為什么永遠(yuǎn)不會有語言取代C/C++？

數(shù)以百計的 C/C++ 替代品將會出現(xiàn)，但 C/C++ 將永遠(yuǎn)與我們同在！

每個 CPU 都帶有一種稱為 ISA（指令集架構(gòu)）匯編的電路語言。ISA 程序集是一種硬件語言，由基本數(shù)據(jù)操作、數(shù)學(xué)計算和結(jié)構(gòu)化編程（即 jmp）的操作組成。但是，為每個計算需求編寫匯編代碼無疑是耗時的，因此過去的程序員發(fā)明了對人類友好的語言和編譯器。

計算機(jī)科學(xué)家先驅(qū) Dennis Ritchie 為 Unix 操作系統(tǒng)的研發(fā)需求實現(xiàn)了 C 語言。在這段時期，整個計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域都在進(jìn)行基礎(chǔ)的最初建設(shè)，所以幾乎所有的程序員都使用 C 語言來構(gòu)建早期的計算程序，比如編譯器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件和網(wǎng)絡(luò)程序。后來，C++ 擴(kuò)展了 C 語言，保留了 C 語言的性能特點，一門具有更多開發(fā)人員特性的新的編程語言誕生了。

在 20 世紀(jì) 20 年代，程序員實現(xiàn)了 C/ C++ 的備選品，如 Go、D、Rust 和 Carbon，它們具有 C/ C++ 從未提供的各種特性。但這些語言仍然只是 C/ C++ 的備選品，而不是替代品，原因如下：

1C 和 C++ 是基礎(chǔ)語言

如果我們追根溯源當(dāng)今活躍在我們生命中的每一款計算機(jī)程序，總會發(fā)現(xiàn)它們誕生自 C 或 C++。想想你現(xiàn)在在做什么，你可能在谷歌 Chrome 上讀到這篇文章，Chrome 開源瀏覽器 (Blink 渲染引擎、V8 和瀏覽器應(yīng)用程序) 是用 C++ 寫的。假如你在 GNU/Linux 上運行 Chrome，Linux 內(nèi)核是用 C 寫的。MySQL，最流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是用 C/ C++ 寫的。所有流行的操作系統(tǒng)都為內(nèi)核函數(shù)提供了核心 C 或 C++ API。

即使存在穩(wěn)定的 C/ C++ 替代方案，許多程序員仍然喜歡用 C 或 C++ 進(jìn)行系統(tǒng)編程。在大多數(shù)情況下，程序員選擇 C++ 是因為它是與操作系統(tǒng)級 API 通信的最佳語言。例如，谷歌用 C++ 編寫了 Flutter 引擎：

Flutter 引擎使用 C/ C++ 應(yīng)用 GTK 庫函數(shù)，

截圖由作者提供

數(shù)十年來，計算領(lǐng)域的大多數(shù)核心組件都使用 C/ C++ 作為實現(xiàn)語言，C/ C++ 語言也長期維持著語言語法的標(biāo)準(zhǔn)。打造 C/ C++ 的替代品就像在所有的建筑工程完工之后改變房子的地基。

2C 和 C++ 完全控制我們所寫的內(nèi)容

在編寫源代碼時，C/ C++ 可以自由地處理程序資源。例如，C/ C++ 允許你直接分配 / 釋放用于存儲數(shù)據(jù)元素的物理內(nèi)存。C/ C++ 提供了一種使用本機(jī)操作系統(tǒng)級線程的方法，而不是像 Go 那樣管理單獨的并發(fā)運行時。

C/ C++ 沒有提供自動內(nèi)存管理 (垃圾回收) 特性，因此程序員應(yīng)該謹(jǐn)慎有效地防止內(nèi)存泄漏?？纯?Meta 的 Folly 庫源代碼是如何實現(xiàn)手動內(nèi)存管理策略的：

Meta 的 Folly 庫使用了手動內(nèi)存管理功能

自動內(nèi)存管理和內(nèi)存處理的限制無疑是使語言變得現(xiàn)代、高效和更抽象的好方法，但是這些特性會在語言運行時產(chǎn)生性能開銷，并降低程序員的自由度。

C 和 C++ 不限制內(nèi)存訪問，提供手動的內(nèi)存管理操作，讓程序員按照自己的意愿控制程序，從而把自由給了程序員。當(dāng)你用 C/ C++ 編寫程序時，你的源代碼將有效地執(zhí)行你指示的操作，就是這樣。

3C 和 C++ 確實又快又高效

一個特定程序的效率取決于兩個主要因素：程序員使用的算法的時間復(fù)雜度和二進(jìn)制程序的效率。毫無疑問，我們可以控制算法的復(fù)雜性，因為我們可以通過更新源代碼來改變它們。另一方面，二進(jìn)制文件是編譯器生成的，因此我們無法輕易從這方面提高效率。

但是，我們可以選擇一個能夠生成快速有效的二進(jìn)制文件的編譯器。GNU 編譯器生成特定于平臺的二進(jìn)制文件，而不嵌入專用的運行時環(huán)境。C 編程執(zhí)行模型使用 crt0 匯編指令段中定義的最小啟動代碼?？纯聪旅娴睦樱琇inux 上的 crt0 部分：

在 C 語言中 main 函數(shù)之前執(zhí)行的啟動代碼

C++ 無疑是一門復(fù)雜的語言，但它不像 Python 和 Golang 那樣提供更高的抽象。此外，它還為你提供了一種使用首選標(biāo)準(zhǔn)語言版本 (即 C++ 14) 進(jìn)行編譯的方法。因此，自現(xiàn)代 C++ 特性使 C++ 開發(fā)復(fù)雜化以來，你可以只使用 C++ 中最小的特性。C++ 已經(jīng)有 30 多年的歷史了，并且從早期計算時代開始就對其性能進(jìn)行了優(yōu)化。

