简介

Crystal Programming Langauge, 由 Manas 的 Ary Borenszweig @asterite 作为一个业余个人项目在 2012年9月4日 被创建, 当前主要维护者是来自 manas 的 Johannes Müller @straight-shoota 以及社区贡献。

Manas 是一家来自于阿根廷的软件服务公司，他们使用 Ruby On Rails 以及各种其他语言为客户交付项目， 而 Crystal 的诞生来源于一个想法，对程序员很友好的 Ruby 程序语言，常常被人诟病性能太差， 如果可以结合 Ruby 的良好可读性以及静态强类型语言的优点，性能是不是可以变得更好一些？

确实，Crystal 早期的宣传卖点主要是：fast as C, Slick as Ruby (速度和 C 语言一样快，代码和 Ruby 一样漂亮)

事实上，Crystal 的确是一个性能非常好的语言，在著名的 Programming-Language-Benchmarks 上， Crystal 在大部分 CPU 主导的测试中，性能介于 Go 和 Rust 之间。

现在不知道什么原因，部分核心开发者试图淡化 Crystal 与 Ruby 的关系，并尝试吸引非 Ruby 社区的开发者加入，甚至部分核心开发者认为学习 Crystal 是不必学习 Ruby 的，这点我不认同。 至少到目前 2024 年截至，大量的 Ruby 优秀图书仍旧是新手上手 Crystal 的最佳材料。事实上，最早版本的 Crystal 的确是使用 Ruby 编写的，直到 14 个月之后的 2013年11月14日 才实现自举（即：使用 Crystal 编写 Crystal）

现在官方对 Crystal 的介绍如下：

• 类似于 Ruby 的语法（但是兼容 Ruby 语法不是最终目标）
• 静态类型检测 (但是变量或方法参数不必强制添加类型)
• 调用 C 代码极其容易
• 使用宏来在编译时生成代码，避免大量的模板代码重复。
• 使用 llvm 编译到高性能 native 代码

但是，笔者（一个十年的老 Rubyist）认为，官方忽略了 Crystal 语言一个可能最重要特性！

§ 空安全（Null Safety）

写过 Ruby 或类似动态语言的对下面的错误应该一点儿都不陌生！

   1  
   2  undefined method `???' for nil (NoMethodError)
   3  

Crystal 从一开始就设计了称作 union type 的类型系统，来尽可能的保证类型安全。

类似于 Rust, 编译器会在 编译时 最大限度捕获有关类型安全的错误，当编译通过时， 用户可以避免绝大部分的 运行时空引用错误 或 类型错误。

下面是一段 union 类型的示例。

   1  
   2  if true
   3    a = 1
   4  else
   5    a = "hello"
   6  end
   7  
   8  a # : Int32 | String，代表 a 可能是一个 Int32 或 String
   9  
  10  # 编译时（compile-time）类型，编译时类型检查使用这个结果
  11  typeof(a) # => Int32 | String
  12  
  13  # 返回运行时类型
  14  a.class # => Int32
  15  
  16  # 取消注释后编译时错误，因为 a 编译时类型可能是一个字符串，"hello", "hello" + 3 失败
  17  # a + 3 # Error: expected argument #1 to 'String#+' to be Char or String, not Int32
  18  
  19  # 取消注释后编译时错误，因为 a 编译时类型可能是一个数字，1 + "!" 失败
  20  # a + "!" # Error: expected argument #1 to 'Int32#+' to be a Number, not String
  21  
  22  a.inspect # 编译通过，因为 String 和 Int2 都有 inspect 方法
  23  

编译时的空引用 (nil) 检测

   1  
   2  if rand > 0.5
   3    a = "hello"
   4  end
   5  
   6  typeof(a) # (String | Nil)，或简写为 String?
   7  
   8  a.size # Error: undefined method 'size' for Nil (compile-time type is (String | Nil))
   9  

union type + 强大的类型自动推断（type inference), 让 Crystal 这样一门静态类型的编译型语言， 代码看起来和 Ruby 一样易读、漂亮的同时，还拥有极好的性能，以及强大的编译时类型安全检查， 这带来了一个额外的好处，只需编写非常少的测试（甚至不写测试）的情况下，做更大胆的重构， 笔者特别享受这种根据编译时错误驱动的开发模式，只要编译器通过通过之后，你已经解决了绝大多数有关 类型的错误，这当然也包括 Ruby 里面造成上面 “十亿美金错误” 的空引用(nil)错误。

另一个需要提及的 feature 是：

§ 基于 CSP 实现的并发原语 Concurrent Fiber

提起 CSP(Communicating Sequential Processes), 大多数接触过的人首先会想到 golang 的 goroutine/Chan。

这里强调一下 Crystal 语言在国内社区（例如某乎）上最被误解的一点，那就是 Crystal 不支持多线程， 这显然是不对的，Crystal 从一开始就支持和 Ruby 一样的多线程使用方式，例如, 下面的代码一开始就像 Ruby 一样工作。

   1  
   2  thread1 = Thread.new { sleep 1 };
   3  thread2 = Thread.new { sleep 2 };
   4  thread3 = Thread.new { sleep 3 };
   5  
   6  thread1.join
   7  thread2.join
   8  thread3.join
   9  

我们这里讨论的是，类似于 golang 的 M:N concurrency, 即：在开启多线程的情况下, M 个 Fiber 自动运行在 N 个操作系统线程中。

Crystal 早在 2019 年，就实现了一个简单的基于多线程的 Fiber 实现， 但是其实现方式只是使用非常简单的轮询(round-robin fashion)方式实现，标准库也未完全为标准库做好准备。 新的基于多线程的 Fiber 实现 RFC0002 在社区成员的共同呼吁下， 也即将在 2025 年上半年完成，但是鉴于开发资源投入差距巨大，要达到 Golang 实现的成熟度， 还需要假以时日。

§ 其他特性

其他提及的特性，包括：

• 类似于 Rust 的强大的编译时宏(macro)处理, Ruby 这种动态语言中的 method_missing, 模块的混入(mixin)，都是在编译时通过宏实现的
• Multiple dispatch 允许根据方法参数的名称、个数、类型不同，甚至方法返回值不同，来定义同名方法。

§ 缺点

Crystal 的缺点也是非常明显的：

• 作为一个发源于阿根廷的小众程序语言，社区目前还很小，背后也没有金主爸爸
• 变量或方法参数不强制要求任何类型签名，Crystal 代码写起来完全就像一门动态语言， 这是有代价的，模块化增量编译很难实现（甚至在不改变现有行为前提下，几乎是不可能的）

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