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為什麼C語言不會過時?

評價任何一門程式語言,都是招人罵的。 永遠是這樣。就像是春寒料峭的季節, 街上穿棉襖和穿單衣的擦肩而過,雙方一定是同時在心裡出現了兩個字:“傻逼!”這個在心理學上有個專業的名字:叫做“二逼”現象! 

那我為啥還要做這個捱罵的事呢?作為《C語言點滴》《drop of knowledge of C++》書籍的作者,《C語言新思維,第二版》的譯者,我覺得我有責任系統的介紹一下這門語言,他的特點,還有他的未來。這個問題對很多剛剛踏入程式猿這個行業的新手至關重要。因為他們有深深的擔憂,萬一C語言就像Fortran,perl語言那樣過時了怎麼辦? 

先上一個表,這個就是著名的TIOBE語言排行榜。目前它是一個最權威的一個語言流行度的排行榜,從這個排行榜上看,你會得到一個最直觀的結論。Java和C都在下降,而下降的部分被第三名以後的語言所瓜分。 

(碼農翻身注:這是去年的排行榜,最新的TIOBE資料顯示Java和C分別以17.8%和15.37%排在前兩名)

對所有的程式語言,他們的最後的目的其實就是兩種:提高硬體的執行效率和提高程式設計師的開發效率。

遺憾的是,這兩點是不可能並存的!你只能選一樣。在提高硬體的執行效率這一方面,C語言沒有競爭者!舉個簡單的例子,實現一個列表,C語言用陣列int a[3],經過編譯以後變成了(基地址+偏移量)的方式。對於計算機來說,沒有運算比加法更快,沒有任何一種方法比(基地址+偏移量)的存取方法更快。

C語言已經把硬體的執行效率壓縮到了極致。這種設計思想帶來的問題就是易用性和安全性的缺失。例如,你不能在陣列中混合儲存不同的型別,否則編譯器沒有辦法計算正確的偏移量。同時C語言對於錯誤的偏移量也不聞不問,這就是C語言中臭名昭著的越界問題。

C語言自詡的“相信程式設計師”都是漂亮的說辭,它的唯一目的就是快,要麼飛速的執行,要麼飛速的崩潰。C語言只關心程式飛的高不高,不關心程式猿飛的累不累。就是這樣! 

現在來看看那些非C的語言,他們的長處都在於提高程式設計師的開發效率上。或者支援動態的列表,或者支援安全的列表。但是加入任何的中間層,加入任何的安全檢驗,它不可能比(基地址+偏移量+無檢驗)的方式更快。這個世界上不存在“開發容易,執行快”的語言,開發容易畢竟來源於對底層的一層一層又一層的包裝。 

現在回答兩個最普遍的問題:硬體這麼便宜了,有必要讓軟體更快嗎?有這種疑問的人大部分都是網咖的固定客戶,他們理解的計算機只在電腦城,他們理解的計算只是遊戲和播放硬碟中的小電影。不要玩個遊戲開個掛就樂得不行不行的,別忘了還有全實景模擬,還有3D渲染,還有自動駕駛。

人在開車的時候,每秒要收集60個不同的物體,然後根據這60個物體的不同組合和反映來做20個最重要的決定。然後從這20多個決定中選一個執行。所以就算用上最快的硬體,自動駕駛現在還不敢說能像人那樣開車。就算是自動駕駛成功了,下一步還要自動飛行呢?因為我們老早就預言了:你咋不上天呢!

所以說:計算速度永遠是不夠的!因為新的應用會越來越複雜,越來越實時。對了!我還忘了一個更重要的限制:計算的能耗!NASA飛行器上的CPU最多就是32位的,說出來你可能不信,國際空間站上沒有一個CPU是64位的,我猜一個最主要的原因是航天員不愛看硬碟小電影吧。 

另外一個流行的疑問是:我可以發明一種同樣快的語言,但是沒有C語言那麼多的坑。想法是可以的,而且還真巧有這個語言,真巧它的名字叫D語言,真巧沒有太多的人用!這是因為一個基本的事實。現在有太多,太多太多的C程式碼,他們大部分都在正常工作,就像Linux, Window, MacOS,Unix,Vxworks。你沒有看錯,這些作業系統的核心都是C,我雖然不確定C在Window中所佔的比例,但是我相信微軟的人不會傻到用C#去全部改寫一個作業系統的核心。你想讓這些人去用你的全新的語言,這就不是“有點”很傻,很天真了!

