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C 語言 PK 各大編程語言

時間：2021-12-13 13:49:09

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[導(dǎo)讀]本文轉(zhuǎn)自公眾號“CSDN”，ID：CSDNnews）作者?|?Serdar?Yegulalp?譯者?|?王艷妮，責(zé)編?|?屠敏C語言五十年來一直是軟件開發(fā)的一種主力語言。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：沒有什么技...

本文轉(zhuǎn)自公眾號“CSDN”，ID：CSDNnews）

作者 | Serdar Yegulalp

譯者 | 王艷妮，責(zé)編 | 屠敏

C語言五十年來一直是軟件開發(fā)的一種主力語言。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：

沒有什么技術(shù)可以應(yīng)用長達50年之久，除非它真的比大多數(shù)其他東西都要好用——對于一種計算機行業(yè)的技術(shù)來說尤其如此。自1972年誕生以來，C語言一直保持生龍活虎的狀態(tài)，時至今日它仍然是我們用來搭建軟件世界的基礎(chǔ)建筑材料之一。

但有時一種技術(shù)能夠長期存在，只是因為人們還沒有來得及發(fā)明新的東西來取代它而已。在過去的幾十年里，出現(xiàn)了許多其他語言——其中一些明確地被設(shè)計用于挑戰(zhàn)C的主導(dǎo)地位，有些語言試圖憑借自己的人氣慢慢瓦解C語言的統(tǒng)治地位。

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

C vs. C

當(dāng)然了，C最常被拿來與C 進行比較，正如其名稱本身所暗示的那樣，C 作為對C語言的擴展而被創(chuàng)建出來。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），具體取決于這個問題你是問的C還是C 程序員。（笑）

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

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

事實上，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，對結(jié)果的修正就越困難。將自己局限于僅一個C 子集的開發(fā)人員可以避免許多開發(fā)中嚴(yán)重的坑和額外負擔(dān)。但是有些團隊想要從根兒上防范C 的過度復(fù)雜性。堅持使用C能迫使開發(fā)人員將自己局限于一個子集。例如，Linux內(nèi)核開發(fā)團隊就直接避開了C 。

選C而不選C 對您——以及任何將會維護你代碼的開發(fā)人員——來說都是可行的，通過采用強制簡約主義來避免與C 的復(fù)雜性糾纏。當(dāng)然，C 擁有豐富的高級功能，這是有它自己的道理的。但如果極簡主義更適合當(dāng)前和未來的項目——以及負責(zé)項目的團隊——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)軟件項目都是用Java編寫的——包括絕大多數(shù)Apache Software Foundation項目——而Java仍然是開發(fā)企業(yè)級需求項目的可行語言。

Java的語法從C和C 中借鑒了很多東西。但是，與C不同的是，Java默認情況下不會編譯為本機代碼。相反，Java運行時環(huán)境，JVM，JIT（實時）編譯Java代碼以在目標(biāo)環(huán)境中運行。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C的性能。

Java背后的“一次編寫，隨處運行”的理念也允許Java程序在目標(biāo)架構(gòu)上進行相對較少的調(diào)整即可運行。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，打個比方，Windows與Linux，兩種不同的os之間正常運行。

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

Java輸給C的地方是一個Java從未打算競爭的領(lǐng)域：靠近底層結(jié)構(gòu)運行，或直接與硬件打交道。C代碼被編譯成機器代碼，由進程直接執(zhí)行。Java被編譯成字節(jié)碼，這是一種隨后會被JVM解釋器轉(zhuǎn)換為機器代碼的中間代碼。此外，盡管Java的自動內(nèi)存管理在大多數(shù)情況下都是個優(yōu)點，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，在某些方面，Java在速度方面可以接近于C。JVM的JIT引擎在運行時根據(jù)程序行為優(yōu)化例程，允許進行許多類型的優(yōu)化，而這些優(yōu)化是在未提前編譯的C中無法實現(xiàn)的。雖然Java運行時自動執(zhí)行內(nèi)存管理，但一些較新的應(yīng)用程序可以解決這個問題。例如，Apache Spark部分地通過使用繞過JVM的自定義內(nèi)存管理代碼來優(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C＃和.Net是微軟對Java的回應(yīng)——一個托管代碼編譯器系統(tǒng)和通用運行庫——C和Java之間的許多種對比也適用于C和C?；?Net之間。

與Java（以及某種程度上來說Python也是如此）一樣，.Net提供跨各種平臺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。當(dāng)您使用C＃或任何其他.Net語言開發(fā)程序時，您可以使用為.Net運行時編寫的大量工具和庫。

.NET另一個類似Java的優(yōu)勢是JIT優(yōu)化。C＃和.Net程序可以按照C語言提前編譯，但它們主要由.Net運行時進行即時編譯，并使用運行時信息進行優(yōu)化。JIT編譯允許對無法在C中執(zhí)行的運行著的.Net程序進行各種就地優(yōu)化。

