C語言的誕生 C語言與C++40年的相愛相殺

　　作者 | cor3ntin

　　譯者 | 彎月

以下為譯文：

70年代初，貝爾實驗室創(chuàng)建了C語言，它是開發(fā)UNIX的副產(chǎn)品。很快C就成為了最受歡迎的編程語言之一。但是對于Bjarne Stroustrup來說，C的表達能力還不夠。于是，他在1983年的博士論文中擴展了C語言。

于是，支持類的C語言誕生了。

當時，Bjarne Stroustrup明白編程語言有許多組成部分，除了語言本身，還有編譯器、鏈接器和各種庫。提供熟悉的工具有助于語言被廣泛接受。在這種歷史背景下，在C語言的基礎上開發(fā)C++也是有道理的。

40年后，C和C++都在行業(yè)中得到了廣泛使用。但是，互聯(lián)網(wǎng)上的C開發(fā)人員認為C++是有史以來最糟糕的人類發(fā)明，而許多C++開發(fā)人員則希望有朝一日C語言灰飛煙滅。

1、究竟發(fā)生了什么事？

從表面上看，C和C++都可以滿足相同的用例：高性能、確定性、原生但可移植的代碼，可用于最廣泛的硬件和應用程序。

但是，更讓C自豪的是它是一門低級語言，更接近匯編。

而C++，從誕生第一天開始就充斥了各種奇怪的東西。例如析構函數(shù)這個黑魔法。自作主張的編譯器。盡管很早C++就有了類型推斷功能，但是80年代中期的開發(fā)人員還無法接受這個概念，因此Bjarne Stroustrup不得不刪除了auto，直到C++ 11又重新添加回來。

從那以后，C++就不斷加入各種工具來實現(xiàn)抽象。很難說C++是一種低級語言還是高級語言。從設計目的上來說，C++兩者都是。但是在不犧牲性能的情況下，建立高級抽象是很困難的。于是C++引入了各種工具來實現(xiàn)constexpr、move語義、模板和不斷增長的標準庫。

從根本上講，我認為C信任開發(fā)人員，而C++信任編譯器。這是一個巨大的差異，單憑“兩者的原生類型相同”、“while循環(huán)的語法相同”等簡單一致是無法掩蓋的。

C++開發(fā)人員將有這些問題歸咎于C，而C開發(fā)人員則認為C++過于瘋狂。我覺得站在C的角度看C++，這種說法也很正確。作為C的超集，C++確實很瘋狂。一個經(jīng)驗豐富的C開發(fā)人員面對C++可能沒有熟悉的感覺。C++不是C，這就足以引發(fā)互聯(lián)網(wǎng)上的激烈爭論。

然而，雖然我不喜歡C，但也沒有權利取笑C。盡管我有一定的C++經(jīng)驗，但用C編寫過的代碼少之又少，而且肯定是很糟糕的代碼。好的編程語言包括良好的實踐、模式、慣用寫法，這些都需要多年的學習。如果你嘗試用編寫C++的方式寫C的代碼，或者用C的方式編寫C++的代碼，那感覺一定很糟糕。即便你懂C，也不一定會C++，反之亦然，懂C++也不一定會用C編程。

那么，我們是否應該停止說C/C++，為這兩個不幸的命名而感到悲哀嗎？也不至于。

盡管C++的設計理念與C不一樣，但是C++仍然是C的超集。也就是說，你可以在C++轉(zhuǎn)換單元中包含C的頭文件，這樣依然可以通過編譯。而這正是造成混亂的地方。

C++不是C的擴展，它是由不同的委員會、不同的人獨立設計的標準。從邏輯上講，喜歡C++理念的人會參與C++社區(qū)以及C++標準化的過程，而其他人可能會嘗試參與C。無論是C的委員會還是C++委員會，他們表達意圖和方向的方式只能通過各自的最終產(chǎn)品：標準；而標準是眾多投票的成果。

然而，編譯器很難知道它正在處理的是C頭文件還是C++頭文件。

extern “C” 標記并沒有得到廣泛一致的使用，而且它只能影響修飾，而不會影響語法或語義。頭文件僅對預處理器有影響，對于C++編譯器而言，所有內(nèi)容都是C++轉(zhuǎn)換單元，因此也就是C++。然而，人們依然會在C++中包含C頭文件，并期望它“正常工作”，而大多數(shù)時候也確實可以正常工作。

