50 岁的 C 语言，掌控 Windows、Linux、macOS 等操作系统半边天!

不久之前，CSDN发布了一篇《C不再是一门编程语言》的观点性文章。作者认为，C已经被提升到一个具有威望和权力的角色，它的统治是绝对和永恒的，以至于它扭曲了开发者与该语言之间的对话方式。当下，C是编程的通用语言，大家都必须学C，这也导致C不再只是一种编程语言，它成了每一种通用编程语言都需要遵守的协议。

可以看出，在编程语言众多的今天，C语言依然代表着权威。近日，Meta高性能C++数据仓库工程师Daniel发文表示，尽管C语言面世多年，甚至不少人用暮年来形容它，但它依然在为世界编程赋能，并且还将活跃很长一段时间，因为C语言在某些应用中以压倒性优势领先，且无可匹敌。他列举了C语言是如何渗透到千家万户，影响着世界运行的。对此，笔者对原文进行了编译，与大家共享！

现今存在的很多C语言项目都是几十年前开始的：

• 开发于1969年的UNIX操作系统，其代码在1972年基于C语言进行了重建，帮UNIX系统代码从汇编转移到更高层次的语言，进而实现用更少的代码完成相同的任务；

• 开发于1977年的Oracle，其代码也在1983年转向了C语言，Oracle是当下最受欢迎的数据库之一；

• 发布于1985年的Window 1.0操作系统，尽管源码并未公开，但据说大部分内核代码也是基于C语言构建，还有一部分是汇编；

• 开发于1991年的Linux，其内核也是基于C语言。Linux在1992年基于GNU重新获得许可，被作为GNU操作系统的一部分使用。GNU系统本身也是使用C和Lisp编程语言构建，所以它的许多组件都是基于C开发。

不少人可能会提出，这些系统都是几十年前的项目，当时的编程语言还不多，可供选择的就更少了。其实不然，C语言不仅仅局限于几十年前的项目，当下不少项目也是基于它启动的。

C语言如何驱动世界

编程语言层出不穷，各种高级语言更是如雨后春笋般涌现。但C语言仍然在为全世界的应用系统赋能，下面分享一些被数百万人广泛使用的C语言构建系统。

各大流行系统所用到的语言

Windows操作系统

据NetMarketShare统计，Windows操作系统份额常年在90%附近徘徊，服务全球数十亿用户，其内核代码大部分是由C语言构建，还有一部分是基于汇编。

Linux

众所周知，Linux内核主要是由C语言撰写，在世界500台最强大的超级计算机中，约有97%运行的是Linux内核，它也被用于许多个人电脑中。

macOS

Mac电脑操作系统也是由C语言驱动，因为OS X的内核大部分是用C语言编写。Mac中的每个程序和驱动程序，就像Windows和Linux电脑一样，都是在由C语言驱动的内核上运行。

移动设备

iOS、Android和Windows Phone的内核也是用C语言编写，它们只是对现有的Mac OS、Linux和Windows内核的移动改编。因此，大家每天使用的智能手机也是运行在C语言之上。

数据库领域

世界上最流行的数据库，包括Oracle、MySQL、MS SQL Server和PostgreSQL，都是用C语言构建（其中前三个实际上是C和C++）。

数据库被用于所有类型的系统：金融、政府、媒体、娱乐、电信、健康、教育、零售、社交网络、网络等等。

3D电影

此类应用程序需要高效、快速。它们需要在数秒内进行许多计算和处理大量数据，这样艺术家和动画师生成的电影镜头所需的时间才越短，公司也能节省更多资金。这类大部分应用也都是基于C和C++制作而成。

嵌入式系统

想象一下，某一天你醒来后的行程：唤醒你的闹钟很可能是用C语言编写，然后你用微波炉或咖啡机来做早餐，它们也是嵌入式系统，因此有可能也是基于C语言构建；你在吃早餐时打开电视或收音机，当你用遥控器打开车库门时，也在使用一个很可能是用C语言编程的嵌入式系统。

