章旭东
编程语言实验室工具链高级工程师
图1：仓颉工具链全景
本篇介绍其中的三个软件：包管理工具（cjpm）、静态检查工具（cjlint）和调试工具（cjdb）。
cjpm 是仓颉语言的包管理工具，为仓颉开发者提供了简易的编译、测试和运行入口。下图展示了cjpm的功能设计。
接下来介绍cjpm的基本功能和未来规划。
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基础功能
模块初始化
开发者可以使用cjpm init命令初始化一个新的仓颉模块，这个命令会生成一个包含cjpm.toml模块配置文件和src仓颉源码目录的工程结构。cjpm.toml文件是模块的配置文件，它使用toml格式，包含了模块名、版本号、依赖模块等基础信息，同时支持用户自定义透传编译命令、导入依赖、管理工作空间等功能[2]。
下图展示了demo模块的初始化过程。其中，dependencies字段用于配置该模块所依赖的其它模块，package字段用于指定该模块的一些公共配置项：cjc-version显示当前使用的编译器版本、compile-option可用于透传编译器提供的编译选项、name字段代表该模块的模块名、output-type字段用于指定该模块的产物类型等。
图3：模块初始化演示
依赖检查和源码构建
开发者可以使用cjpm build命令一键式构建仓颉项目，如下图所示。
cjpm首先会通过toml配置文件汇总所有模块的信息，接下来会扫描每个模块的源码目录并汇总所有包的信息，然后通过拓扑排序算法分析包之间的依赖关系，最后调用cjc编译器完成并行编译。
运行和测试
开发者可以使用cjpm run命令构建并运行仓颉项目，使用cjpm test命令运行项目中定义的单元测试[3]。
图5：模块运行和单元测试演示
依赖管理
cjpm为开发者在cjpm.toml配置文件中提供了dependencies字段去指定构建依赖项。该字段目前支持导入本地的源码依赖模块和git依赖模块，后续也会支持导入中心仓依赖模块，cjpm会帮助开发者在构建项目前自动加载、汇总并编译这些依赖。此外，cjpm也为开发者提供了单元测试依赖、构建脚本依赖、二进制依赖和互操作依赖等可配置字段，从而简化用户的编译流程。
多平台兼容
cjpm 目前已经支持了windows、linux、macos等平台，陆续也会支持更多的平台和架构，以便仓颉项目能够在更广泛的平台上运行。
cjpm.toml是一个平台无关的文件，可直接在多平台上使用，开发者无需额外切换的成本。对于有平台差异的配置项，cjpm为开发者提供了target字段定义在各个平台上的行为，举例如下：
图6：toml文件的target字段使用示例
命令扩展和构建脚本机制
软件开发中，开发者可能需要外接其它的功能，以更好的完成工程管理。
cjpm 提供了命令扩展机制，开发者可以通过编写自己的代码构建出文件名形如 cjpm-cmd 的可执行文件，此时直接使用cjpm cmd命令即可间接调用该可执行文件的扩展功能，cjpm期待更多的开发者参与cjpm扩展功能的开发，以更好的适配各种项目构建场景。
cjpm 还提供了构建脚本机制，用于支持定制cjpm 某些操作的前序/后序操作。如图7所示，开发者自定义了编译cffi模块的stagePreBuild任务和删除cffi源码的stagePostBuild任务。当执行build命令时，cjpm会先执行stagePreBuild任务，build完成后再执行stagePostBuild任务。
图7：构建脚本功能演示
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未来规划
cjpm作为仓颉大型项目构建和管理的入口，计划提供更多的能力，以提升开发效率。
提供仓颉语言的中心仓，支持开发者发布和下载仓颉软件。
支持语义化版本控制、依赖替换等能力，提升复杂项目管理能力。
优化构建缓存和增量构建机制，提升构建效率。
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基础功能
静态检查可以帮助发现程序中潜在的编码问题，仓颉语言提供了cjlint 来完成这一功能。其在不执行程序的情况下，通过对源代码的分析来发现和识别潜在的代码错误和安全漏洞，提升代码的质量。仓颉编译器提供了AST（Abstract Syntax Tree）和CHIR（Cangjie High-Level IR）等编译中间产物，用于承载不同级别的源码结构和语义信息。基于这些信息，cjlint可以对应用代码进行分析和检查。
