C 和 C++ 打起来了!曾今最亲密的伙伴到现今的不爽?
70年代初,贝尔实验室创建了C语言,它是开发UNIX的副产品。很快C就成为了最受欢迎的编程语言之一。但是对于Bjarne Stroustrup来说,C的表达能力还不够。于是,他在1983年的博士论文中扩展了C语言。
于是,支持类的C语言诞生了。
当时,Bjarne Stroustrup明白编程语言有许多组成部分,除了语言本身,还有编译器、链接器和各种库。提供熟悉的工具有助于语言被广泛接受。在这种历史背景下,在C语言的基础上开发C++也是有道理的。
40年后,C和C++都在行业中得到了广泛使用。但是,互联网上的C开发人员认为C++是有史以来最糟糕的人类发明,而许多C++开发人员则希望有朝一日C语言灰飞烟灭。
1、究竟发生了什么事?
从表面上看,C和C++都可以满足相同的用例:高性能、确定性、原生但可移植的代码,可用于最广泛的硬件和应用程序。
但是,更让C自豪的是它是一门底层语言,更接近汇编。
而C++,从诞生第一天开始就充斥了各种奇怪的东西。例如析构函数这个黑魔法。自作主张的编译器。尽管很早C++就有了类型推断功能,但是80年代中期的开发人员还无法接受这个概念,因此Bjarne Stroustrup不得不删除了auto,直到C++ 11又重新添加回来。
从那以后,C++就不断加入各种工具来实现抽象。很难说C++是一种低级语言还是高级语言。从设计目的上来说,C++两者都是。但是在不牺牲性能的情况下,建立高级抽象是很困难的。于是C++引入了各种工具来实现constexpr、move语义、模板和不断增长的标准库。
从根本上讲,我认为C信任开发人员,而C++信任编译器。这是一个巨大的差异,单凭“两者的原生类型相同”、“while循环的语法相同”等简单一致是无法掩盖的。
C++开发人员将有这些问题归咎于C,而C开发人员则认为C++过于疯狂。我觉得站在C的角度看C++,这种说法也很正确。作为C的超集,C++确实很疯狂。一个经验丰富的C开发人员面对C++可能没有熟悉的感觉。C++不是C,这就足以引发互联网上的激烈争论。
那么,我们是否应该停止说C/C++,为这两个不幸的命名而感到悲哀吗?也不至于。
尽管C++的设计理念与C不一样,但是C++仍然是C的超集。也就是说,你可以在C++转换单元中包含C的头文件,这样依然可以通过编译。而这正是造成混乱的地方。
C++不是C的扩展,它是由不同的委员会、不同的人独立设计的标准。从逻辑上讲,喜欢C++理念的人会参与C++社区以及C++标准化的过程,而其他人可能会尝试参与C。无论是C的委员会还是C++委员会,他们表达意图和方向的方式只能通过各自的最终产品:标准;而标准是众多投票的成果。
然而,编译器很难知道它正在处理的是C头文件还是C++头文件。
extern “C” 标记并没有得到广泛一致的使用,而且它只能影响修饰,而不会影响语法或语义。头文件仅对预处理器有影响,对于C++编译器而言,所有内容都是C++转换单元,因此也就是C++。然而,人们依然会在C++中包含C头文件,并期望它“正常工作”,而大多数时候也确实可以正常工作。
那么,我们不禁想问:
2、由不同地方的、不同的人开发的C++代码如何保持C的兼容性?
