTERNAL 即可编译，并提供了将编译器嵌入到您自己的工具中的稳定 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);
}

编译方式：

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

安装后（make install）：

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

公共 API 涵盖：

zc_core.h — CompilerConfig、ZenCompiler、ASTNode、Type 类型，解析器入口点，类型内省辅助函数
zc_driver.h — driver_run()、driver_compile()（完整流水线编排）
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()，诊断报告
zc_utils.h — Emitter（输出缓冲区）、load_file()、z_resolve_path()

使用 sudo make install 安装以部署头文件、二进制文件、手册页和标准库。

贡献

我们欢迎各类贡献！无论是修复 Bug、完善文档，还是提出新功能建议。

请参阅 CONTRIBUTING_ZH_CN.md 了解有关如何贡献、运行测试和提交拉取请求的详细指南。

安全

关于安全漏洞报告的说明，请参阅 SECURITY_ZH_CN.md。

致谢与归属

本项目使用了第三方库。完整许可证文本可在 LICENSES/ 目录中找到。

cJSON (MIT 许可证)：用于语言服务器中的 JSON 解析和生成。
zc-ape (MIT 许可证)：由 Eugene Olonov 开发的原版 Zen-C 实际上便携的可执行文件 (APE) 端口。
Cosmopolitan Libc (ISC 许可证)：使 APE 成为可能的基础库。
TRE (BSD 许可证): 用于标准库中的正则表达式引擎。
zenc.vim (MIT 许可证)：官方 Vim/Neovim 插件，主要由 davidscholberg 编写。
TinyCC (LGPL 许可证)：用于高性能 REPL 评估的基础 JIT 引擎。

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Zen C

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用法

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标准库

核心模块

工具链

语言服务器 (LSP)

REPL

特性

命令

语言服务器协议 (LSP)

Zen C 调试

Visual Studio Code

编译器支持与兼容性

测试套件状态

MISRA C:2012 合规性测试

使用 Zig 构建

输出后端

C++ 互操作

在 Zen C 中使用 C++

CUDA 互操作

CUDA 特定属性

内核启动语法

编写 CUDA 内核

标准库 (std/cuda.zc)

C23 支持

Objective-C 互操作

在 Zen C 中使用 Objective-C

18. 单元测试框架

语法

运行测试

断言

公共 API（嵌入）

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安全

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