プログラミング言語「Goose」：C++やRustを超えると謳う新言語の全貌

ここ数週間、開発者の間で最も議論されているトピックの一つが、プログラミング言語「Goose」です。これは、ベテランプログラマーであり「Lobster」言語の作者でもあるWouter van Oortmerssen氏によって作成されました。GooseはApache 2.0ライセンスのもとでオープンソースとして公開されており、最も興味深いことに、そのコンパイラは人間が設計した言語仕様をもとに、ほぼ完全にAIによって生成されたと作者は述べています。

核心にあるアイデア：ヒープを使わない

ほとんどの言語では、配列や文字列などの動的データはヒープ上に存在し、管理のためにガベージコレクション（Java、Go）、参照カウント（Swift）、またはライフタイム規則（Rust）を必要とします。Gooseはこれらのいずれも使用しません。公式ドキュメントによると、すべての動的値はコンパイラが管理するデータスタック上に存在します。

• 各スタックは、シンプルなバンプポインタを持つ大きなアドレス空間予約（デフォルトで2GB）です。
• 各スタックで同時に生存できる可変長の値は1つだけであり、それは常にトップにあります。
• 配列の拡張はポインタを進めるだけで、何も移動しません。
• スコープ終了時のメモリ解放は、単一のストア操作で行われます。

コンパイラはコンパイル時にこれらの規則を検証し、実行時に追跡されるのはバンプポインタのみです。

安全性の仕組み

すべての参照には静的な「ルート」（そのライフタイムを制限する変数）が存在します。コンパイラは自動的にルートを推論し、所有者より長生きしてしまう参照を拒否します。Rustとは異なり、プログラマーがライフタイム注釈を書く必要はなく、unsafeも存在しません。

構文の例

GooseはC言語に似たコンパクトな構文を持ちます。可変サイズデータを持つ構造体は次のように宣言されます：struct Item { sku: u8[varint], qty: varint, cents: varint }。配列には、固定サイズ、拡張のみ、拡張・縮小可能の3種類があります。

速度：作者による数値

作者は16のベンチマーク結果（幾何平均）を公開しています。それらによると、Gooseは以下の通りです：

• 慣用的なC++の約3.3〜3.5倍高速
• 手動で最適化されたC++の1.16〜1.26倍高速
• 最も安全なRustの1.12〜1.19倍高速
• メモリ使用量が1.2〜1.9倍少ない

例えば、注文レコードの場合、Gooseでは29バイトでアロケーションはゼロですが、C++では160バイトで1回のアロケーション、Rustでは153バイトで4回のアロケーションが必要です。これらは作者自身によるベンチマークであり、第三者による検証はまだ限定的である点には留意してください。

制限事項

• 再帰関数では、再帰呼び出しをまたいで可変データを保持できません。
• エスケープするクロージャや関数ポインタはありません。
• プログラム全体のコンパイル（ホールプログラムコンパイル）のみに対応しています。
• ライブラリのエコシステムはまだ非常に小規模です。

試す方法

Windows x64、Linux x64、およびmacOS（Apple SiliconおよびIntel）向けの事前ビルド済みコンパイラが利用可能です。Gooseは単一のCファイルにコンパイルされるため、Cコンパイラが動く環境であればどこでも実行できます。GitHubのaardappel/gooseページからリリースをダウンロードし、フォルダをPATHに追加して、goose samples/01_tour.gooseでサンプルを実行してください。アーカイブにはVS Code拡張機能も含まれています。

総評

Gooseは、メモリ管理に対するまったく新しいアプローチを持った魅力的な実験的言語です。パフォーマンスを重視するシステムプログラマーなら、動向を追って実際に試してみる価値があります。ただし、新しい言語であるため、プロダクション環境での使用については、第三者によるベンチマークとエコシステムの拡大を待つのが賢明でしょう。