C 語(yǔ)言 PK 各大編程語(yǔ)言

時(shí)間：2021-12-13 13:49:09

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[導(dǎo)讀]本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)“CSDN”，ID：CSDNnews）作者?|?Serdar?Yegulalp?譯者?|?王艷妮，責(zé)編?|?屠敏C語(yǔ)言五十年來(lái)一直是軟件開發(fā)的一種主力語(yǔ)言。以下是它在如今的2019年與C，Java，C＃，Go，Rust和Python抗衡的方式。以下為譯文：沒(méi)有什么技...

本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)“CSDN”，ID：CSDNnews）

作者 | Serdar Yegulalp

譯者 | 王艷妮，責(zé)編 | 屠敏

C語(yǔ)言五十年來(lái)一直是軟件開發(fā)的一種主力語(yǔ)言。以下是它在如今的2019年與C ，Java，C＃，Go，Rust和Python抗衡的方式。

以下為譯文：

沒(méi)有什么技術(shù)可以應(yīng)用長(zhǎng)達(dá)50年之久，除非它真的比大多數(shù)其他東西都要好用——對(duì)于一種計(jì)算機(jī)行業(yè)的技術(shù)來(lái)說(shuō)尤其如此。自1972年誕生以來(lái)，C語(yǔ)言一直保持生龍活虎的狀態(tài)，時(shí)至今日它仍然是我們用來(lái)搭建軟件世界的基礎(chǔ)建筑材料之一。

但有時(shí)一種技術(shù)能夠長(zhǎng)期存在，只是因?yàn)槿藗冞€沒(méi)有來(lái)得及發(fā)明新的東西來(lái)取代它而已。在過(guò)去的幾十年里，出現(xiàn)了許多其他語(yǔ)言——其中一些明確地被設(shè)計(jì)用于挑戰(zhàn)C的主導(dǎo)地位，有些語(yǔ)言試圖憑借自己的人氣慢慢瓦解C語(yǔ)言的統(tǒng)治地位。

為C需要被替換掉的觀點(diǎn)爭(zhēng)辯是簡(jiǎn)單的。編程語(yǔ)言研究和軟件開發(fā)實(shí)踐都暗示了如何比C更好地去做事。但歷經(jīng)數(shù)十年的研究和開發(fā)，C語(yǔ)言的地位卻依舊穩(wěn)固。很少有其他語(yǔ)言能夠在性能、裸機(jī)兼容性或通用性等方面擊敗它。不過(guò)，2018年C是如何與那些明星編程語(yǔ)言競(jìng)爭(zhēng)的呢，其中細(xì)節(jié)仍值得一看。

C vs. C

當(dāng)然了，C最常被拿來(lái)與C 進(jìn)行比較，正如其名稱本身所暗示的那樣，C 作為對(duì)C語(yǔ)言的擴(kuò)展而被創(chuàng)建出來(lái)。C 和C之間的差異可以概括為C 更加廣泛（褒）或更加寬泛（貶），具體取決于這個(gè)問(wèn)題你是問(wèn)的C還是C 程序員。（笑）

雖然C 的語(yǔ)法等方面仍然是類C的，但它提供了許多在原生的C中本不可用的非常實(shí)用的功能：命名空間（namespace），模板（template），異常（exception），自動(dòng)內(nèi)存管理（automatic memory management）等等。需要頂級(jí)性能的項(xiàng)目，例如涉及數(shù)據(jù)庫(kù)，機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的項(xiàng)目通常是用C 編寫的，以便項(xiàng)目能盡可能地榨取以及利用到每一點(diǎn)性能。

此外，與C相比，C 在持續(xù)地更加積極地?cái)U(kuò)展。即將推出的C 20會(huì)帶來(lái)更多功能供開發(fā)者享用，包括模塊，協(xié)同程序，同步庫(kù)，以及概念，這些使模板更易于使用。C standard的最新版本只進(jìn)行了少量更新，并側(cè)重于保持向后兼容性。

事實(shí)上，C 中的所有附加功能同樣也可能成為累贅。而且是很大的累贅。您使用的C 專屬功能越多，引入的復(fù)雜度就越高，對(duì)結(jié)果的修正就越困難。將自己局限于僅一個(gè)C 子集的開發(fā)人員可以避免許多開發(fā)中嚴(yán)重的坑和額外負(fù)擔(dān)。但是有些團(tuán)隊(duì)想要從根兒上防范C 的過(guò)度復(fù)雜性。堅(jiān)持使用C能迫使開發(fā)人員將自己局限于一個(gè)子集。例如，Linux內(nèi)核開發(fā)團(tuán)隊(duì)就直接避開了C 。