编程风格、命名规范检查以及语法模式识别等场景只需要语法信息即可完成，所以基于更贴近源码的AST来完成，从而获得更快的分析速度。
但是对于需要深入分析的性能和安全性问题，我们则基于具备良好数据流分析能力的CHIR来进行。经过编译器前端的处理，源码被映射为严格顺序执行的basic block, block之间的跳转关系形成边，从而构成控制流图CFG（Control Flow Graph）。cjlint通过在控制流和数据流分析中识别程序中的所有路径，分析路径中的变量使用、资源分配和释放、条件判断等情况，实现规则的有效告警。
基于CHIR的静态检查的核心原理主要集中在对程序的结构化分析上。利用CHIR提供的抽象和结构化信息，通过数据流分析、控制流分析、抽象解释和符号执行等技术，对程序进行全面而深入的静态分析。数据流分析追踪变量的定义和使用，控制流分析检查程序的执行路径，抽象解释在抽象域上模拟程序执行，而符号执行则使用符号值探索程序的不同路径。这些方法相互补充，共同构成了一个强大的分析框架，能够检测各种潜在的程序错误（如未初始化变量、空指针引用、缓冲区溢出）、识别优化机会（如死代码消除、常量传播），并提供关于程序行为的有价值见解。通过在IR级别进行这些分析，静态检查可以独立于源语言和目标平台，提供更通用和强大的分析能力。
以如下仓颉源码为例，我们需要判断打开的临时文件在程序结束时是否被删除。根据此用例，可以得到如下图所示的CFG信息，if语句使得CFG中存在不同的路径分支。在else分支对应的block C中可以发现在block A中打开的文件没有删除，因此触发资源泄露的告警。
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未来规划
近年来，以智能化编程辅助插件为代表的工具受到开发者的欢迎和重视。因此， cjlint未来的发展方向应该涵盖三个方面：
智能化：在静态检查工具中引入机器学习和人工智能技术，以更好地理解代码的上下文和开发者的意图，有效地提高检测的准确性、降低漏报率；
跨语言：复杂项目，通常涉及到多种编程语言，跨语言的代码质量检查场景越来越多，不断丰富cjlint支持的编程语言，可以整体提升仓颉复杂应用的质量；
检查效率提升：支持增量代码检查，从而在大型工程上提升开发效率。
调试是程序开发中必不可少的一环，仓颉语言通过cjdb为开发者提供程序调试能力[4]。
仓颉语言是面向多场景的应用编程语言，为了兼容现有的生态以及支持不同的设备，仓颉支持不同编译模式，并且支持高效跨语言调用。为此，cjdb提供了统一的API和CLI调试接口，在应用开发者层面屏蔽了不同编译模式下的运行时调试差异，提供给用户无感知的统一调试体验。静态编译模式下仓颉调试器整体架构如下：
图9：仓颉调试器整体架构
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基础能力
cjdb是一款基于开源LLDB开发的仓颉调试工具，具备仓颉语言的基础调试能力：
1) 源码断点/函数断点/条件断点（breakpoint）
2) 观察点（watchpoint）
3) 单步调试（s，n， finish， continue）
4) 变量查看/变量修改（print，set）
5) 表达式计算（expr）
6) 仓颉线程查看（cjthread）
此外，由于仓颉支持和C语言的互调。为了使开发者无需在不同语言的调试器之间来回切换，仓颉提供了跨语言调试能力，使开发者在同一调试界面中无缝切换调试不同语言的代码，提升代码调试效率。
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跨语言调试
cjdb跨语言调试原理如下图所示：
图10：跨语言调试原理
仓颉函数通过wrapper函数调用C函数，C侧通过wrapper函数调回到仓颉。调试时在仓颉函数代码行执行step in能够直接单步进入到C函数内，会跳过中间的wrapper函数，在C函数里面能够正常进行调用栈查看、变量查看修改、step in/step over操作，在C侧函数进行finish操作后能正常返回到仓颉函数，用户不会感知wrapper函数。
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未来规划
随着仓颉编程语言的不断发展和完善，cjdb调试功能也将不断得到优化和扩展，如下是目前计划支持的能力。
提升图形化调试能力，降低cjdb调试入门门槛；
增强并发调试能力，以支持开发者高效的调试并发问题；
提供仓颉和ArkTS的跨语言调试能力
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