Zig 2025 - 次世代システムプログラミング言語

Zigとは何か - C言語の真の後継者

2025年、システムプログラミング言語の世界でZigが急速に注目を集めています。Zigは2016年にAndrew Kelleyによって開発が開始され、「C言語をより良くする」という明確なビジョンのもと進化を続けてきました。

Rustが「安全性を最優先」とするアプローチを取るのに対し、Zigは「シンプルさと透明性」を重視します。隠れた制御フローがなく、隠れたメモリアロケーションがなく、何が起きているかを開発者が完全に把握できる言語設計が特徴です。

Zigの核心的な特徴

1. Comptime（コンパイル時実行）

Zigの最も革新的な機能がcomptimeです。これはコンパイル時に任意のコードを実行できる仕組みで、C++のテンプレートやRustのマクロとは根本的に異なるアプローチを取ります。

const std = @import("std");

// コンパイル時にフィボナッチ数列を計算
fn fibonacci(n: u32) u32 {
    if (n <= 1) return n;
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

// comptimeで実行時オーバーヘッドゼロ
const fib_10 = comptime fibonacci(10);

pub fn main() void {
    // fib_10は既に55として埋め込まれている
    std.debug.print("Fibonacci(10) = {}\n", .{fib_10});
}

comptimeの威力は単なる定数計算に留まりません。型そのものをコンパイル時に生成できます。

fn Matrix(comptime T: type, comptime rows: usize, comptime cols: usize) type {
    return struct {
        data: [rows][cols]T,

        const Self = @This();

        pub fn init() Self {
            return Self{ .data = std.mem.zeroes([rows][cols]T) };
        }

        pub fn get(self: Self, row: usize, col: usize) T {
            return self.data[row][col];
        }

        pub fn set(self: *Self, row: usize, col: usize, value: T) void {
            self.data[row][col] = value;
        }
    };
}

// 使用例：3x3のf32行列型を生成
const Mat3x3 = Matrix(f32, 3, 3);

2. 隠れた制御フローの排除（No Hidden Control Flow）

Zigは「見た目通りに動く」ことを重視します。隠れた制御フローは一切存在しません。

// Zigでは演算子オーバーロードがない
// 以下のコードが何をするか一目瞭然
const result = a + b;  // 常に加算のみ

// エラーハンドリングも明示的
fn divide(a: i32, b: i32) !i32 {
    if (b == 0) return error.DivisionByZero;
    return @divTrunc(a, b);
}

pub fn main() !void {
    // エラーを無視できない - 明示的に処理が必要
    const result = try divide(10, 2);

    // または catch で処理
    const safe_result = divide(10, 0) catch |err| blk: {
        std.debug.print("Error: {}\n", .{err});
        break :blk 0;
    };
}

3. C言語との完璧な互換性

ZigはC言語のヘッダーファイルを直接インポートでき、C言語のライブラリをそのまま使用できます。

const c = @cImport({
    @cInclude("stdio.h");
    @cInclude("stdlib.h");
});

pub fn main() void {
    _ = c.printf("Hello from C!\n");

    // mallocも直接使用可能
    const ptr = c.malloc(100);
    defer c.free(ptr);
}

さらに、ZigのビルドシステムはCコンパイラとしても機能し、クロスコンパイルが驚くほど簡単です。

# LinuxからWindowsへのクロスコンパイル
zig build-exe main.zig -target x86_64-windows-gnu

# macOS用にコンパイル
zig build-exe main.zig -target aarch64-macos

# 組み込み向けコンパイル
zig build-exe main.zig -target thumb-freestanding-none

4. 手動メモリ管理の現代的アプローチ

Zigは手動メモリ管理を採用しますが、アロケータを明示的に渡す設計により、メモリ管理の問題を追跡しやすくしています。

const std = @import("std");

pub fn main() !void {
    // アロケータを明示的に選択
    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();
    const allocator = gpa.allocator();

    // メモリリーク検出機能付き
    var list = std.ArrayList(i32).init(allocator);
    defer list.deinit();

    try list.append(42);
    try list.append(100);

    for (list.items) |item| {
        std.debug.print("{}\n", .{item});
    }
}

アロケータパターンにより、テスト時にはテスト用アロケータを使用してメモリリークを自動検出できます。

test "memory leak detection" {
    // テスト用アロケータはリークを自動検出
    const allocator = std.testing.allocator;

    var list = std.ArrayList(u8).init(allocator);
    defer list.deinit();  // これがないとテスト失敗

    try list.appendSlice("hello");
    try std.testing.expectEqualStrings("hello", list.items);
}

