時至今日，為何C語言在軟件開發(fā)領域的地位仍無法撼動

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部分內容與國內生態(tài)有一定出入，以下為譯文：

過去的 50 年，C 語言已經成為重要的軟件開發(fā)語言。這里介紹了 2019 年它是如何與 C++、Java、C#、Go、Rust 和 Python 進行競爭的。

對于計算機編程語言來說，沒有什么技術能流傳使用 50 年，除非它比其他的都好用。C 語言于 1972 年面世，如今在軟件世界仍保持著基本底層開發(fā)的主流語言的地位。

但有時一個技術能被長久的流傳使用， 只是因為人們還沒有找到一個更好的替代品罷了。在過去的幾十年，涌現了大量的語言——有的專門為了挑戰(zhàn) C 語言的統治地位而設計，有的則因為其流行性而從側面削弱了 C，感覺原文是這個意思。

真的很難證明 C 需要被替代。編程語言調查和軟件開發(fā)實例都印證了可以用遠比 C 好的方式來做事情。但 C 的地位仍巋然不動， 它的背后是幾十年的調查和開發(fā)。幾乎沒有語言可以在性能上，在裸機上，或者在普遍性上打敗它。即便如此，還是值得看一下 C 是如何在 2019 年與其他大名鼎鼎的語言進行較量的。

C vs. C++

很自然地，C 會被拿去與 C++ 做對比，從名字本身就能看出，C++ 是從 C 發(fā)展而來的。兩者之間的不同就在于易擴展性，或者易用性，這取決于你問誰。

語法和方式上，C++ 與 C 語言比較接近，但 C++ 提供了很多原生 C 沒有的、卻比較有用的特性：命名空間、模板、異常、內存管理等等。項目如果對于性能比較敏感的話，例如數據庫和機器學習，通常使用 C++ 編寫來幫助系統提高性能。

除此之外，C++ 比 C 更容易擴展。即將到來地 C++ 20 甚至帶來更多的新特性，包括模塊、協程、一個同步庫以及相關的概念，這些都讓模板更易使用。對標準 C 的最新修訂幾乎沒有新增特性，而是更注重保持向后兼容性。

事實上，所有 C++ 的優(yōu)點也是它的缺點。最重要的一個點就是，C++ 的特性使用得越多就越復雜，結果就越加難以控制。那些把自己限制于 C++ 子集的開發(fā)者能避免很多嚴重的危害和過度使用。但有些機構想避免 C++ 所有的復雜性。堅持使用 C，開發(fā)者將自己限制于子集內。比如 Linux 內核的開發(fā)團隊就會避開 C++.

對于你和在你之后維護代碼的開發(fā)人員來說，選擇 C 是一個避免 C++ 過度使用糾紛的方式。當然了，C++ 也有一系列豐富的高級功能。但如果簡潔明了更適合現在或者未來項目的整體發(fā)展的話，C 會更有優(yōu)勢。

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C vs. Java

幾十年之后，Java 仍然是企業(yè)級軟件開發(fā)的主要語言——一般開發(fā)的主要語言。大多數優(yōu)秀的企業(yè)軟件開發(fā)項目都是用 Java 寫的——包括絕大多數 Apache 基金會項目，當開發(fā)企業(yè)級項目時，Java 也仍然是一個可行性比較高的語言。

Java 的語法大量地借鑒了 C 和 C++。不過與 C 不同的是，Java 不會默認編譯成機器語言。相反地，Java 運行時環(huán)境 JVM 會將 Java 代碼即時編譯到目標環(huán)境中運行。在良好地條件下，即時編譯的 Java 代碼可以達到甚至超過 C 的性能。

Java 奉行的“一次編寫，到處運行”的思想，可以讓 Java 程序在相對較小的調整下，運行在不同的環(huán)境里面。相比之下，盡管 C 已經移植到許多體系結構中，但是任何給定的 C 程序可能仍然需要定制才能在 Windows 和 Linux 上正常運行。

