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於是,支援類的C語言誕生了。

當時,Bjarne Stroustrup明白程式語言有許多組成部分,除了語言本身,還有編譯器、連結器和各種庫。提供熟悉的工具有助於語言被廣泛接受。在這種歷史背景下,在C語言的基礎上開發C++也是有道理的。

40年後,C和C++都在行業中得到了廣泛使用。但是,網際網路上的C開發人員認為C++是有史以來最糟糕的人類發明,而許多C++開發人員則希望有朝一日C語言灰飛煙滅。

1、究竟發生了什麼事?

從表面上看,C和C++都可以滿足相同的用例:高效能、確定性、原生但可移植的程式碼,可用於最廣泛的硬體和應用程式。

但是,更讓C自豪的是它是一門低階語言,更接近彙編。

從那以後,C++就不斷加入各種工具來實現抽象。很難說C++是一種低階語言還是高階語言。從設計目的上來說,C++兩者都是。但是在不犧牲效能的情況下,建立高階抽象是很困難的。於是C++引入了各種工具來實現constexpr、move語義、模板和不斷增長的標準庫。

從根本上講,我認為C信任開發人員,而C++信任編譯器。這是一個巨大的差異,單憑“兩者的原生型別相同”、“while迴圈的語法相同”等簡單一致是無法掩蓋的。

C++開發人員將有這些問題歸咎於C,而C開發人員則認為C++過於瘋狂。我覺得站在C的角度看C++,這種說法也很正確。作為C的超集,C++確實很瘋狂。一個經驗豐富的C開發人員面對C++可能沒有熟悉的感覺。C++不是C,這就足以引發網際網路上的激烈爭論。

然而,雖然我不喜歡C,但也沒有權利取笑C。儘管我有一定的C++經驗,但用C編寫過的程式碼少之又少,而且肯定是很糟糕的程式碼。好的程式語言包括良好的實踐、模式、慣用寫法,這些都需要多年的學習。如果你嘗試用編寫C++的方式寫C的程式碼,或者用C的方式編寫C++的程式碼,那感覺一定很糟糕。即便你懂C,也不一定會C++,反之亦然,懂C++也不一定會用C程式設計。

那麼,我們是否應該停止說C/C++,為這兩個不幸的命名而感到悲哀嗎?也不至於。

儘管C++的設計理念與C不一樣,但是C++仍然是C的超集。也就是說,你可以在C++轉換單元中包含C的標頭檔案,這樣依然可以透過編譯。而這正是造成混亂的地方。

C++不是C的擴充套件,它是由不同的委員會、不同的人獨立設計的標準。從邏輯上講,喜歡C++理念的人會參與C++社群以及C++標準化的過程,而其他人可能會嘗試參與C。無論是C的委員會還是C++委員會,他們表達意圖和方向的方式只能透過各自的最終產品:標準;而標準是眾多投票的成果。

然而,編譯器很難知道它正在處理的是C標頭檔案還是C++標頭檔案。

extern “C” 標記並沒有得到廣泛一致的使用,而且它只能影響修飾,而不會影響語法或語義。標頭檔案僅對預處理器有影響,對於C++編譯器而言,所有內容都是C++轉換單元,因此也就是C++。然而,人們依然會在C++中包含C標頭檔案,並期望它“正常工作”,而大多數時候也確實可以正常工作。

那麼,我們不禁想問:

2、由不同地方的、不同的人開發的C++程式碼如何保持C的相容性?

恐怕很難。

最近,一位同事讓我想起了康威定律:

"設計系統的架構受制於產生這些設計的組織的溝通結構。"

根據這個邏輯,如果兩個委員不互相合作,則他們創造的語言也不會互通。

C++維護了一個與C及其標準庫的不相容列表。然而該列表似乎並未反映出許多C11和C18中新增、但在C++中不合法的功能。更清晰的介紹請參見這個維基本科頁面(https://en.wikipedia.org/wiki/Compatibility_of_C_and_C%2B%2B)。

然而,僅僅列出兩種語言之間的不相容性,並不足以衡量二者的不相容性。

那些存在於C++標準庫中但主要宣告來自C的函式,很難宣告成constexpr,更難宣告成noexcept。C的相容性會導致效能成本,而C函式是最佳化的障礙。

許多C的結構在C++中都是有效的,但無法透過程式碼審查(如NULL、longjmp、malloc、構造/解構函式、free、C風格的型別強制轉換等)。

在C看來,這些慣用寫法可能問題不大,但在C++中可不行。C++具有更強大的型別系統,不幸的是,C的慣用寫法在這個型別系統中鑿了一個洞,因此實現C的相容性需要在安全性方面付出代價。

別誤會,C++仍然關心C的相容性,某種程度上。然而,有趣的是C也很關心C++,某種程度上。實話實說,C對C++的關心程度可能高於C++對C的關心。看來,每個委員會還是在乎另一個委員會的工作。但我們很不情願。

C++知道,許多基礎庫都是用C編寫的,不僅包括libc,而且還有zip、png、curl、openssl(!)以及許多其他庫,無數的C++專案都在使用這些庫。C++不能破壞這些相容性。

但是最近,尤其是在過去的十年中,C++的規模已遠遠超過C。C++擁有更多的使用者,並且社群更加活躍。也許這就是為什麼如今C++委員會的規模是C委員會的10倍以上。

C++是不可忽視的力量,因此C委員會必須考慮不破壞C++相容性。如果非要說一個標準追隨另一個標準對話,那麼如今C++是領頭者,而C是追隨者。

現在,C++處於穩定的三年週期中,無論是風雨還是烈日,抑或是致命的新疫情。而C每十年左右才釋出一次主版本。不過這也很合理,因為作為一種較低階的語言,C不需要發展得那麼快。

