穩坐開發領域霸主之位，揭秘C語言無可取代的幾大原因！

摘要：C語言在這過去的五十年間，已經逐漸發展成為極其重要的軟體開發語言。本文将深度剖析它是如何與C++、Java、C#、Go、Rust和Python進行競争，并保持一定優勢的。

對于計算機程式設計語言來說，沒有什麼技術能沿用半個世紀年，除非它比其他的都好用。C語言于上世紀七十年代初年面世，如今在軟體世界仍保持着底層基礎開發的主流語言的地位。

有時，一個技術能被長久地流傳使用，是因為人們還沒有找到一個更好的替代品。在過去的幾十年，湧現了大量的語言——甚至出現專門為了挑戰C語言的統治地位而設計的新語言。

C真的很難被替代。程式設計語言調查和軟體開發執行個體都印證了可以用遠比使用C語言更好的方式來做開發。但C的地位仍巋然不動，因為它的背後是幾十年的積澱和進步。幾乎沒有語言可以在性能、邏輯、或者普遍性上打敗它。

C vs. C++

很自然地，人們會拿C與C++做對比，顧名思義，C++是從C發展而來的。兩者之間的不同就在于易擴充性，或者易用性。

文法和方式上，C++與C語言比較接近，但C++提供了很多原生C沒有的有用特性：命名空間、模闆、異常、記憶體管理。項目如果對于性能比較敏感，例如資料庫和機器學習，通常使用C++編寫會對提供系統提高性能更有幫助。

除此之外，C++比C更容易擴充。C++20甚至帶來更多的新特性，包括子產品、協程、同步庫以及其他概念，這些都讓模闆更易使用。對标準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。C++的特性使用得越多就越複雜，結果就越加難以控制。是以，把自己限制于C++子集的開發者，能避免很多嚴重的問題。也有些機構想避免C++複雜性，堅持使用C。比如Linux核心的開發團隊就會避開C++。

對于前期開發者和維護代碼人員來說，選擇C是一個避免C++過度使用糾紛的方式。不過，C++也有一系列豐富的進階功能，該用還是要用。但如果簡潔明了更适合現在或者未來項目的整體發展的話，C會更有優勢。

C vs. Java

在JAVA誕生了幾十年之後，其仍然是一般企業級軟體開發的主要語言。大多數優秀的企業軟體開發項目都是用Java編寫，包括絕大多數Apache基金會項目。當開發企業級項目時，Java是一個可行性比較高的語言。

Java的文法大量地借鑒了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運作時環境JVM會将Java代碼即時編譯到目标環境中運作。在良好的條件下，即時編譯的Java可以達到甚至超C的性能。

Java奉行的“一次編寫，随處運作”的思想，Java程式僅需小的調整，就能運作在不同的環境。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程式可能仍然需要定制才能在Windows和Linux上正常運作。

其可移植性和強大性能的結合，以及軟體庫和架構的龐大生态系統，使Java成為企業級項目語言的一員。

然而，Java落後C的地方在于，Java從來沒有競争的領域，都是接近底層運作，或直接操作硬體。C代碼被轉換成機器碼，由程序直接執行。Java被編譯成位元組碼，由JVM解釋器轉換為機器代碼的中間代碼。此外，盡管Java的自動記憶體管理在大多數情況下是一種好事，但是C更适合于對有限記憶體資源有優化要求的程式。

在某些情況下，Java的性能可以接近C。JVM的JIT引擎能在運作時根據程式的行為優化程式，可以進行許多種類的優化，對于預先編輯的C語言而言，這個是行不通的。例如，ApacheSpark使用自定義的記憶體管理代碼繞過JVM進行了一定程度的記憶體内處理優化。

C vs. C# 與 .Net

在推出近20年之後，C和.NET架構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（托管代碼編譯系統和通用的運作時），是以C和Java之間的許多比較也适用于C和C#/.NET。

與Java（以及Python的某些部分）一樣，.NET提供了跨多種平台的可移植性和內建軟體的廣闊生态系統。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運作時編寫的各種工具和庫。