這種可移植性和強大性能的結合，以及軟件庫和框架的龐大生態(tài)系統，使 Java 成為企業(yè)級項目語言的一員。

Java 落后 C 的地方是 Java 從來沒有競爭的領域：接近底層運行 ，或直接操作硬件。C 代碼被轉換成機器碼，由進程直接執(zhí)行。Java 被編譯成字節(jié)碼，它是隨后由 JVM 解釋器轉換為機器代碼的中間代碼。此外，盡管 Java 的自動內存管理在大多數情況下是一種好事，但是 C 更適合于對有限內存資源有優(yōu)化要求的程序。

在某些地方，Java 的性能可以接近 C。JVM 的 JIT 引擎可以在運行時 根據程序的行為優(yōu)化程序，可以進行許多種類的優(yōu)化，對于預先編輯的 C 語言而言，這個是行不通的。例如，Apache Spark 使用自定義的內存管理代碼繞過 JVM 進行了一定程度的內存內處理優(yōu)化。

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C vs. C# 與.Net

在推出近 20 年之后，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 的一種回應（托管代碼編譯系統和通用的運行時），因此 C 和 Java 之間的許多比較也適用于 C 和 C#/.NET。

與 Java（以及 Python 的某些部分）一樣，.NET 提供了跨多種平臺的可移植性和集成軟件的廣闊生態(tài)系統?？紤]到.NET 世界中的一些面向企業(yè)的開發(fā)，這些都是很大的優(yōu)勢。當使用 C 或任何其他.NET 語言開發(fā)程序時，可以利用針對.NET 運行時編寫的各種工具和庫。

.NET 另一個和 Java 類似的優(yōu)點是 JIT 優(yōu)化。C 和.NET 程序可以像 C 那樣提前編譯，但它們主要是由.NET 運行時即時編譯并使用運行時信息進行優(yōu)化。JIT 編譯允許對正在運行的.NET 程序進行各種優(yōu)化， ?這在 C 中是無法進行的 ?。

和 C 一樣，C 和.NET 提供了各種直接訪問內存的機制。堆、堆棧和非托管系統內存都可以通過.NET API 和對象進行訪問。開發(fā)人員可以使用.NET 中的unsafe模式來實現更高的性能。

不過，沒有免費的午餐。托管對象和unsafe對象之間不能隨意交換，它們之間的封裝傳送需要性能做為代價。因此，減少兩者之間的傳遞，可以最大化的提高.NET 程序的性能。

當負擔不起托管內存相對于非托管內存的代價時，或者當.NET 運行時對于目標環(huán)境（如內核空間）是一個很糟糕的選擇項或者根本不可用時，那么 C 語言或許就能解決你的問題了。與 C 和.NET 不同，C 默認情況下會開啟直接內存訪問。

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C vs. Go

Go 語法和 C 很像，大括號作為分隔符、以分號結尾的語句等等。精通 C 的開發(fā)人員通常無需太多困難就可以直接轉入 Go，甚至把 Go 的新特性如名稱空間和包管理考慮在內也是如此

代碼的易讀性是 Go 的指導設計目標之一：使開發(fā)人員能夠輕松地跟上任何 Go 項目的速度，并在短時間內精通代碼庫。C 代碼庫很難摸索，因為它們很容易變成一個由宏和特定于項目和給定團隊的嵌套。Go 的語法，以及其內置的代碼格式和項目管理工具，都是為了避免這些機制問題。

Go 還提供額外的功能，像 Goroutines 和 Channels，用于處理并發(fā)性的語言級工具以及組件之間的消息傳遞。在 C 語言里面只能自己實現或者用三方庫，但是 Go 以開箱即用的方式提供了這些特性，讓我們在開發(fā)需要類似功能的軟件的時候，變得極其方便。

Go 與 C 在后臺上，最大區(qū)別在于內存管理。默認情況下，Go 對象被自動管理和回收。對于大多數編程工作來說，這非常方便。但這也意味著任何需要對內存進行特殊處理的程序，會比較難辦。

