news 2026/5/16 21:47:53

Spectre:支持编译时契约评估,可转换 C 代码的安全底层编程语言!

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张小明

前端开发工程师

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Spectre:支持编译时契约评估,可转换 C 代码的安全底层编程语言!

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元信息

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基础知识

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- [控制流](/control-flow.html)
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- [模块与导入](/modules-and-imports.html)
- [错误处理](/error-handling.html)
- [接口/规范](/specifications.html)
- [泛型](/generics.html)
- [类型参数约束](/type-argument-constraints.html)
- [标签联合](/tagged-unions.html)

契约式设计概念

- [前置条件](/preconditions.html)
- [后置条件](/postconditions.html)
- [不变式](/invariants.html)
- [断言](/assertions.html)
- [信任传播](/trust-propagation.html)

内置函数

- [@fmt](/fmt.html)
- [@len](/len.html)
- [@addr](/addr.html)
- [@deref](/deref.html)
- [@alloc](/alloc.html)
- [@free](/free.html)
- [@memcpy](/memcpy.html)
- [@memset](/memset.html)
- [@memmove](/memmove.html)
- [@puts](/puts.html)
- [@print](/print.html)
- [@zeroed](/zeroed.html)
- [@args](/args.html)
- [@bitcast](/bitcast.html)
- [@load](/load.html)
- [@load8](/load8.html)
- [@call](/call.html)
- [@snprintf](/snprintf.html)
- [@dprintf](/dprintf.html)
- [@reserve](/reserve.html)
- [@get](/get.html)
- [@insert](/insert.html)
- [@capacity](/capacity.html)
- [@ptradd](/ptradd.html)
- [@store](/store.html)
- [@store8](/store8.html)
- [@staticerror](/staticerror.html)
- [@flush](/flush.html)
- [@stdin](/stdin.html)
- [@stdout](/stdout.html)
- [@fgets](/fgets.html)
- [@atoi](/atoi.html)
- [@itoa](/itoa.html)

本页内容

# Spectre
Spectre 是一种专为安全的、基于契约的底层系统编程而设计的编程语言。它支持类型级别的不变式,以及函数级别的前置条件和后置条件,并且默认通过不可变性来确保安全性。本文档旨在作为 Spectre 编程语言的用户指南。

设计初衷

目前,缺乏能在底层强制保证正确性的基于契约的编程语言。Spectre 的设计理念是默认支持正确性、合理的数据流和不可变性,从而使底层编程更安全,同时又不影响语言及其工具链的便利性和开发体验。只要可能,契约都会在编译时进行评估。不过,为避免类似 Z3(SMT 求解器)等系统的复杂性,以及编译器无法证明某些条件为真带来的不便,那些无法在编译时评估的检查会自动在运行时执行。不过,发布版本中运行时检查是否保留,取决于是否使用了受保护的构造。

为了保留底层控制权,内存采用手动管理,通常会使用标准库分配器(如 Arena、Stack)或自定义分配器。

该语言可将高级代码编译为 QBE 中间表示(IR),然后进一步转换为特定平台的汇编代码。此外,还有实验性的 LLVM 和 C99 后端。值得一提的是,它有一个 `–translate-c` 特性,能将 C 代码转换为等效的 Spectre 代码,这对现有项目迁移到 Spectre 很有帮助。

快速上手

通过以下代码可以实现简单的 “Hello, world” 程序:

val std = use("std")

pub fn main() i32 = {
trust std.stdio.print("Hello, world: {d}.", {10})
return 0
}
你会注意到代码中使用了 `trust` 关键字。任何有底层不安全机制的操作(如 IO 操作),像 `std.stdio.print` 使用的 `@print` 内置函数,都必须显式使用 `trust`,因为这些操作本质上是不纯的。

不过,如果你使用围绕这些函数的安全包装器(使用前置条件、不变式等),或者使用更简单的函数,就无需这样做。例如,对于简单的 `@puts` 函数,除非出现严重的内存不足(OOM)错误,否则它不会失败,所以在标准库中它被标记为安全的,无需使用 `trust`。

前言

本文档可能会过时,不保证能反映最新的 Spectre API。

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