選C而不選C 對(duì)您——以及任何將會(huì)維護(hù)你代碼的開發(fā)人員——來(lái)說(shuō)都是可行的，通過(guò)采用強(qiáng)制簡(jiǎn)約主義來(lái)避免與C 的復(fù)雜性糾纏。當(dāng)然，C 擁有豐富的高級(jí)功能，這是有它自己的道理的。但如果極簡(jiǎn)主義更適合當(dāng)前和未來(lái)的項(xiàng)目——以及負(fù)責(zé)項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)——那么還是選C更明智一些。

C vs. Java

幾十年了，Java仍然是企業(yè)軟件開發(fā)的主力軍之一——并且也是寬泛而言的開發(fā)的主力軍之一。許多最重要的企業(yè)軟件項(xiàng)目都是用Java編寫的——包括絕大多數(shù)Apache Software Foundation項(xiàng)目——而Java仍然是開發(fā)企業(yè)級(jí)需求項(xiàng)目的可行語(yǔ)言。

Java的語(yǔ)法從C和C 中借鑒了很多東西。但是，與C不同的是，Java默認(rèn)情況下不會(huì)編譯為本機(jī)代碼。相反，Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境，JVM，JIT（實(shí)時(shí)）編譯Java代碼以在目標(biāo)環(huán)境中運(yùn)行。在適當(dāng)?shù)那闆r下，JIT編譯后的Java代碼可以接近甚至超過(guò)C的性能。

Java背后的“一次編寫，隨處運(yùn)行”的理念也允許Java程序在目標(biāo)架構(gòu)上進(jìn)行相對(duì)較少的調(diào)整即可運(yùn)行。相比之下，雖然C已被移植到許多架構(gòu)中，但任何給定的C程序仍可能需要重新量身定做才能在，打個(gè)比方，Windows與Linux，兩種不同的os之間正常運(yùn)行。

這種可移植性和強(qiáng)大性能的結(jié)合，以及龐大的軟件庫(kù)和框架組成的生態(tài)，使Java成為構(gòu)建企業(yè)應(yīng)用程序的首選語(yǔ)言。

Java輸給C的地方是一個(gè)Java從未打算競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域：靠近底層結(jié)構(gòu)運(yùn)行，或直接與硬件打交道。C代碼被編譯成機(jī)器代碼，由進(jìn)程直接執(zhí)行。Java被編譯成字節(jié)碼，這是一種隨后會(huì)被JVM解釋器轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼的中間代碼。此外，盡管Java的自動(dòng)內(nèi)存管理在大多數(shù)情況下都是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但C更適合于必須充分利用有限內(nèi)存資源的情況。

也就是說(shuō)，在某些方面，Java在速度方面可以接近于C。JVM的JIT引擎在運(yùn)行時(shí)根據(jù)程序行為優(yōu)化例程，允許進(jìn)行許多類型的優(yōu)化，而這些優(yōu)化是在未提前編譯的C中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。雖然Java運(yùn)行時(shí)自動(dòng)執(zhí)行內(nèi)存管理，但一些較新的應(yīng)用程序可以解決這個(gè)問(wèn)題。例如，Apache Spark部分地通過(guò)使用繞過(guò)JVM的自定義內(nèi)存管理代碼來(lái)優(yōu)化內(nèi)存中處理。

C vs. C＃和.Net

在推出近二十年后，C＃和.Net 框架仍然是企業(yè)軟件世界的主要組成部分。有人說(shuō)C＃和.Net是微軟對(duì)Java的回應(yīng)——一個(gè)托管代碼編譯器系統(tǒng)和通用運(yùn)行庫(kù)——C和Java之間的許多種對(duì)比也適用于C和C＃或.Net之間。

與Java（以及某種程度上來(lái)說(shuō)Python也是如此）一樣，.Net提供跨各種平臺(tái)的可移植性和龐大的集成軟件生態(tài)系統(tǒng)。考慮到.Net世界中有多少面向企業(yè)的開發(fā)，這些都是不小的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)您使用C＃或任何其他.Net語(yǔ)言開發(fā)程序時(shí)，您可以使用為.Net運(yùn)行時(shí)編寫的大量工具和庫(kù)。