4C 和 C++ 是學(xué)術(shù)友好型語言

程序員編程通常始于職業(yè)生涯的不同階段。一些程序員在他們上學(xué)的時候就使用第一臺計算機(jī)設(shè)備學(xué)習(xí)編程。然而，大多數(shù)程序員都是在大學(xué)期間提高他們的編程技能的。幸運的是，幾乎所有的大學(xué)都是為了讓學(xué)生有機(jī)會學(xué)習(xí)計算機(jī)程序如何與硬件組件一起工作而開始教授了 C 語言編程。

后來，大多數(shù)大學(xué)教授 C++ 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法基礎(chǔ)知識，而不使用 C++ 的復(fù)雜部分。大學(xué)生通常在學(xué)習(xí)了與算法相關(guān)的課程后，就會進(jìn)入競爭激烈的編程領(lǐng)域。大多數(shù)有競爭力的程序員都喜歡 C++，因為它速度快，內(nèi)置的最優(yōu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可用性高，語法少。

Rust 無疑是一種很好的語言，具有內(nèi)存安全、高性能和內(nèi)置特性，但是 Rust 語法對于第一次編寫代碼的開發(fā)人員并不友好。對于工業(yè)用途來說，如果你的團(tuán)隊希望獲得類似 C 語言的最小的高效代碼和類似 python 的開發(fā)環(huán)境，Go 是一種很好的語言。但是，對于學(xué)術(shù)用途來說，Go 的抽象太過簡單，并且不能與傳統(tǒng)的偽代碼保持一致，所以學(xué)術(shù)講師永遠(yuǎn)不會用 Go 來替代 C/ C++。

5現(xiàn)代替代方案仍然需要 C，它們專注于不同的目標(biāo)

如前所述，所有 POSIX 操作系統(tǒng)和非 POSIX 操作系統(tǒng) (即 Windows) 都提供了一個 C 庫來處理內(nèi)核操作，因此從 C/ C++ 調(diào)用內(nèi)核特性很容易，因為我們不需要編寫特定于語言的綁定或第三方包裝器。一些操作系統(tǒng)甚至預(yù)先包含 GNU C/ C++ 編譯器和調(diào)試器來促進(jìn) C/ C++ 的開發(fā)。如果我們使用 Rust 和 Go，需要特定于語言的第三方綁定來與操作系統(tǒng) API 通信?，F(xiàn)代替代語言仍然提供了調(diào)用 C 代碼的方法。例如，Go 提供 Cgo 特性來調(diào)用 C 代碼。

幾乎所有的 C/ C++ 替代方案都力求用與 C++ 截然不同的語言語法來提供缺少的 C++ 特性。

如果程序員在尋找 C/ C++ 的替代方案，他們通常會期望一個平穩(wěn)且耗時較少的遷移過程。

此外，他們也不期望學(xué)習(xí)一門新語言來為他們不喜歡的 C/ C++ 特性找到解決方案。

程序員們針對低層次編程用例設(shè)計和改進(jìn)了 C 語言，沒有一種現(xiàn)代語言是完全針對 C 語言的目標(biāo)而創(chuàng)建的。C++ 使 C 語言更具有未來感，并自低級編程階段進(jìn)行了提升。Rust、Go、D 和 Carbon 都是 C/ C++ 的備選品——而不是替代品，這些備選品都有自己的未來目標(biāo)。

6結(jié)語

以前的程序員在 C/ C++ 進(jìn)化時期書寫了我們的計算機(jī)歷史。他們用 C 和 C++ 構(gòu)建操作系統(tǒng)內(nèi)核、編程語言、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件。多虧了 C/ C++，現(xiàn)在幾乎所有的現(xiàn)代 Web 服務(wù)都能工作。例如，最流行的 Web 服務(wù)器軟件，如 Apache HTTP 和 Nginx，就是使用 C/ C++ 作為實現(xiàn)語言。

以前的程序員幾乎用 C/ C++ 編寫了所有流行的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)軟件組件。Web 開發(fā)人員喜歡選擇 Java 和 Node.js 用于 Web 服務(wù)，但 Java 和 Node.js 都是因 C/ C++ 而來的。

一些程序員認(rèn)為像 Rust、Go、D 和 Carbon 這樣的流行語言可以替代 C/ C++。同時，一些程序員考慮使用這些語言作為 C/ C++ 的備選品，認(rèn)為它們在未來可能取代 C/ C++。這些現(xiàn)代語言是為特定的目的和需求而設(shè)計的——而不是取代 C/ C++。

微軟創(chuàng)建了 TypeScript，但我們?nèi)匀皇褂?JavaScript。Jetbrains 創(chuàng)造了 Kotlin，但我們?nèi)匀皇褂?Java。數(shù)以百計的 C/ C++ 備選品出現(xiàn)了，但程序員仍將使用 C/ C++，因為重寫面向 C/ C++ 的計算機(jī)歷史是不現(xiàn)實的。

這并不意味著 C 和 C++ 是最好的語言——在某些方面 (例如復(fù)雜性、內(nèi)存安全性等)，備選語言可能比 C/ C++ 更好，但它們無法進(jìn)入 C/ C++ 的領(lǐng)域，因為以前的程序員用 C 和 C++ 編寫了整個現(xiàn)代計算機(jī)歷史。

感謝你的閱讀。

審核編輯：湯梓紅