【ITニュース解説】Zig builds are getting faster

Zigは、C言語やC++言語の代替となることを目指して開発されている、比較的新しいプログラミング言語である。システムプログラミングといった、コンピュータのハードウェアに近い部分を制御するための「低レベル」な開発に適しており、高速な実行性能とメモリの効率的な利用が特徴だ。

プログラムを開発する際には、人間が書いたソースコードを、コンピュータが直接理解できる形式に変換する作業が必要になる。この変換作業を「ビルド」と呼び、その際に使用されるソフトウェアを「コンパイラ」と呼ぶ。Zigコンパイラは、単にソースコードを機械語に変換するだけでなく、非常に強力な独自の機能を持っている。それが「コンパイル時実行（Comptime）」である。

Comptimeとは、その名の通り、プログラムが実際に実行される時ではなく、ソースコードをビルドしている最中に特定のコードを実行できる機能である。この機能により、開発者は非常に柔軟なプログラミングが可能になる。例えば、C言語で書かれた既存のライブラリのヘッダファイルを、Zigのコードから直接、そしてネイティブにインポートして利用することができる。これにより、ZigはC/C++のエコシステムと高い互換性を持ちながら、より安全で高機能な開発環境を提供する。開発者はComptimeを使って、ビルド時にコードを生成したり、複雑な計算を行ったり、型を操作したりするなど、これまで難しかった多くのことを実現できる。これは、プログラムがプログラム自体を操作する「メタプログラミング」の一種とも言える。

しかし、この強力なComptime機能には課題もあった。特に、大規模なプロジェクトで多くのファイルやライブラリが相互に依存している場合、ビルド速度が著しく低下するという問題だ。Comptimeは非常に柔軟である一方で、コンパイラが同じコードブロックや計算を何度も繰り返し実行してしまうことがあった。例えば、標準ライブラリの共通関数がComptimeによって多くの場所で呼び出されると、そのたびにコンパイラが同じ処理を最初から実行し直すことになり、結果としてビルド全体の時間が長くなってしまうのである。これは、開発者がコードを変更するたびに長時間待たされることになり、開発効率の低下を招いていた。

このビルド速度の問題を解決するため、Zigコンパイラにはいくつかの重要な最適化が導入された。第一に、「Comptimeキャッシュ」の導入である。これは、Comptimeが実行された結果を一度記憶しておき、もし同じ入力で同じComptimeが再度実行された場合、再計算するのではなく、記憶しておいた結果をすぐに返す仕組みである。これにより、同じComptimeが何度も実行される無駄が大幅に削減される。

第二に、このComptimeキャッシュの情報を、ビルドが終了した後も「ディスクに保存」する仕組みが追加された。通常、ビルドが終わるとコンパイラが記憶していた情報は消えてしまう。しかし、ディスクに保存することで、次に同じプロジェクトをビルドする際に、前回のビルドで得られたComptimeの結果を再利用できるようになった。これは、特に大きな変更がない場合の「増分ビルド」の速度向上に大きく貢献する。

第三に、Comptimeが依存するモジュールやファイルに対する「効率的な依存関係管理」が改善された。具体的には、Comptimeが特定のデータやコードに依存している場合、その依存先が変更されていない限り、Comptimeを再実行しないようにする。これにより、最小限の必要なComptimeのみが実行され、不要な再計算が避けられるようになった。

これらの最適化の結果、Zigのビルド速度は劇的に向上した。例えば、Zigで構築された大規模なフレームワークである「mach」プロジェクトでは、何もキャッシュがない状態から全てのコードをビルドし直す「フルビルド」の時間が、以前の約13秒から1秒未満へと大幅に短縮された。また、少しだけコードを変更した場合に影響のある部分だけをビルドし直す「増分ビルド」の時間も、以前の約4秒から100ミリ秒未満へと短縮された。これは、開発者がコードを少し変更して結果を確認するまでの待ち時間が、ほぼ瞬時に近くなったことを意味する。Zigの標準ライブラリ自体のビルド時間も同様に高速化された。

このビルド速度の改善は、Zigの開発体験を大きく向上させる。開発者はより迅速にフィードバックを得られるようになり、より快適にコードを書けるようになる。これは、Zigがより大規模で複雑なプロジェクトでの採用を進める上で非常に重要な要素である。Zigの設計哲学の一つに、「常に開発者の期待に応える」というものがあるが、今回のビルド速度の改善は、まさにその哲学を実現するための一歩と言えるだろう。高速なビルドは、開発の生産性を直接的に高め、ZigがC/C++の代替として、さらに多くの開発者に選ばれる可能性を広げることになる。