.NET另一個(gè)類似Java的優(yōu)勢(shì)是JIT優(yōu)化。C＃和.Net程序可以按照C語(yǔ)言提前編譯，但它們主要由.Net運(yùn)行時(shí)進(jìn)行即時(shí)編譯，并使用運(yùn)行時(shí)信息進(jìn)行優(yōu)化。JIT編譯允許對(duì)無(wú)法在C中執(zhí)行的運(yùn)行著的.Net程序進(jìn)行各種就地優(yōu)化。

與C一樣，C＃和.Net提供各種直接訪問(wèn)內(nèi)存的機(jī)制。堆，棧和非托管系統(tǒng)內(nèi)存都可以通過(guò).Net API和對(duì)象訪問(wèn)。開發(fā)人員可以使用.Net中的unsafe模式來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的性能。

但這些都不是沒(méi)有代價(jià)的。托管對(duì)象和unsafe對(duì)象不能被任意交換，并且它們之間的編組會(huì)降低性能。因此，要最大化.Net應(yīng)用程序的性能需要將托管和非托管對(duì)象之間的變動(dòng)保持在最低限度。

如果您無(wú)法承擔(dān)托管與非托管內(nèi)存之間變動(dòng)造成的性能損失，或者.Net運(yùn)行時(shí)對(duì)于目標(biāo)環(huán)境（例如，內(nèi)核空間）來(lái)說(shuō)是一個(gè)糟糕的選擇，或者可能根本不可用，那么C就是你所需要的。與C＃和.Net不同，C被默認(rèn)可以解鎖對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)權(quán)。

C vs. Go

Go的語(yǔ)法很大程度上借鑒了C——花括號(hào)作為定界符，語(yǔ)句以分號(hào)結(jié)束，等等。精通C的開發(fā)人員通常可以毫不費(fèi)力地直接使用Go，甚至算上Go的獨(dú)有功能，如命名空間和包管理，對(duì)開發(fā)人員來(lái)說(shuō)也并不困難。

代碼可讀性是Go的指導(dǎo)設(shè)計(jì)目標(biāo)之一：讓開發(fā)人員可以輕松掌握任何Go項(xiàng)目，并在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握代碼庫(kù)。C代碼庫(kù)可能很難理解，因?yàn)樗鼈兒苋菀拙奂罅繉儆谀硞€(gè)項(xiàng)目或某個(gè)團(tuán)隊(duì)的宏和和#ifdef。Go的語(yǔ)法及其內(nèi)置的代碼格式以及項(xiàng)目管理工具旨在避免這種結(jié)構(gòu)性問(wèn)題。

Go還提供了諸如goroutine和channel之類的附加功能，用于處理并發(fā)性和組件之間的消息傳遞的語(yǔ)言級(jí)別的工具。C需要開發(fā)者手動(dòng)完成或由外部庫(kù)提供，但Go提供了開箱即用的這些功能，使得構(gòu)建需要這些功能的軟件變得更加容易。

Go與C最深層次的不同之處在于內(nèi)存管理方面。默認(rèn)情況下，Go的對(duì)象會(huì)被自動(dòng)管理并自動(dòng)進(jìn)行回收。對(duì)于大多數(shù)編程工作來(lái)說(shuō)，這非常方便。但這也意味著任何需要確定性處理內(nèi)存的程序都會(huì)更難編寫。

Go確實(shí)包含了用于繞過(guò)Go的某些類型處理安全性的unsafe包，例如使用Pointer類型讀取和寫入任意內(nèi)存。但unsafe會(huì)附帶一個(gè)warning說(shuō)用它編寫的程序“可能是不可移植的，并且不受Go 1兼容性指南的保護(hù)。”

Go非常適合構(gòu)建命令行實(shí)用程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等，因?yàn)檫@些很少用到太過(guò)細(xì)致的操作。但是，如果是低級(jí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，內(nèi)核空間操作系統(tǒng)組件以及其他需要嚴(yán)格控制內(nèi)存布局和管理的任務(wù)，那么就最好用C來(lái)創(chuàng)建。

C vs. Rust

在某些方面，Rust是對(duì)C和C 創(chuàng)建的內(nèi)存管理難題的回應(yīng)，也是對(duì)這兩種語(yǔ)言的許多其他缺點(diǎn)的回應(yīng)。Rust編譯為本機(jī)機(jī)器代碼，因此就性能而言，它被認(rèn)為與C相當(dāng)。但默認(rèn)情況下，內(nèi)存安全才是Rust的主要賣點(diǎn)。

