時至今日，為何C語言在軟體開發領域的地位仍無法撼動

 

部分內容與國內生態有一定出入，以下為譯文：

過去的 50 年，C 語言已經成為重要的軟體開發語言。這裡介紹了 2019 年它是如何與 C++、Java、C#、Go、Rust 和 Python 進行競爭的。

對於計算機程式語言來說，沒有什麼技術能流傳使用 50 年，除非它比其他的都好用。C 語言於 1972 年面世，如今在軟體世界仍保持著基本底層開發的主流語言的地位。

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，湧現了大量的語言——有的專門為了挑戰 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。程式語言調查和軟體開發例項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， 它的背後是幾十年的調查和開發。幾乎沒有語言可以在效能上，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 發展而來的。兩者之間的不同就在於易擴充套件性，或者易用性，這取決於你問誰。

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：名稱空間、模板、異常、記憶體管理等等。專案如果對於效能比較敏感的話，例如資料庫和機器學習，通常使用 C++ 編寫來幫助系統提高效能。

除此之外，C++ 比 C 更容易擴充套件。即將到來地 C++ 20 甚至帶來更多的新特性，包括模組、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，而是更注重保持向後相容性。

事實上，所有 C++ 的優點也是它的缺點。最重要的一個點就是，C++ 的特性使用得越多就越複雜，結果就越加難以控制。那些把自己限制於 C++ 子集的開發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++ 所有的複雜性。堅持使用 C，開發者將自己限制於子集內。比如 Linux 核心的開發團隊就會避開 C++.

對於你和在你之後維護程式碼的開發人員來說，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階功能。但如果簡潔明瞭更適合現在或者未來專案的整體發展的話，C 會更有優勢。

 

C vs. Java

幾十年之後，Java 仍然是企業級軟體開發的主要語言——一般開發的主要語言。大多數優秀的企業軟體開發專案都是用 Java 寫的——包括絕大多數 Apache 基金會專案，當開發企業級專案時，Java 也仍然是一個可行性比較高的語言。

Java 的語法大量地借鑑了 C 和 C++。不過與 C 不同的是，Java 不會預設編譯成機器語言。相反地，Java 執行時環境 JVM 會將 Java 程式碼即時編譯到目標環境中執行。在良好地條件下，即時編譯的 Java 程式碼可以達到甚至超過 C 的效能。

Java 奉行的“一次編寫，到處執行”的思想，可以讓 Java 程式在相對較小的調整下，執行在不同的環境裡面。相比之下，儘管 C 已經移植到許多體系結構中，但是任何給定的 C 程式可能仍然需要定製才能在 Windows 和 Linux 上正常執行。

這種可移植性和強大效能的結合，以及軟體庫和框架的龐大生態系統，使 Java 成為企業級專案語言的一員。

Java 落後 C 的地方是 Java 從來沒有競爭的領域：接近底層執行 ，或直接操作硬體。C 程式碼被轉換成機器碼，由程式直接執行。Java 被編譯成位元組碼，它是隨後由 JVM 直譯器轉換為機器程式碼的中間程式碼。此外，儘管 Java 的自動記憶體管理在大多數情況下是一種好事，但是 C 更適合於對有限記憶體資源有最佳化要求的程式。

在某些地方，Java 的效能可以接近 C。JVM 的 JIT 引擎可以在執行時 根據程式的行為最佳化程式，可以進行許多種類的最佳化，對於預先編輯的 C 語言而言，這個是行不通的。例如，Apache Spark 使用自定義的記憶體管理程式碼繞過 JVM 進行了一定程度的記憶體內處理最佳化。

 

C vs. C# 與.Net

在推出近 20 年之後，C 和.NET 框架仍然是企業軟體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（託管程式碼編譯系統和通用的執行時），因此 C 和 Java 之間的許多比較也適用於 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整合軟體的廣闊生態系統。考慮到.NET 世界中的一些面向企業的開發，這些都是很大的優勢。當使用 C 或任何其他.NET 語言開發程式時，可以利用針對.NET 執行時編寫的各種工具和庫。

.NET 另一個和 Java 類似的優點是 JIT 最佳化。C 和.NET 程式可以像 C 那樣提前編譯，但它們主要是由.NET 執行時即時編譯並使用執行時資訊進行最佳化。JIT 編譯允許對正在執行的.NET 程式進行各種最佳化，  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記憶體的機制。堆、堆疊和非託管系統記憶體都可以透過.NET API 和物件進行訪問。開發人員可以使用.NET 中的unsafe模式來實現更高的效能。