C語言的環境也與C++完全不同。C多用於平臺,更多地用於編譯器。每個人(甚至他們的狗狗)都會編寫C編譯器,因為該語言的特性集很小,所以任何人都可以編寫C編譯器。而C++委員會真正考慮的實現只有四種,而且在每次會議上這四種實現都會出現。所以,C語言中的許多功能都是與實現有關的,或者是可選支援的,這樣各種編譯器不需要做太多努力就可以聲稱自己遵從了標準,據說這樣委員會的人會比較高興。

如今,C++更加側重於可移植性,而不是實現的自由。這又是一個理念的不同。

3、因此,你的提議破壞了C的相容性

我提議的P2178的一部分理論上會影響與C的相容性。這樣的話所有方案都不會令人滿意。

有人可能會說,你可以先向C委員會提議你的新特性。這意味著需要召開更多會議。C會議的嚴格出席規則可能導致你無法參加會議,這就將那些不願意花上數千美元成為ISO會員的個人拒之門外。這是因為C委員會必須遵守ISO的規則。

而且,如果新的標準剛剛釋出,那麼可能還需要等待十年時間,你的提案才會被考慮。最重要的是,如果C委員不理解或不在乎你正在努力解決的問題,那麼你的提案就石沉大海了。或者他們可能沒有精力來處理這個問題。而且,可能你也沒有精力來處理C。畢竟,你的本意是要改進C++。實際上,哪怕會議上無人反對你的提議(儘管不太可能發生),如果有人讓你先去跟C委員會的人討論,就等於給你的提議判了死刑。

另一種可能的情況是,C委員會接受與C++中存在的版本略有不同的版本。true只能做一個宏來實現。char16_t需要透過typedef。char32_t不一定是UTF-32。static_assert對應的是 _Static_assert。

這類的情況還有很多,我們應該責備C嗎?可能不應該。他們的委員會只是在盡力將C語言做好。反之亦然。在C++20中,指定的初始化器就受到了C的啟發,但採取了略微不同的規則,因為如果完全一樣的話就不符合C++的初始化規則。

對於這個問題,我也有責任。C有VLA。如果當時我在,我一定會反對在標準C++中採用它,因為它導致了太多安全性問題。我也會堅決反對將_Generic新增到C++中的提議。也許_Generic的目的是減少由於缺乏模板或缺乏過載而導致的問題,但是C++有這兩個功能,從我的角度來看,_Generic並不適合我想象中的C++。

這兩個委員會似乎對於對方語言的關心程度也不一樣。有時我們會遇到相容性非常好的情況(std::complex),有時完全不在乎相容性(靜態陣列引數)。

這沒有辦法。別忘了每個委員會都是一群人,他們在不同的時間、不同的地點投票,而試圖控制結果會導致投票毫無意義。將這些人放在同一個房間也不現實。ISO可能會反對,參與者的不平衡會導致C的人處於極大的劣勢。

4、C的相容性不重要

如果你是C開發人員,那麼肯定會把C視為一種簡潔的程式語言。但對於我們其他人而言,C的印象完全不同。

C是通用的、跨語言的膠水,可以將一切緊密地結合在一起。

對於C++使用者而言,C就是他們的API。從這一點來看,C的價值在於其簡單性。請記住,C++關心的那一部分C是出現在介面(標頭檔案)中的C。我們關心的是宣告,而不是定義。C++需要呼叫C庫中的函式(Python、Fortran、Rust、D、Java等語言也一樣,在所有情況下都可以在介面邊界使用C)。

因此,C是一種介面定義語言。向C新增的內容越多,定義介面就越困難。這些介面隨著時間的推移保持穩定的可能性較小。

那麼,C++中缺少<threads.h>是否重要?可能並不重要,因為這不太可能出現在公共介面中。

5、如今大家都在談論C

過去,C的相容性是C++的一大賣點。但如今,每個人(甚至他們的金魚)都懂C。Rust可以呼叫C函式,Python、Java、一切語言都可以!甚至怪異的Javascript都可以在WebAssemby中呼叫C函式。

但是在這些語言中,介面是顯式的。該語言提供的工具可以公開特定的C宣告。當然,這比較麻煩。但這可以讓介面非常非常清晰。而且還是有界的。例如,在rust中,呼叫C函式並不會迫使Rust犧牲某些設計來容納C子集。實際上C是被包含進去的。

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()        );    }}
6、編譯器資源管理器

除非C的ABI發生變化,否則這段程式碼可以一直正常執行。而且Rust/C的邊界非常清晰、不言自明。

因此,C++可能是為C相容性付出最多的語言。

更糟糕的是,開啟任何C的標頭檔案,你很快就會發現一堆#ifdef __cplusplus。沒錯,C++的相容性往往需要大量C開發人員的工作。相容性一直是海市蜃樓。很多人都知道我的這條推文:

7、我們該何去何從?

我認為兩個委員會都在嘗試更多地溝通。他們計劃明年在波特蘭召開會議(儘管這個計劃可能會變)。溝通是一件好事。

但是雞同鴨講的溝通效果會非常有限。兩種語言的設計支柱可能都不協調。我會努力建議提供一個模板。但是首先我得吐槽C語言沒有模組、沒有名稱空間,以及整個宏是什麼玩意兒。

也許可以將C++能接受的C子集約束在C99上?也許兩種語言都需要找到一個共同的子集並獨立地發展?也許extern C需要影響解析。如果C++經歷了多個時代,那麼C可能是其中之一。

也許我們需要接受將C作為C++的子集,但唯一的方法是將WG14融入到WG21中。

現狀可能不會改變。C++可能永遠也無法從自己的起源中解脫,而C可能永遠都要與那些頂著C語言之名的骯髒特性戰鬥。

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