那么，我們不禁想問：

2、由不同地方的、不同的人開發(fā)的C++代碼如何保持C的兼容性？

恐怕很難。

最近，一位同事讓我想起了康威定律：

"設計系統(tǒng)的架構受制于產(chǎn)生這些設計的組織的溝通結構。"

根據(jù)這個邏輯，如果兩個委員不互相合作，則他們創(chuàng)造的語言也不會互通。

C++維護了一個與C及其標準庫的不兼容列表。然而該列表似乎并未反映出許多C11和C18中添加、但在C++中不合法的功能。更清晰的介紹請參見這個維基本科頁面（https://en.wikipedia.org/wiki/Compatibility_of_C_and_C%2B%2B）。

然而，僅僅列出兩種語言之間的不兼容性，并不足以衡量二者的不兼容性。

那些存在于C++標準庫中但主要聲明來自C的函數(shù)，很難聲明成constexpr，更難聲明成noexcept。C的兼容性會導致性能成本，而C函數(shù)是優(yōu)化的障礙。

許多C的結構在C++中都是有效的，但無法通過代碼審查（如NULL、longjmp、malloc、構造/析構函數(shù)、free、C風格的類型強制轉(zhuǎn)換等）。

在C看來，這些慣用寫法可能問題不大，但在C++中可不行。C++具有更強大的類型系統(tǒng)，不幸的是，C的慣用寫法在這個類型系統(tǒng)中鑿了一個洞，因此實現(xiàn)C的兼容性需要在安全性方面付出代價。

別誤會，C++仍然關心C的兼容性，某種程度上。然而，有趣的是C也很關心C++，某種程度上。實話實說，C對C++的關心程度可能高于C++對C的關心。看來，每個委員會還是在乎另一個委員會的工作。但我們很不情愿。

C++知道，許多基礎庫都是用C編寫的，不僅包括libc，而且還有zip、png、curl、openssl（！）以及許多其他庫，無數(shù)的C++項目都在使用這些庫。C++不能破壞這些兼容性。

但是最近，尤其是在過去的十年中，C++的規(guī)模已遠遠超過C。C++擁有更多的用戶，并且社區(qū)更加活躍。也許這就是為什么如今C++委員會的規(guī)模是C委員會的10倍以上。

C++是不可忽視的力量，因此C委員會必須考慮不破壞C++兼容性。如果非要說一個標準追隨另一個標準對話，那么如今C++是領頭者，而C是追隨者。

現(xiàn)在，C++處于穩(wěn)定的三年周期中，無論是風雨還是烈日，抑或是致命的新疫情。而C每十年左右才發(fā)布一次主版本。不過這也很合理，因為作為一種較低級的語言，C不需要發(fā)展得那么快。

C語言的環(huán)境也與C++完全不同。C多用于平臺，更多地用于編譯器。每個人（甚至他們的狗狗）都會編寫C編譯器，因為該語言的特性集很小，所以任何人都可以編寫C編譯器。而C++委員會真正考慮的實現(xiàn)只有四種，而且在每次會議上這四種實現(xiàn)都會出現(xiàn)。所以，C語言中的許多功能都是與實現(xiàn)有關的，或者是可選支持的，這樣各種編譯器不需要做太多努力就可以聲稱自己遵從了標準，據(jù)說這樣委員會的人會比較高興。

如今，C++更加側重于可移植性，而不是實現(xiàn)的自由。這又是一個理念的不同。

3、因此，你的提議破壞了C的兼容性

我提議的P2178的一部分理論上會影響與C的兼容性。這樣的話所有方案都不會令人滿意。

有人可能會說，你可以先向C委員會提議你的新特性。這意味著需要召開更多會議。C會議的嚴格出席規(guī)則可能導致你無法參加會議，這就將那些不愿意花上數(shù)千美元成為ISO會員的個人拒之門外。這是因為C委員會必須遵守ISO的規(guī)則。