不過，沒有免費的午餐。託管物件和unsafe物件之間不能隨意交換，它們之間的封裝傳送需要效能做為代價。因此，減少兩者之間的傳遞，可以最大化的提高.NET 程式的效能。

當負擔不起託管記憶體相對於非託管記憶體的代價時，或者當.NET 執行時對於目標環境（如核心空間）是一個很糟糕的選擇項或者根本不可用時，那麼 C 語言或許就能解決你的問題了。與 C 和.NET 不同，C 預設情況下會開啟直接記憶體訪問。

 

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

程式碼的易讀性是 Go 的指導設計目標之一：使開發人員能夠輕鬆地跟上任何 Go 專案的速度，並在短時間內精通程式碼庫。C 程式碼庫很難摸索，因為它們很容易變成一個由宏和特定於專案和給定團隊的巢狀。Go 的語法，以及其內建的程式碼格式和專案管理工具，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，用於處理併發性的語言級工具以及元件之間的訊息傳遞。在 C 語言裡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，讓我們在開發需要類似功能的軟體的時候，變得極其方便。

Go 與 C 在後臺上，最大區別在於記憶體管理。預設情況下，Go 物件被自動管理和回收。對於大多數程式設計工作來說，這非常方便。但這也意味著任何需要對記憶體進行特殊處理的程式，會比較難辦。

Go 的確包含了一個unsafe的包，用於規避 Go 的一些型別處理安全性，例如使用 Pointer 型別讀取和寫入任意記憶體。但unsafe伴有一個警告，即用它編寫的程式“可能不可移植，並且不受 Go 1 相容性準則保護”。

Go 非常適合構建命令列程式和網路服務等程式，因為它們很少需要這樣的細粒度操作。但是低階的裝置驅動、核心空間作業系統元件以及其他需要對記憶體佈局和管理進行嚴格控制的任務最好是在 C 中建立。

 

C vs. Rust

在某些方面，Rust 是對 C 和 C++ 造成的記憶體管理難題的回應，也是對這些語言許多其他缺點的回應。Rust 編譯為本機程式碼，因此在效能上與 C 相當。不過，預設情況下，記憶體安全是 Rust 的主要賣點。

Rust 的語法和編譯規則幫助開發者避免常見的記憶體管理錯誤。如果一個程式存在跨過 Rust 語法的記憶體管理問題，那麼它就不會編譯。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程式碼。

Rust 也可以用它的工具改善 C。預設情況下，專案和元件管理是 Rust 提供的工具鏈的一部分，與 Go 相同。有一種預設的、推薦的方式來管理包、組織專案資料夾，以及處理許多其他事情，這最多是臨時措施，每個專案和團隊處理它們的方式都是不同的。

儘管如此，對於 C 開發人員來說，被吹捧為 Rust 優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 程式也必須符合 Rust 的記憶體安全限制。預設情況下，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 特性集正在蔓生並持續增長。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，因此可能更適合於 Rust 看上去有點過火的專案中。

 

C vs. Python

現在，每當談論軟體開發時，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 強調的是開發速度而不是執行速度，這是它與 C 的最大區別。用另一種語言（如 C 語言）組裝一個程式可能需要一個小時，而用 Python 只需幾分鐘。另一方面，該程式在 C 語言中執行可能只需要幾秒鐘，而在 Python 中執行則需要一分鐘。（一個很好的經驗法則：Python 程式的執行速度通常比 C 程式慢一個數量級）。但是對於現代硬體上的許多工作來說，Python 足夠快，這是它獲得成功的關鍵。

另一個主要區別在於記憶體管理。Python 程式完全是由 Python 執行時進行記憶體管理，因此開發人員不必擔心分配和釋放記憶體的困難。但這裡再次強調，開發者的輕鬆是以犧牲執行時效能為代價的。編寫 C 程式需要謹慎地注意記憶體管理，但是生成的程式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絡：參考 Python 執行時是用 C 寫的。這允許 Python 程式打包 C 和 C++ 編寫的庫。Python 生態系統中一些重要的第三方庫，如機器學習，其核心是 C 程式碼。

如果開發速度比執行速度更重要，並且如果程式的大部分執行部分可以隔離成獨立的元件（而不是分散在整個程式碼中），那麼純 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