Rust的語(yǔ)法和編譯規(guī)則可幫助開發(fā)人員避免常見(jiàn)的內(nèi)存管理錯(cuò)誤。如果程序有一個(gè)不符合Rust語(yǔ)法的內(nèi)存管理問(wèn)題，它就不會(huì)被編譯。剛接觸這種語(yǔ)言的新手，特別是以前用C語(yǔ)言的開發(fā)者，由于C語(yǔ)言為這類bug提供了充足的容錯(cuò)空間，所以他們接觸Rust的第一步是學(xué)習(xí)如何安撫編譯器。但Rust的支持者認(rèn)為，這種短期的痛苦有一個(gè)長(zhǎng)期的回報(bào)：更安全的，不會(huì)減緩速度的代碼。

Rust還通過(guò)其工具改進(jìn)了C語(yǔ)言。默認(rèn)情況下，項(xiàng)目和組件管理是Rust提供的工具鏈的一部分，與Go相同。有一種默認(rèn)的，推薦的方法來(lái)管理包，組織項(xiàng)目文件夾，以及處理C需要單獨(dú)處理的其他許多事情，每個(gè)項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)以不同的方式處理它們。

然而，在Rust中被吹捧為優(yōu)勢(shì)的東西對(duì)于C開發(fā)者來(lái)說(shuō)可能并沒(méi)有太大吸引力。Rust的編譯時(shí)安全功能無(wú)法禁用，因此即使是最小的Rust程序也必須符合Rust的內(nèi)存安全限制。默認(rèn)情況下，C可能不太安全，但在必要時(shí)它更靈活，更寬容。

另一個(gè)可能的缺點(diǎn)是Rust語(yǔ)言的大小。即使考慮到標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，C的功能也相對(duì)較少。Rust功能集非常龐大并且還在不斷增長(zhǎng)。與C 一樣，較大的Rust功能集意味著更強(qiáng)大的功能，但也意味著更高的復(fù)雜度。C是一種較小的語(yǔ)言，但更容易在頭腦中進(jìn)行建模，因此可能更適合那些對(duì)Rust來(lái)說(shuō)太小，不值得大動(dòng)干戈的項(xiàng)目。

C vs. Python

當(dāng)今，每當(dāng)談?wù)撥浖_發(fā)時(shí)，Python似乎總是能出現(xiàn)在對(duì)話中。畢竟，Python是“對(duì)所有項(xiàng)目的第二佳語(yǔ)言”，毫無(wú)疑問(wèn)是最通用的語(yǔ)言之一，擁有數(shù)千個(gè)第三方庫(kù)。

Python強(qiáng)調(diào)的，以及它與C最不同的地方，是有利于開發(fā)速度而不是執(zhí)行速度。一個(gè)可能需要一個(gè)小時(shí)才能用另一種語(yǔ)言寫出來(lái)的程序——比如C——可能用Python幾分鐘內(nèi)就能寫好。另一方面，該程序在C中執(zhí)行可能需要幾秒鐘，但需要一分鐘才能在Python中運(yùn)行完。（一個(gè)很好的經(jīng)驗(yàn)法則：Python程序通常比它們對(duì)應(yīng)的C語(yǔ)言程序運(yùn)行速度慢一個(gè)數(shù)量級(jí)。）但是對(duì)于現(xiàn)代硬件上的許多工作，Python已經(jīng)足夠快了，這是它如今廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。

另一個(gè)主要區(qū)別是內(nèi)存管理。Python程序完全由Python運(yùn)行時(shí)進(jìn)行內(nèi)存管理，因此開發(fā)人員不必?fù)?dān)心分配和釋放內(nèi)存的細(xì)節(jié)。但同樣，開發(fā)人員的輕松也是以運(yùn)行時(shí)性能為代價(jià)的。編寫C程序需要嚴(yán)格關(guān)注內(nèi)存管理，但生成的程序通常是純機(jī)器速度的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

但是，在二者的血脈中，Python和C共享一個(gè)深層的關(guān)系：Python運(yùn)行時(shí)參考是用C語(yǔ)言編寫的。這允許Python程序包裝用C和C 編寫的庫(kù)。第三方庫(kù)的Python生態(tài)系統(tǒng)的很多重要模塊，例如機(jī)器學(xué)習(xí)方面的庫(kù)，其核心是C代碼。

如果開發(fā)速度比執(zhí)行速度更重要，并且如果程序的大多數(shù)高性能部分可以被隔離到獨(dú)立組件中（而不是遍布整個(gè)代碼），那么純Python或Python和C庫(kù)的混合使得會(huì)是比單獨(dú)使用C更好的選擇。否則的話，C仍然是老大。

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