Go 的確包含了一個unsafe的包，用于規(guī)避 Go 的一些類型處理安全性，例如使用 Pointer 類型讀取和寫入任意內存。但unsafe伴有一個警告，即用它編寫的程序“可能不可移植，并且不受 Go 1 兼容性準則保護”。

Go 非常適合構建命令行程序和網絡服務等程序，因為它們很少需要這樣的細粒度操作。但是低級的設備驅動、內核空間操作系統組件以及其他需要對內存布局和管理進行嚴格控制的任務最好是在 C 中創(chuàng)建。

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C vs. Rust

在某些方面，Rust 是對 C 和 C++ 造成的內存管理難題的回應，也是對這些語言許多其他缺點的回應。Rust 編譯為本機代碼，因此在性能上與 C 相當。不過，默認情況下，內存安全是 Rust 的主要賣點。

Rust 的語法和編譯規(guī)則幫助開發(fā)者避免常見的內存管理錯誤。如果一個程序存在跨過 Rust 語法的內存管理問題，那么它就不會編譯。使用該語言的新手，尤其是從像 C 這樣為此類錯誤提供了大量空間的語言轉過來的新手，他們學習 Rust 的第一階段是如何安撫編譯器。但是 Rust 支持者認為，這種短期的痛苦將得到一個長期的回報：不會犧牲速度的更安全的代碼。

Rust 也可以用它的工具改善 C。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、推薦的方式來管理包、組織項目文件夾，以及處理許多其他事情，這最多是臨時措施，每個項目和團隊處理它們的方式都是不同的。

盡管如此，對于 C 開發(fā)人員來說，被吹捧為 Rust 優(yōu)勢的東西可能看起來不是那樣的。Rust 的編譯時安全特性不能被禁用，所以即使是再小的 Rust 程序也必須符合 Rust 的內存安全限制。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。即使考慮到標準庫，C 的新特性也相對較少。Rust 特性集正在蔓生并持續(xù)增長。與 C++ 相比，較大的 Rust 特性集意味著更強大的能力，但也更復雜。C 是一種較小的語言，但更容易建模，因此可能更適合于 Rust 看上去有點過火的項目中。

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C vs. Python

現在，每當談論軟件開發(fā)時，Python 似乎總是能進入到討論中。畢竟，Python 是“第二個適合所有事情的語言”，毫無疑問，它是最通用的語言之一，有數千個第三方庫。

Python 強調的是開發(fā)速度而不是執(zhí)行速度，這是它與 C 的最大區(qū)別。用另一種語言（如 C 語言）組裝一個程序可能需要一個小時，而用 Python 只需幾分鐘。另一方面，該程序在 C 語言中執(zhí)行可能只需要幾秒鐘，而在 Python 中運行則需要一分鐘。（一個很好的經驗法則：Python 程序的運行速度通常比 C 程序慢一個數量級）。但是對于現代硬件上的許多工作來說，Python 足夠快，這是它獲得成功的關鍵。

另一個主要區(qū)別在于內存管理。Python 程序完全是由 Python 運行時進行內存管理，因此開發(fā)人員不必擔心分配和釋放內存的困難。但這里再次強調，開發(fā)者的輕松是以犧牲運行時性能為代價的。編寫 C 程序需要謹慎地注意內存管理，但是生成的程序通常是純機器速度的黃金標準。

然而，其實 Python 和 C 之間有一個很深的聯系：參考 Python 運行時是用 C 寫的。這允許 Python 程序打包 C 和 C++ 編寫的庫。Python 生態(tài)系統中一些重要的第三方庫，如機器學習，其核心是 C 代碼。

如果開發(fā)速度比執(zhí)行速度更重要，并且如果程序的大部分執(zhí)行部分可以隔離成獨立的組件（而不是分散在整個代碼中），那么純 Python 或 Python 和 C 庫的混合比單獨使用 C 更好。否則的話，C 仍然是霸主。

原文：Serdar Yegulalp