與C一樣，C＃和.Net提供各種直接訪問內(nèi)存的機制。堆，棧和非托管系統(tǒng)內(nèi)存都可以通過.Net API和對象訪問。開發(fā)人員可以使用.Net中的unsafe模式來實現(xiàn)更高的性能。

但這些都不是沒有代價的。托管對象和unsafe對象不能被任意交換，并且它們之間的編組會降低性能。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象之間的變動保持在最低限度。

如果您無法承擔(dān)托管與非托管內(nèi)存之間變動造成的性能損失，或者.Net運行時對于目標(biāo)環(huán)境（例如，內(nèi)核空間）來說是一個糟糕的選擇，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被默認可以解鎖對內(nèi)存的訪問權(quán)。

C vs. Go

Go的語法很大程度上借鑒了C——花括號作為定界符，語句以分號結(jié)束，等等。精通C的開發(fā)人員通常可以毫不費力地直接使用Go，甚至算上Go的獨有功能，如命名空間和包管理，對開發(fā)人員來說也并不困難。

代碼可讀性是Go的指導(dǎo)設(shè)計目標(biāo)之一：讓開發(fā)人員可以輕松掌握任何Go項目，并在短時間內(nèi)熟練掌握代碼庫。C代碼庫可能很難理解，因為它們很容易聚集大量專屬于某個項目或某個團隊的宏和和#ifdef。Go的語法及其內(nèi)置的代碼格式以及項目管理工具旨在避免這種結(jié)構(gòu)性問題。

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言級別的工具。C需要開發(fā)者手動完成或由外部庫提供，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。默認情況下，Go的對象會被自動管理并自動進行回收。對于大多數(shù)編程工作來說，這非常方便。但這也意味著任何需要確定性處理內(nèi)存的程序都會更難編寫。

Go確實包含了用于繞過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會附帶一個warning說用它編寫的程序“可能是不可移植的，并且不受Go 1兼容性指南的保護。”

Go非常適合構(gòu)建命令行實用程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等，因為這些很少用到太過細致的操作。但是，如果是低級設(shè)備驅(qū)動程序，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來創(chuàng)建。

C vs. Rust

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

Rust的語法和編譯規(guī)則可幫助開發(fā)人員避免常見的內(nèi)存管理錯誤。如果程序有一個不符合Rust語法的內(nèi)存管理問題，它就不會被編譯。剛接觸這種語言的新手，特別是以前用C語言的開發(fā)者，由于C語言為這類bug提供了充足的容錯空間，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的支持者認為，這種短期的痛苦有一個長期的回報：更安全的，不會減緩速度的代碼。

Rust還通過其工具改進了C語言。默認情況下，項目和組件管理是Rust提供的工具鏈的一部分，與Go相同。有一種默認的，推薦的方法來管理包，組織項目文件夾，以及處理C需要單獨處理的其他許多事情，每個項目和團隊以不同的方式處理它們。

然而，在Rust中被吹捧為優(yōu)勢的東西對于C開發(fā)者來說可能并沒有太大吸引力。Rust的編譯時安全功能無法禁用，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。默認情況下，C可能不太安全，但在必要時它更靈活，更寬容。

另一個可能的缺點是Rust語言的大小。即使考慮到標(biāo)準(zhǔn)庫，C的功能也相對較少。Rust功能集非常龐大并且還在不斷增長。與C 一樣，較大的Rust功能集意味著更強大的功能，但也意味著更高的復(fù)雜度。C是一種較小的語言，但更容易在頭腦中進行建模，因此可能更適合那些對Rust來說太小，不值得大動干戈的項目。

C vs. Python

當(dāng)今，每當(dāng)談?wù)撥浖_發(fā)時，Python似乎總是能出現(xiàn)在對話中。畢竟，Python是“對所有項目的第二佳語言”，毫無疑問是最通用的語言之一，擁有數(shù)千個第三方庫。

Python強調(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。一個可能需要一個小時才能用另一種語言寫出來的程序——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中運行完。（一個很好的經(jīng)驗法則：Python程序通常比它們對應(yīng)的C語言程序運行速度慢一個數(shù)量級。）但是對于現(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)用的一個重要原因。

另一個主要區(qū)別是內(nèi)存管理。Python程序完全由Python運行時進行內(nèi)存管理，因此開發(fā)人員不必擔(dān)心分配和釋放內(nèi)存的細節(jié)。但同樣，開發(fā)人員的輕松也是以運行時性能為代價的。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共享一個深層的關(guān)系：Python運行時參考是用C語言編寫的。這允許Python程序包裝用C和C 編寫的庫。第三方庫的Python生態(tài)系統(tǒng)的很多重要模塊，例如機器學(xué)習(xí)方面的庫，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立組件中（而不是遍布整個代碼），那么純Python或Python和C庫的混合使得會是比單獨使用C更好的選擇。否則的話，C仍然是老大。

本文轉(zhuǎn)自公眾號“CSDN”，ID：CSDNnews）

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