而且，如果新的標準剛剛發(fā)布，那么可能還需要等待十年時間，你的提案才會被考慮。最重要的是，如果C委員不理解或不在乎你正在努力解決的問題，那么你的提案就石沉大海了。或者他們可能沒有精力來處理這個問題。而且，可能你也沒有精力來處理C。畢竟，你的本意是要改進C++。實際上，哪怕會議上無人反對你的提議（盡管不太可能發(fā)生），如果有人讓你先去跟C委員會的人討論，就等于給你的提議判了死刑。

另一種可能的情況是，C委員會接受與C++中存在的版本略有不同的版本。true只能做一個宏來實現(xiàn)。char16_t需要通過typedef。char32_t不一定是UTF-32。static_assert對應的是 _Static_assert。

這類的情況還有很多，我們應該責備C嗎？可能不應該。他們的委員會只是在盡力將C語言做好。反之亦然。在C++20中，指定的初始化器就受到了C的啟發(fā)，但采取了略微不同的規(guī)則，因為如果完全一樣的話就不符合C++的初始化規(guī)則。

對于這個問題，我也有責任。C有VLA。如果當時我在，我一定會反對在標準C++中采用它，因為它導致了太多安全性問題。我也會堅決反對將_Generic添加到C++中的提議。也許_Generic的目的是減少由于缺乏模板或缺乏重載而導致的問題，但是C++有這兩個功能，從我的角度來看，_Generic并不適合我想象中的C++。

這兩個委員會似乎對于對方語言的關心程度也不一樣。有時我們會遇到兼容性非常好的情況（std::complex），有時完全不在乎兼容性（靜態(tài)數(shù)組參數(shù)）。

這沒有辦法。別忘了每個委員會都是一群人，他們在不同的時間、不同的地點投票，而試圖控制結果會導致投票毫無意義。將這些人放在同一個房間也不現(xiàn)實。ISO可能會反對，參與者的不平衡會導致C的人處于極大的劣勢。

4、C的兼容性不重要

如果你是C開發(fā)人員，那么肯定會把C視為一種簡潔的編程語言。但對于我們其他人而言，C的印象完全不同。

C是通用的、跨語言的膠水，可以將一切緊密地結合在一起。

對于C++用戶而言，C就是他們的API。從這一點來看，C的價值在于其簡單性。請記住，C++關心的那一部分C是出現(xiàn)在接口（頭文件）中的C。我們關心的是聲明，而不是定義。C++需要調(diào)用C庫中的函數(shù)（Python、Fortran、Rust、D、Java等語言也一樣，在所有情況下都可以在接口邊界使用C）。

因此，C是一種接口定義語言。向C添加的內(nèi)容越多，定義接口就越困難。這些接口隨著時間的推移保持穩(wěn)定的可能性較小。

那么，C++中缺少是否重要？可能并不重要，因為這不太可能出現(xiàn)在公共接口中。

5、如今大家都在談論C

過去，C的兼容性是C++的一大賣點。但如今，每個人（甚至他們的金魚）都懂C。Rust可以調(diào)用C函數(shù)，Python、Java、一切語言都可以！甚至怪異的Javascript都可以在WebAssemby中調(diào)用C函數(shù)。

但是在這些語言中，接口是顯式的。該語言提供的工具可以公開特定的C聲明。當然，這比較麻煩。但這可以讓接口非常非常清晰。而且還是有界的。例如，在rust中，調(diào)用C函數(shù)并不會迫使Rust犧牲某些設計來容納C子集。實際上C是被包含進去的。

mod confinment {
 use std::os::raw::{c_char};
 extern "C" {
 pub fn puts(txt: *const c_char);
 }


}


pub fn main() {
 unsafe {
 confinment::puts(
 std::ffi::CString::new("Hello, world!").expect("failed!").as_ptr()
 );
 }
}

6、編譯器資源管理器

除非C的ABI發(fā)生變化，否則這段代碼可以一直正常運行。而且Rust/C的邊界非常清晰、不言自明。

因此，C++可能是為C兼容性付出最多的語言。

更糟糕的是，打開任何C的頭文件，你很快就會發(fā)現(xiàn)一堆#ifdef __cplusplus。沒錯，C++的兼容性往往需要大量C開發(fā)人員的工作。兼容性一直是海市蜃樓。很多人都知道我的這條推文：