而且有些程式碼,我們根本就不能改!NASA一個簡單的5個CPU飛控軟體編寫完畢後,要進行一種“全覆蓋”測試。如果CPU A壞了會發生什麼?如果CPU A,B壞了呢?如果CPU A,C壞了呢。。。。?如果你願意,你可以做個簡單的數學組合。測試完畢後,別說重寫,就算加個註釋都不行。因為主管payload的大媽會非常嚴肅的質問你,為什麼你上報的東西數量增加了,但是質量沒有增加?你需要和她詳細的解釋:硬體和軟體是不同的,硬體是那種摸起來硬硬的東西,但是軟體不是那種摸起來軟軟的東西。看著大媽鄙夷的眼神,這個時候你會非常後悔自己手欠加入的哪一行註釋。你還別不當真,這個是NASA的真實故事。 

那為什麼C語言還下降這麼多呢?很簡單,有些任務本身就不是C語言的。我上學的時候還用C語言編過視窗介面呢?然後很快微軟的人就推出了MFC,就是一大堆巨集把底層的C windowAPI包裝了起來。

再後來這個技術也過時了。因為微軟的人認識到,帶有視窗的應用程式說到底不是C語言的本職工作,再這麼一層一層包下去就有露餡的危險,於是他們發明了一個全新的語言C#來負責這個任務。

Java也是這樣,突出網路,易用,安全,跨平臺。無論是Java, c#還是python, 他們都有意避開提高硬體的執行效率這個問題,因為這個問題上沒辦法和C競爭,也無法撼動Linux, Unix,GNU tool這些已有C程式碼的位置。剩下的就只是提高程式設計師的開發效率上大作文章。這對C語言是好事,把自己不善長的東西去掉,讓自己跑的更快! 

伴隨著嵌入和實時系統的興起,AI,機器人,自動駕駛等。這些都是C語言的核心應用,而且在這種應用上面,C語言沒有競爭者。所以我感覺C語言會穩定在自己核心的應用中,並開始逐步回升。(碼農翻身注:趙老師預料對了,果然回升了。)

但是Java語言我個人不樂觀。小型和靈活性上,Python更勝一籌。一行python程式碼後,你根本不知道自己還是不是duck型別?平臺領域,每個平臺都推出自己專屬的語言。Windows會繼續支援C#,蘋果偏愛Swift, Android推出Kotlin,Google用go。Java宣稱自己可以自由到每家做客,但是無論是到誰家,都會發現客廳裡面坐著一個親兒子,這個時候自己這個乾兒子多多少少有點尷尬。所以我猜測,最後Java會穩定在對跨平臺有嚴格要求的,大型非實時應用上。 

最後說點閒話,C++不會淘汰C語言。有了物件後你會發現再簡樸的物件也耗費資源,而且有了物件以後,總是不由自主的去想繼承這個事,一但繼承實現了,你會發現繼承帶來的麻煩遠超過你的想象。Java的發明人James被問到如果可以從新設計Java語言的話,第一個要做什麼事?他說:“去掉物件”!作為一個已婚,有兩個孩子的程式猿,我感同身受。如果大家感興趣,我可以再寫一個部落格,聊聊C++和C的真實區別所在。  

如果你看到這裡,還什麼都沒記住。那就只記住一點:沒人能預測未來。 

全世界只需要五臺電腦 -IBM創始人 

640K記憶體足夠了 -微軟創始人 

沒必要在家裡用電腦-DEC創始人 

如果再有人對你說C語言已經過時了,最好自己思考一下,能求真最好,如果不能,至少要做到存疑。