恐怕很难。
最近,一位同事让我想起了康威定律:
"设计系统的架构受制于产生这些设计的组织的沟通结构。"
根据这个逻辑,如果两个委员不互相合作,则他们创造的语言也不会互通。
C++维护了一个与C及其标准库的不兼容列表。然而该列表似乎并未反映出许多C11和C18中添加、但在C++中不合法的功能。
然而,仅仅列出两种语言之间的不兼容性,并不足以衡量二者的不兼容性。
那些存在于C++标准库中但主要声明来自C的函数,很难声明成constexpr,更难声明成noexcept。C的兼容性会导致性能成本,而C函数是优化的障碍。
许多C的结构在C++中都是有效的,但无法通过代码审查(如NULL、longjmp、malloc、构造/析构函数、free、C风格的类型强制转换等)。
在C看来,这些惯用写法可能问题不大,但在C++中可不行。C++具有更强大的类型系统,不幸的是,C的惯用写法在这个类型系统中凿了一个洞,因此实现C的兼容性需要在安全性方面付出代价。
别误会,C++仍然关心C的兼容性,某种程度上。然而,有趣的是C也很关心C++,某种程度上。实话实说,C对C++的关心程度可能高于C++对C的关心。看来,每个委员会还是在乎另一个委员会的工作。但我们很不情愿。
C++知道,许多基础库都是用C编写的,不仅包括libc,而且还有zip、png、curl、openssl(!)以及许多其他库,无数的C++项目都在使用这些库。C++不能破坏这些兼容性。
但是最近,尤其是在过去的十年中,C++的规模已远远超过C。C++拥有更多的用户,并且社区更加活跃。也许这就是为什么如今C++委员会的规模是C委员会的10倍以上。
C++是不可忽视的力量,因此C委员会必须考虑不破坏C++兼容性。如果非要说一个标准追随另一个标准对话,那么如今C++是领头者,而C是追随者。
现在,C++处于稳定的三年周期中,无论是风雨还是烈日,抑或是致命的新疫情。而C每十年左右才发布一次主版本。不过这也很合理,因为作为一种较低级的语言,C不需要发展得那么快。
C语言的环境也与C++完全不同。C多用于平台,更多地用于编译器。每个人(甚至他们的狗狗)都会编写C编译器,因为该语言的特性集很小,所以任何人都可以编写C编译器。而C++委员会真正考虑的实现只有四种,而且在每次会议上这四种实现都会出现。所以,C语言中的许多功能都是与实现有关的,或者是可选支持的,这样各种编译器不需要做太多努力就可以声称自己遵从了标准,据说这样委员会的人会比较高兴。
如今,C++更加侧重于可移植性,而不是实现的自由。这又是一个理念的不同。
3、C的兼容性不重要
如果你是C开发人员,那么肯定会把C视为一种简洁的编程语言。但对于我们其他人而言,C的印象完全不同。
C是通用的、跨语言的胶水,可以将一切紧密地结合在一起。
对于C++用户而言,C就是他们的API。从这一点来看,C的价值在于其简单性。请记住,C++关心的那一部分C是出现在接口(头文件)中的C。我们关心的是声明,而不是定义。C++需要调用C库中的函数(Python、Fortran、Rust、D、Java等语言也一样,在所有情况下都可以在接口边界使用C)。
因此,C是一种接口定义语言。向C添加的内容越多,定义接口就越困难。这些接口随着时间的推移保持稳定的可能性较小。
那么,C++中缺少<threads.h>是否重要?可能并不重要,因为这不太可能出现在公共接口中。
4、如今大家都在谈论C
过去,C的兼容性是C++的一大卖点。但如今,每个人(甚至他们的金鱼)都懂C。Rust可以调用C函数,Python、Java、一切语言都可以!甚至怪异的Javascript都可以在WebAssemby中调用C函数。
但是在这些语言中,接口是显式的。该语言提供的工具可以公开特定的C声明。当然,这比较麻烦。但这可以让接口非常非常清晰。而且还是有界的。例如,在rust中,调用C函数并不会迫使Rust牺牲某些设计来容纳C子集。实际上C是被包含进去的。
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()
);
}
}
5、编译器资源管理器
除非C的ABI发生变化,否则这段代码可以一直正常运行。而且Rust/C的边界非常清晰、不言自明。
因此,C++可能是为C兼容性付出最多的语言。
更糟糕的是,打开任何C的头文件,你很快就会发现一堆#ifdef __cplusplus。没错,C++的兼容性往往需要大量C开发人员的工作。兼容性一直是海市蜃楼。
6、我们该何去何从?
我认为两个委员会都在尝试更多地沟通。他们计划明年在波特兰召开会议(尽管这个计划可能会变)。沟通是一件好事。
但是鸡同鸭讲的沟通效果会非常有限。
也许可以将C++能接受的C子集约束在C99上?也许两种语言都需要找到一个共同的子集并独立地发展?也许extern C需要影响解析。如果C++经历了多个时代,那么C可能是其中之一。
也许我们需要接受将C作为C++的子集,但唯一的方法是将WG14融入到WG21中。
现状可能不会改变。C++可能永远也无法从自己的起源中解脱,而C可能永远都要与那些顶着C语言之名的肮脏特性战斗。
看到这里你是不是对C语言/C++又有了一点新的认知呢~
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