与 C 语言长别离

 这几天来,我在思考那些正在挑战 C 语言的系统编程语言领袖地位的新潮语言,尤其是 Go 和 Rust。思考的过程中,我意识到了一个让我震惊的事实 —— 我有着 35 年的 C 语言经验。每周我都要写很多 C 代码,但是我已经记不清楚上一次我 创建一个新的 C 语言项目 是在什么时候了。
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如果你完全不认为这种情况令人震惊,那你很可能不是一个系统程序员。我知道有很多程序员使用更高级的语言工作。但是我把大部分时间都花在了深入打磨像 NTPsec、 GPSD 以及 giflib 这些东西上。熟练使用 C 语言在这几十年里一直就是我的专长。但是,现在我不仅是不再使用 C 语言写新的项目,甚至我都记不清我是什么时候开始这样做的了,而且……回头想想,我觉得这都不是本世纪发生的事情。

这个对于我来说是件大事,因为如果你问我,我的五个最核心软件开发技能是什么,“C 语言专家” 一定是你最有可能听到的之一。这也激起了我的思考。C 语言的未来会怎样 ?C 语言是否正像当年的 COBOL 语言一样,在辉煌之后,走向落幕?

我恰好是在 C 语言迅猛发展,并把汇编语言以及其它许多编译型语言挤出主流存在的前几年开始编程的。那场过渡大约是在 1982 到 1985 年之间。在那之前,有很多编译型语言争相吸引程序员的注意力,那些语言中还没有明确的领导者;但是在那之后,小众的语言就直接毫无声息的退出了舞台。主流的语言(FORTRAN、Pascal、COBOL)则要么只限于老代码,要么就是固守单一领域,再就是在 C 语言的边缘领域顶着愈来愈大的压力苟延残喘。

而在那以后,这种情形持续了近 30 年。尽管在应用程序开发上出现了新的动向: Java、 Perl、 Python, 以及许许多多不是很成功的竞争者。起初我很少关注这些语言,这很大一部分是因为在它们的运行时的开销对于当时的实际硬件来说太大。因此,这就使得 C 的成功无可撼动;为了使用和对接大量已有的 C 语言代码,你得使用 C 语言写新代码(一部分脚本语言尝试过打破这种壁垒,但是只有 Python 有可能取得成功)。

回想起来,我在 1997 年使用脚本语言写应用时本应该注意到这些语言的更重要的意义的。当时我写的是一个名为 SunSITE 的帮助图书管理员做源码分发的辅助软件,当时使用的是 Perl 语言。

这个应用完全是用来处理文本输入的,而且只需要能够应对人类的反应速度即可(大概 0.1 秒),因此使用 C 或者别的没有动态内存分配以及字符串类型的语言来写就会显得很傻。但是在当时,我仅仅是把其视为一个试验,而完全没有想到我几乎再也不会在一个新项目的第一个文件里敲下 int main(int argc, char **argv) 这样的 C 语言代码了。

我说“几乎”,主要是因为 1999 年的 SNG。 我想那是我最后一个用 C 从头开始写的项目了。

在那之后我写的所有的 C 代码都是在为那些上世纪已经存在的老项目添砖加瓦,或者是在维护诸如 GPSD 以及 NTPsec 一类的项目。

当年我本不应该使用 C 语言写 SNG 的。因为在那个年代,摩尔定律的快速迭代使得硬件愈加便宜,使得像 Perl 这样的语言的执行效率也不再是问题。仅仅三年以后,我可能就会毫不犹豫地使用 Python 而不是 C 语言来写 SNG。

在 1997 年我学习了 Python, 这对我来说是一道分水岭。这个语言很美妙 —— 就像我早年使用的 Lisp 一样,而且 Python 还有很酷的库!甚至还完全遵循了 POSIX!还有一个蛮好用的对象系统!Python 没有把 C 语言挤出我的工具箱,但是我很快就习惯了在只要能用 Python 时就写 Python ,而只在必须使用 C 语言时写 C。