.NET另一個和Java類似的優點是JIT優化。C和.NET程式可以像C那樣提前編譯，.NET運作時可即時編譯，并能使用運作時的資訊進行優化。JIT編譯允許對正在運作的.NET程式進行各種優化，這在C中是無法進行的。

和C一樣，C和.NET提供了各種直接通路記憶體的機制。堆、堆棧和非托管系統記憶體都可以通過.NETapi和對象進行通路。開發人員可以使用.NET中的unsafe模式來實作更高的性能。

不過，值得注意的是，托管對象和unsafe對象之間不能随意交換，它們之間的封裝傳送需要以降低性能作為代價。是以，減少兩者之間的傳遞，可以最大化的提高.NET程式的性能。

當負擔不起托管記憶體相對于非托管記憶體的代價時，或者當.NET運作時對于目标環境（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語言或許就能解決問題了。與C和.NET不同，C預設情況下會開啟直接記憶體通路。

C vs. Go

Go文法和C很像，大括号作為分隔符、以分号結尾語句。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内也是如此。

代碼的易讀性是Go的指導設計目标之一，開發人員能夠輕松地跟上任何Go項目的速度，并在短時間内精通代碼庫。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或團隊的嵌套。Go的文法，以及其内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，用于處理并發性的語言級工具以及元件之間的消息傳遞。在C語言裡面隻能自己實作或者用三方庫，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，變得極其友善。

在記憶體管理方面，Go與C有較大差別。預設情況下，Go對象被自動管理和回收。對于大多數程式設計工作來說，這非常友善。但這也意味着任何需要對記憶體進行特殊處理的程式，會比較難辦。

Go的确包含了一個unsafe的包，用于規避Go的一些類型處理的安全性問題，例如使用Pointer類型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，并且不受Go1相容性準則保護”。

Go非常适合建構指令行程式和網絡服務等程式，因為它們很少需要這樣的細粒度操作。但是低級的裝置驅動、核心空間作業系統元件以及其他需要對記憶體布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是解決C和C++造成的記憶體管理難題的新方案，也是解決這些語言許多其他缺點的新方案。Rust編譯為本機代碼，是以在性能上與C相當。不過，預設情況下，記憶體安全是Rust的主要賣點。

Rust的文法和編譯規則能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文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支援者認為，這種短期的痛苦将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。預設情況下，項目群組件管理是Rust提供的工具鍊的一部分，與Go相同。有一種預設的、推薦的方式來管理包、組織項目檔案夾，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，是以即使是再小的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語言的體積。即使考慮到标準庫，C的新特性也相對較少。Rust特性集正在蔓生并持續增長。與C++相比，較大的Rust特性集意味着更強大的能力，但也更複雜。C是一種較小的語言，但更容易模組化，是以可能更适合于看上去有點臃腫的項目中。

C vs Python

現在，每當談論軟體開發時，Python似乎總是會被人們提起。畢竟這是“第二個适合所有事情的語言”，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的最大差別。用C語言組裝一個程式可能需要一個小時，而用Python隻需幾分鐘。另一方面，該程式在C語言中執行可能隻需要幾秒鐘，而在Python中運作則需要一分鐘。但是對于現代硬體來說，Python足夠快，這是它獲得成功的關鍵。

另一個主要差別在于記憶體管理。Python程式完全是由Python運作時進行記憶體管理，是以開發人員不必擔心配置設定和釋放記憶體的困難。但這裡有必要講明，開發者的輕松是以犧牲運作時性能為代價的，編寫C程式需要謹慎地注意記憶體管理。

其實，Python和C之間有一個很深的聯系：參考Python運作時是用C寫的。這允許Python程式打包C和C++編寫的庫。Python生态系統中一些重要的第三方庫，如機器學習，其核心是C代碼。

如果開發速度比執行速度更重要，程式執行部分可以隔離成獨立的元件，而不是分散在整個代碼中，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。

感謝XJRsoft提供撰文支援，原文來自Serdar Yegulalp

詳情參閱：https://www.xjrsoft.com

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