Zig vs Rust vs C 比較

システムプログラミング言語を選ぶ際、Zig、Rust、Cの違いを理解することが重要です。

言語特性比較

パフォーマンス比較

ベンチマーク: 100万要素のソート（相対値）

Zig:  1.00x（基準）
Rust: 1.02x
C:    0.98x

メモリ使用量:
Zig:  ランタイムなし、最小バイナリ
Rust: 小さいランタイム、やや大きいバイナリ
C:    ランタイムなし、最小バイナリ

コード比較：エラーハンドリング

// Zig: エラーユニオン
fn readFile(path: []const u8) ![]u8 {
    const file = try std.fs.cwd().openFile(path, .{});
    defer file.close();
    return try file.readToEndAlloc(allocator, 1024 * 1024);
}

// Rust: Result型
fn read_file(path: &str) -> Result<Vec<u8>, std::io::Error> {
    let mut file = File::open(path)?;
    let mut contents = Vec::new();
    file.read_to_end(&mut contents)?;
    Ok(contents)
}

// C: 戻り値とerrno
char* read_file(const char* path, size_t* size) {
    FILE* f = fopen(path, "rb");
    if (!f) return NULL;
    // ... エラー処理が煩雑
}

Bunでの採用事例

Zigの最も注目すべき採用事例がBunです。Bunは2022年にリリースされたJavaScriptランタイムで、Node.jsやDenoの競合として急速に成長しています。

なぜBunはZigを選んだのか

Bunの開発者Jarred Sumnerの選択理由:

1. C互換性: 既存のC/C++ライブラリとの統合が容易
2. パフォーマンス: 手動メモリ管理による最適化
3. コンパイル速度: 高速な開発イテレーション
4. シンプルさ: Rustほど複雑でない
5. クロスコンパイル: 複数プラットフォーム対応が容易

Bunのパフォーマンス（Zigの恩恵）

// Bunの高速サーバー（内部はZigで実装）
Bun.serve({
  port: 3000,
  fetch(req) {
    return new Response("Hello Bun!");
  },
});

他の採用事例

Uber: ネットワーキングスタック
Cloudflare: Workersのコンポーネント
Roc: Rocプログラミング言語のコンパイラ
TigerBeetle: 金融向け分散データベース

Zigのビルドシステム

Zigは言語に統合されたビルドシステムを持ち、build.zigファイルでビルド設定をZig自体で記述します。

基本的なbuild.zig

const std = @import("std");

pub fn build(b: *std.Build) void {
    // ターゲット設定（クロスコンパイル対応）
    const target = b.standardTargetOptions(.{});
    const optimize = b.standardOptimizeOption(.{});

    // 実行ファイルの定義
    const exe = b.addExecutable(.{
        .name = "my-app",
        .root_source_file = .{ .path = "src/main.zig" },
        .target = target,
        .optimize = optimize,
    });

    // Cライブラリのリンク
    exe.linkSystemLibrary("c");
    exe.linkSystemLibrary("sqlite3");

    // インストール
    b.installArtifact(exe);

    // 実行ステップ
    const run_cmd = b.addRunArtifact(exe);
    run_cmd.step.dependOn(b.getInstallStep());

    const run_step = b.step("run", "Run the application");
    run_step.dependOn(&run_cmd.step);

    // テストステップ
    const unit_tests = b.addTest(.{
        .root_source_file = .{ .path = "src/main.zig" },
        .target = target,
        .optimize = optimize,
    });

    const run_unit_tests = b.addRunArtifact(unit_tests);
    const test_step = b.step("test", "Run unit tests");
    test_step.dependOn(&run_unit_tests.step);
}

ビルドコマンド

# デバッグビルド
zig build

# リリースビルド（最適化あり）
zig build -Doptimize=ReleaseFast

# テスト実行
zig build test

# 実行
zig build run

# クロスコンパイル
zig build -Dtarget=x86_64-linux-gnu
zig build -Dtarget=aarch64-macos
zig build -Dtarget=wasm32-wasi

パッケージ管理（build.zig.zon）

Zig 0.11以降、build.zig.zonによるパッケージ管理が導入されました。

// build.zig.zon
.{
    .name = "my-project",
    .version = "0.1.0",
    .dependencies = .{
        .zap = .{
            .url = "https://github.com/zigzap/zap/archive/v0.2.8.tar.gz",
            .hash = "1220...",
        },
        .clap = .{
            .url = "https://github.com/Hejsil/zig-clap/archive/v0.9.1.tar.gz",
            .hash = "1220...",
        },
    },
}

2025年のZig動向

バージョン 0.13 と 1.0への道

2025年、Zigはバージョン0.13をリリースし、1.0に向けた安定化が進んでいます。

Zig 0.13 の主な改善点:

1. 増分コンパイルの改善
   - 大規模プロジェクトのビルド時間短縮
   - 部分的な再コンパイルの効率化

2. async/await の再設計
   - より直感的な非同期プログラミング
   - パフォーマンスの向上

3. エラーメッセージの改善
   - より詳細なコンパイルエラー
   - 修正提案の追加

4. 標準ライブラリの拡充
   - HTTPクライアント/サーバー
   - JSONパーサーの改善
   - 暗号化ライブラリ

コミュニティの成長

エコシステムの発展

主要ライブラリ・フレームワーク:

Web開発:
- zap: 高速HTTPサーバー
- httpz: HTTP/1.1 & HTTP/2
- zzz: io_uringベースWebサーバー

データベース:
- zig-sqlite: SQLiteバインディング
- pg.zig: PostgreSQLクライアント

GUI:
- capy: クロスプラットフォームGUI
- dvui: 即時モードGUI

ゲーム:
- zig-gamedev: ゲーム開発ツールキット
- raylib-zig: raylibバインディング

実践的なコード例

HTTPサーバー

const std = @import("std");

pub fn main() !void {
    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();
    const allocator = gpa.allocator();

    var server = std.http.Server.init(allocator, .{});
    defer server.deinit();

    const address = try std.net.Address.parseIp("127.0.0.1", 8080);
    try server.listen(address);

    std.debug.print("Server listening on http://127.0.0.1:8080\n", .{});

    while (true) {
        var response = try server.accept(.{});
        defer response.deinit();

        const request = response.request;
        std.debug.print("Request: {s} {s}\n", .{
            @tagName(request.method),
            request.target,
        });

        response.status = .ok;
        response.transfer_encoding = .chunked;
        try response.headers.append("Content-Type", "text/html");
        try response.do();
        try response.writeAll("<h1>Hello from Zig!</h1>");
        try response.finish();
    }
}

JSONパース

const std = @import("std");

const User = struct {
    id: u64,
    name: []const u8,
    email: []const u8,
    active: bool,
};

pub fn main() !void {
    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();
    const allocator = gpa.allocator();

    const json_string =
        \\{
        \\  "id": 123,
        \\  "name": "田中太郎",
        \\  "email": "tanaka@example.com",
        \\  "active": true
        \\}
    ;

    const parsed = try std.json.parseFromSlice(
        User,
        allocator,
        json_string,
        .{},
    );
    defer parsed.deinit();

    const user = parsed.value;
    std.debug.print("User: {s} ({s})\n", .{ user.name, user.email });
}

並行処理

const std = @import("std");

fn worker(id: usize) void {
    std.debug.print("Worker {} started\n", .{id});
    std.time.sleep(1 * std.time.ns_per_s);
    std.debug.print("Worker {} finished\n", .{id});
}

pub fn main() !void {
    var threads: [4]std.Thread = undefined;

    // スレッドを起動
    for (&threads, 0..) |*thread, i| {
        thread.* = try std.Thread.spawn(.{}, worker, .{i});
    }

    // 全スレッドの完了を待機
    for (threads) |thread| {
        thread.join();
    }

    std.debug.print("All workers completed\n", .{});
}

Zigを学ぶには

公式リソース

# インストール（macOS）
brew install zig

# インストール（Ubuntu/Debian）
snap install zig --classic

# バージョン確認
zig version

# REPLのような実行
zig run hello.zig

推奨学習パス

1. ziglearn.org - 公式チュートリアル
2. Zig Language Reference - 言語仕様
3. Zig Standard Library - 標準ライブラリドキュメント
4. Ziglings - インタラクティブ演習
5. zig.news - コミュニティニュース

サンプルプロジェクト

# 新規プロジェクト作成
mkdir my-zig-project && cd my-zig-project
zig init-exe

# ディレクトリ構造
my-zig-project/
├── build.zig        # ビルド設定
├── build.zig.zon    # 依存関係
└── src/
    └── main.zig     # エントリポイント

課題と今後

現在の課題

1. 言語の安定性
   - まだ1.0未満、破壊的変更の可能性
   - APIが変わることがある

2. エコシステム
   - Rust/Goに比べてライブラリが少ない
   - ドキュメントが不十分なプロジェクトも

3. IDE サポート
   - zls（Language Server）は改善中
   - VSCode/Neovimでの体験は良好

4. 学習リソース
   - 日本語資料が限られている
   - 書籍が少ない

将来の展望

2025-2026年の予測:

- Zig 1.0 リリース（安定版）
- より多くの企業採用
- WebAssembly分野での成長
- 組み込みシステムでの採用拡大
- ゲーム開発での利用増加

まとめ

2025年、Zigは「C言語の真の後継者」としての地位を確立しつつあります。Rustほど安全性を強制しませんが、その分シンプルで学びやすく、C言語からの移行が容易です。

Zigが適している場面:

• 既存のCコードベースとの統合
• 組み込みシステム開発
• 高パフォーマンスが求められるツール
• WebAssemblyアプリケーション
• ゲームエンジン開発

Rustを選ぶべき場面:

• メモリ安全性が最重要な場面
• 大規模チームでの開発
• 長期メンテナンスが必要なプロジェクト

Zigはまだ1.0に達していませんが、Bunの成功が示すように、実プロダクションでの採用は着実に進んでいます。システムプログラミングの世界に新しい選択肢をもたらすZigに、2025年も注目が集まります。

参考: Zig公式サイト | Bun公式サイト | ziglearn.org