(在此之后,我开始在我的访谈中指出我所谓的 “Perl 的教训” ,也就是任何一个没能实现和 C 语言语义等价的遵循 POSIX 的语言都注定要失败。在计算机科学的发展史上,很多学术语言的骨骸俯拾皆是,原因是这些语言的设计者没有意识到这个重要的问题。)

显然,对我来说,Python 的主要优势之一就是它很简单,当我写 Python 时,我不再需要担心内存管理问题或者会导致核心转储的程序崩溃 —— 对于 C 程序员来说,处理这些问题烦的要命。而不那么明显的优势恰好在我更改语言时显现,我在 90 年代末写应用程序和非核心系统服务的代码时,为了平衡成本与风险都会倾向于选择具有自动内存管理但是开销更大的语言,以抵消之前提到的 C 语言的缺陷。而在仅仅几年之前(甚至是 1990 年),那些语言的开销还是大到无法承受的;那时硬件产业的发展还在早期阶段,没有给摩尔定律足够的时间来发挥威力。

尽量地在 C 语言和 Python 之间选择 C —— 只要是能的话我就会从 C 语言转移到 Python 。这是一种降低工程复杂程度的有效策略。我将这种策略应用在了 GPSD 中,而针对 NTPsec , 我对这个策略的采用则更加系统化。这就是我们能把 NTP 的代码库大小削减四分之一的原因。

但是今天我不是来讲 Python 的。尽管我觉得它在竞争中脱颖而出,Python 也未必真的是在 2000 年之前彻底结束我在新项目上使用 C 语言的原因,因为在当时任何一个新的学院派的动态语言都可以让我不再选择使用 C 语言。也有可能是在某段时间里在我写了很多 Java 之后,我才慢慢远离了 C 语言。

我写这个回忆录是因为我觉得我并非特例,在世纪之交,同样的发展和转变也改变了不少 C 语言老手的编码习惯。像我一样,他们在当时也并没有意识到这种转变正在发生。

在 2000 年以后,尽管我还在使用 C/C++ 写之前的项目,比如 GPSD ,游戏韦诺之战以及 NTPsec,但是我的所有新项目都是使用 Python 的。

有很多程序是在完全无法在 C 语言下写出来的,尤其是 reposurgeon 以及 doclifter 这样的项目。由于 C 语言受限的数据类型本体论以及其脆弱的底层数据管理问题,尝试用 C 写的话可能会很恐怖,并注定失败。

甚至是对于更小的项目 —— 那些可以在 C 中实现的东西 —— 我也使用 Python 写,因为我不想花不必要的时间以及精力去处理内核转储问题。这种情况一直持续到去年年底,持续到我创建我的第一个 Rust 项目,以及成功写出第一个使用 Go 语言的项目

如前文所述,尽管我是在讨论我的个人经历,但是我想我的经历体现了时代的趋势。我期待新潮流的出现,而不是仅仅跟随潮流。在 98 年的时候,我就是 Python 的早期使用者。来自 TIOBE 的数据则表明,在 Go 语言脱胎于公司的实验项目并刚刚从小众语言中脱颖而出的几个月内,我就开始实现自己的第一个 Go 语言项目了。

总而言之:直到现在第一批有可能挑战 C 语言的传统地位的语言才出现。我判断这个的标准很简单 —— 只要这个语言能让我等 C 语言老手接受不再写 C 的事实,这个语言才 “有可能” 挑战到 C 语言的地位 —— 来看啊,这有个新编译器,能把 C 转换到新语言,现在你可以让他完成你的全部工作了 —— 这样 C 语言的老手就会开心起来。

