现在的编程语言越来越多,为什么 C 和 C++ 还没有被现在的时代淘汰呢?

news2024/10/7 18:25:42

C/C++会不会被时代淘汰?这个问题跳过了一步,关键是这个问题:

C/C++有哪些其它语言难以代替的特殊之处?

1、对实现细节的控制粒度

一般我们常说:C/C++具有较高的执行效率。其实这句话不是特别准确,有时候它们并不一定效率高。换句更恰当的话说:

C/C++,特别是C语言,控制粒度很细,与机器语言有着相当稳固的对应关系。

以C语言的if···else为例,它的汇编代码如下图所示。

 

也就是说,高手可以通过C语言写出完全按照自己的想法运行的程序。从C代码可以直接对应到汇编语言,如果你对C语言有足够的了解,代码在运行时实际做了哪些事情,是相当明确的。

C/C++甚至能指导编译器哪些变量优先放在寄存器,哪些函数内联,哪些变量要避免多线程抢夺,均可以进行非常细致的控制。

与此相反,Java、Python等高级语言在执行时会跨越很多层次。高级语言源代码 ->中间语言 -> 虚拟机执行 -> 分解执行流程 -> 实际执行的一系列操作。这其中的每一步都不是那么简单,最普通的一句代码:

c = a+b

会因为a或b的元方法,产生无数的执行可能性。除非仔细分析每一个细节,否则编程者对于最终代码的执行逻辑是缺乏控制力的,也不可能进行汇编级别的优化。

总结来说,C/C++,特别是C语言,有着极为精细的控制粒度,而更高级的现代语言一般无法进行如此细致的控制。

2、由于极高的控制力,在某些领域难以被代替

需要程序员压榨每一分硬件性能的地方并不多,特别是现在的服务器核心数很多,只要能充分利用多核心,每个核心没有完全挖掘也是可以接受的。

一般来说,需要压榨硬件潜力的领域有:

1、操作系统。因为每个人每天都要用操作系统,操作系统(特别是内核和驱动曾),对优化要求非常高。例如如果对Windows磁盘读取优化1%,几乎全世界电脑用户都会受益1%。

2、游戏引擎。游戏是硬件进步的原动力,大型游戏开发商总是在尽力压榨每一分硬件性能,在60帧以上无止境优化视觉效果、动态效果。C++一直以来都是编写游戏引擎的首选语言,而且几乎是唯一语言。(游戏开发可以用各种技术,但引擎本身一般是用C++编写)

3、嵌入式程序。由于单片机的硬件性能较弱,存储空间极小,必须编写专用的程序代码,使用高级语言可能导致延迟过大,或容量超出限制。未来“万物互联”的潮流,可能会引发超微型嵌入式系统的再度复兴。

4、加密与安全方向。大部分加密/解密模块,与操作系统一样,每个人每天都会频繁使用,所以用C/C++来深入优化是必须的;另外,很多软件硬件漏洞,例如常见的内存溢出漏洞,也需要编写很精巧的C/C++代码才好利用漏洞,才能编写木马或者直接入侵系统。

总之,C++的不可替代性是由它本身的特点决定的。而且目前来看,这种不可替代性在未来几年、几十年也依然不会有变化。
 

很多时候不把问题放在历史角度去思考,就怎么也想不明白——就好比2020年的小朋友可能怎么也想不通“为什么1980年的物理学家不用Matlab来替代fortran”一样。

当年并不是所有处理器的架构都有完整的编译工具链的,哪怕之前的2010年,有一整套某个版本的gcc实现所有功能和bootloader就相当不错了,再往前20~30年,大量的工业用的控制器都是自家手撸出来编译器——在当时的嵌入式设计中,只需要非常少的逻辑和设计,大量的工作用语读取和改写各种寄存器。当年C语言流行是因为:

  1. C语言的特性刚好能满足他们的需求,不需要oop和fp,不需要template,甚至不需要STL。对于嵌入式工程师来说,只需要include进来一堆头文件,把海量的寄存器、一些基本方法的函数、部分提前定义好的数据类型给include & link一下就可以了,而当时的通信、I/O等基本protocol也倾向于用C来完成,其余的交给指针、函数、变量、逻辑控制、数组和结构体就足够了;
  2. C语言编译器足够小巧到一个公司可以自己养一个小小的团队来维护,而C++包括整个std和所有五花八门的feature很难。当时的公司不仅不愿意依赖开源工具链,甚至自家的data sheets都不愿意公开出来,因为里面很可能包含自己的商业机密设计(比如某某寄存器如何read only,某某地址和寄存器如何读写完成加密和锁死)——因此对于很多厂商来说,商业机密非常重要,宁可让客户自己多花钱雇人读一读data sheets和specs,也要守住自己的一亩三分地;
  3. 越来越多的嵌入式开始用上轻量级的real time OS来调度,为了尽可能地兼容更多的设备和架构,比如uc-OS,选择用C语言来开发是工业界一个最大共识子集,这样把bootloader的工作量可以压缩到最小。

跳出来看,兼顾图灵完备、可读性、最大可移植等几个尺度,毫无疑问C语言的编译器是公认的最小实现——尤其考虑到历史上大量工作都是在老的设备和架构硬件上完成的,C语言在这些最后的嵌入式阵地上也是不太可能被取代的。

另一个地方就是上古时期科学计算库的屎山,因为上世纪大学和研究院内部没有像样的software engineering的management,任由屎山套屎山,或者单纯用惯了blas形成了思维惯性,导致存在一大堆各个小领域做computation的还在使用C语言——这些地方就算用了C++,也是link到C的屎山里而无法自拔。

语言不是问题,圈地自萌怎么折腾都没人管你,想着“大一统”才是问题。给每个architecture和指令集写编译器都是需要烧钱雇人的,历史的工作已经戛然而止,你是不可能把一切推倒重来的。

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