Nolang VS Rust

简介: Nolang 是一门新兴系统编程语言,其编译器将代码转为 LLVM IR 后交由 Zig CC 优化链接。在 macOS M1 上的 fib(40)×1000 万基准测试中,Nolang 性能接近 C(仅慢约10%),二进制体积仅 49KB(与 C 相当),远小于 Rust(456KB)和 Go(1.5MB),指令数几乎持平,凸显其轻量高效特性。

Nolang VS Rust

lizongying/nolang

測試環境

項目
CPU Apple M1 (ARM64, 3.2GHz)
RAM 16 GB
OS macOS 15.x
C 編譯器 zig cc 0.16.0 (-O2 -target aarch64-macos)
Rust 編譯器 rustc 1.91.0 (-O)
Go 編譯器 go 1.22.x (go build -ldflags="-s -w")
Nolang nolang-build --target llvmzig cc -O2

測試程式碼

四種語言完全相同的邏輯結構:引用傳递輸出參數,fib(40) × 10,000,000 次。

Nolang (test/bench/fib.no)

fib(n i64, o i64) {
    a = 0
    b = 1
    i = 2
    for i <= n {
        c = a + b
        a = b
        b = c
        i = i + 1
    }
    o = b
}

for iter = 0; iter < 10000000; iter++ {
    result = 0
    fib(40, result)
    println-i64(result)
}

C (test/bench/fib.c)

#include <stdio.h>

void fib(long n, long *o) {
   
    long a = 0, b = 1, c, i;
    for (i = 2; i <= n; i++) {
   
        c = a + b;
        a = b;
        b = c;
    }
    *o = b;
}

int main() {
   
    for (int iter = 0; iter < 10000000; iter++) {
   
        long result;
        fib(40, &result);
        printf("%ld\n", result);
    }
    return 0;
}

Rust (test/bench/fib.rs)

fn fib(n: i64, o: &mut i64) {
   
    let mut a = 0;
    let mut b = 1;
    let mut i = 2;
    while i <= n {
   
        let c = a + b;
        a = b;
        b = c;
        i += 1;
    }
    *o = b;
}

fn main() {
   
    for _ in 0..10000000 {
   
        let mut result: i64 = 0;
        fib(40, &mut result);
        println!("{}", result);
    }
}

Go (test/bench/fib.go)

package main

import "fmt"

func fib(n int64, o *int64) {
   
    var a, b, c int64 = 0, 1, 0
    var i int64 = 2
    for i <= n {
   
        c = a + b
        a = b
        b = c
        i++
    }
    *o = b
}

func main() {
   
    for iter := 0; iter < 10000000; iter++ {
   
        var result int64 = 0
        fib(40, &result)
        fmt.Println(result)
    }
}

測量工具

macOS /usr/bin/time -l,記錄:

  • real — 真實執行時間
  • user — 用戶態 CPU 時間
  • sys — 系統態 CPU 時間
  • instructions retired — 退休指令數(硬體計數器)
  • peak memory footprint — 峰值記憶體用量

測試結果

可執行檔體積

語言 編譯器 大小 相對 C
C zig cc -O2 49K 1.0×
Nolang zig cc -O2 49K 1.0×
Rust rustc -O 456K 9.3×
Go go build -s -w 1.5M 31×

執行效能

fib(40) × 10,000,000 次,含輸出 I/O:

語言 real user sys 指令數 峰值 RSS
C (zig cc) 4.88s 0.62s 0.04s 11.0B 935KB
Nolang (zig cc) 5.38s 0.61s 0.04s 11.1B 935KB
Rust (rustc -O) 5.44s 1.61s 3.78s 54.6B 935KB
Go (go build) 6.25s 2.52s 3.72s 60.9B 8.8MB

指令數對比

C       : 11.0B  ████
Nolang  : 11.1B  ████   ← 僅多 1%
Rust    : 54.6B  ████████████████████
Go      : 60.9B  ██████████████████████

關於靜態連結的說明

macOS 限制

在 macOS 上,所有程式都必須動態連結 /usr/lib/libSystem.B.dylib(核心系統庫)。這不是語言選擇,而是作業系統的限制——macOS 不提供靜態版本的 libSystem

# 所有語言的連結狀況完全相同
otool -L fib_nolang  → /usr/lib/libSystem.B.dylib
otool -L fib_c       → /usr/lib/libSystem.B.dylib
otool -L fib_rust    → /usr/lib/libSystem.B.dylib
otool -L fib_go      → /usr/lib/libSystem.B.dylib

Go 也額外連結了 /usr/lib/libresolv.9.dylib,但這同樣是系統動態庫。

實際靜態內容

因為 libSystem.dylib 在執行期由所有程式共享,可執行檔大小的比較反映的是語言 runtime + 標準庫的額外體積

語言 檔案大小 包含的靜態內容
C / Nolang 49K printf + 啟動程式碼(無 runtime)
Rust 456K Rust 標準庫(格式化、panic handler、hash)
Go 1.5M Go runtime(GC、goroutine scheduler、fmt 反射)

Linux 靜態連結(僅供參考)

如果需要在 Linux 上進行完全靜態比較,可使用 zig cc 的 musl 目標:

# 靜態編譯(x86_64 Linux + musl libc)
zig cc -O2 -target x86_64-linux-musl -static -o fib_c_static fib.c

這種方式產生的二進位完全靜態,不依賴任何系統 .so。但效能數據因 OS / libc 不同無法與 macOS 直接比較。


編譯鏈

Nolang: .no → lexer + parser → LLVM IR → zig cc -O2 → 可執行檔
C:      .c  → zig cc -O2 → 可執行檔
Rust:   .rs → rustc -O → 可執行檔(含 std)
Go:     .go → go build → 可執行檔(含 runtime)

對比腳本

# 編譯
zig cc -O2 -target aarch64-macos -o test/bench/fib_c_zig test/bench/fib.c
zig cc -O2 -target aarch64-macos test/bench/fib_nolang.ll -o test/bench/fib_nolang_zig
rustc -O -o test/bench/fib_rust test/bench/fib.rs
go build -ldflags="-s -w" -o test/bench/fib_go test/bench/fib.go

# 執行 + 測量
/usr/bin/time -l test/bench/fib_c_zig
/usr/bin/time -l test/bench/fib_nolang_zig
/usr/bin/time -l test/bench/fib_rust
/usr/bin/time -l test/bench/fib_go

# 或使用自動化腳本
bash test/bench/run.sh
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