Python 以及和其类似的语言对此做的并不够好。使用 Python 实现 NTPsec(以此举例)可能是个灾难,最终会由于过高的运行时开销以及由于垃圾回收机制导致的延迟变化而烂尾。如果需求是针对单个用户且只需要以人类能接受的速度运行,使用 Python 当然是很好的,但是对于以 机器的速度 运行的程序来说就不总是如此了 —— 尤其是在很高的多用户负载之下。这不只是我自己的判断 —— 因为拿 Go 语言来说,它的存在主要就是因为当时作为 Python 语言主要支持者的 Google 在使用 Python 实现一些工程的时候也遭遇了同样的效能痛点。

Go 语言就是为了解决 Python 搞不定的那些大多由 C 语言来实现的任务而设计的。尽管没有一个全自动语言转换软件让我很是不爽,但是使用 Go 语言来写系统程序对我来说不算麻烦,我发现我写 Go 写的还挺开心的。我的很多 C 编码技能还可以继续使用,我还收获了垃圾回收机制以及并发编程机制,这何乐而不为?

这里有关于我第一次写 Go 的经验的更多信息)

本来我想把 Rust 也视为 “C 语言要过时了” 的例证,但是在学习并尝试使用了这门语言编程之后,我觉得这种语言现在还没有做好准备。也许 5 年以后,它才会成为 C 语言的对手。

随着 2017 的尾声来临,我们已经发现了一个相对成熟的语言,其和 C 类似,能够胜任 C 语言的大部分工作场景(我在下面会准确描述),在几年以后,这个语言界的新星可能就会取得成功。

这件事意义重大。如果你不长远地回顾历史,你可能看不出来这件事情的伟大性。三十年了 —— 这几乎就是我作为一个程序员的全部生涯,我们都没有等到一个 C 语言的继任者,也无法遥望 C 之后的系统编程会是什么样子的。而现在,我们面前突然有了后 C 时代的两种不同的展望和未来……

……另一种展望则是下面这个语言留给我们的。我的一个朋友正在开发一个他称之为 “Cx” 的语言,这个语言在 C 语言上做了很少的改动,使得其能够支持类型安全;他的项目的目的就是要创建一个能够在最少人力参与的情况下把古典 C 语言修改为新语言的程序。我不会指出这位朋友的名字,免得给他太多压力,让他做出太多不切实际的保证。但是他的实现方法真的很是有意思,我会尽量给他募集资金。

现在,我们看到了可以替代 C 语言实现系统编程的三种不同的可能的道路。而就在两年之前,我们的眼前还是一片漆黑。我重复一遍:这件事情意义重大。

我是在说 C 语言将要灭绝吗?不是这样的,在可预见的未来里,C 语言还会是操作系统的内核编程以及设备固件编程的主流语言,在这些场景下,尽力压榨硬件性能的古老规则还在奏效,尽管它可能不是那么安全。

现在那些将要被 C 的继任者攻破的领域就是我之前提到的我经常涉及的领域 —— 比如 GPSD 以及 NTPsec、系统服务以及那些因为历史原因而使用 C 语言写的进程。还有就是以 DNS 服务器以及邮件传输代理 —— 那些需要以机器速度而不是人类的速度运行的系统程序。

现在我们可以对后 C 时代的未来窥见一斑,即上述这类领域的代码都可以使用那些具有强大内存安全特性的 C 语言的替代者实现。Go 、Rust 或者 Cx ,无论是哪个,都可能使 C 的存在被弱化。比如,如果我现在再来重新实现一遍 NTP ,我可能就会毫不犹豫的使用 Go 语言去完成。

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最新评论
  • 吴遥   01/28

    C语言挺好的,就还是库比较少,开发效率比较低。有很多环境、场合要用。比如团队成员不会用Go,培训是需要开销的;比如原有的系统就是C的,系统的升级、扩展,都得继续用C,一半C一半Go会不伦不类。嵌入式开发、内核开发、一些小众的操作系统软件开发,首选C语言。

  • 深有感触啊,现在用C语言的开发原来越少了~

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