然后你准备开车外出。如果它有以下功能，也是用C语言编程的。

• 自动变速器

• 轮胎压力检测系统

• 传感器（氧气、温度、油位等）。

• 座椅和后视镜设置的记忆。

• 仪表盘显示

• 防抱死制动系统

• 自动稳定控制

• 巡航控制

• 气候控制

• 儿童安全锁

• 无钥匙进入

• 座椅加热

• 安全气囊控制

到商店，停好车，去自动售货机买汽水。那么自动售货机有可能也是基于C构建运行。随后你在商店里买东西，结账，那么收银机也是用C。当你用信用卡付款时？你猜对了：信用卡阅读器也可能是用C语言写的。

所有的这些设备都是嵌入式系统。它们就像小型计算机，里面有一个微控制器/微处理器，在嵌入式设备上运行一个程序，也叫固件。程序必须检测按键并采取相应的行动，同时向用户显示信息。例如，闹钟必须与用户互动，检测用户正在按什么按钮，有时还检测按了多长时间，并对设备进行相应编程，同时向用户显示相关信息。例如，汽车的防抱死制动系统必须能够检测到轮胎的突然锁定，并采取行动，在一小段时间内释放刹车上的压力，解除锁定，从而防止失控打滑。所有这些计算都是由一个编程的嵌入式系统完成的。

尽管不同品牌的嵌入式系统所使用的编程语言可能不同，但由于C语言的灵活性、效率、性能和接近硬件的特点，C语言是开发这些项目的首选。

C语言为什么仍被广泛使用？

在今天，有许多编程语言可以让开发者研发出比C更高效的应用，这些语言拥有丰富的内置库，可以简化与JSON、XML、UI、网页、客户端请求、数据库链接、媒体操作等工作。尽管如此，C依然仍将长期活跃在编程一线，为什么呢？

那让我们一起来看看C语言都有哪些无与伦比的优势。

可移植性和高效

汇编语言的可移植性差，可C语言却是一门可移植性非常好的语言。它尽可能地接近机器，同时它几乎普遍适用于现有的处理器架构。几乎现有的每个架构至少有一个C语言编译器。如今，由于现代编译器产生高度优化的二进制文件，用手写的汇编来改进它们的输出并不是一件容易的事。

由于它的可移植性和效率高效，"其他编程语言的编译器、库和解释器经常用C语言实现"。像Python、Ruby和PHP这些解释性语言的主要实现都是基于C语言，它甚至被其他语言的编译器用来与机器通信。例如，C是Eiffel和Forth的中间语言。意味着这些语言的编译器不需要为每个要支持的架构生成机器代码，而只是生成中间的C代码，由C编译器处理机器代码的生成。

C语言也已成为开发人员之间交流的一种语言。正如Dropbox工程经理、Cprogramming.com创建者Alex Allain所说：

C语言作为一门伟大的语言，可以让大多数人以能接受的方式来表达编程中的常见想法。此外，C语言在使用中也有语法结构也会出现在其他语言中，例如，用于命令行参数的argc和argv，以及循环结构和变量类型，因此，即使对方不懂C语言，你也能找到一些共同点来与他们交谈。

内存操作

内存管理和指针运算是C语言的重要特征，使C语言成为系统级编程（操作系统与嵌入式系统）的最佳搭档。

在硬件/软件边界，计算机系统和微控制器将其外设和I/O引脚映射到内存地址。系统应用程序必须读取和写入这些自定义的内存位置，以便与外界进行通信。因此，C语言操作任意内存地址的能力对于系统编程是必不可少的。

例如，一个微控制器可以这样设计：每当地址0x40008001的第4位被设置为1时，内存地址0x40008000中的字节就会被通用异步接收/发送器（或UART，一种与外设通信的常见硬件组件）发送，并且在设置后，它将被外设自动取消。下来演示一个C函数代码，它通过该UART发送一个字节：

#define UART_BYTE *(char *)0x40008000 #define UART_SEND *(volatile char *)0x40008001 |= 0x08 
void send_uart(char byte) {    UART_BYTE = byte;    // write byte to 0x40008000 address    UART_SEND;           // set bit number 4 of address 0x40008001 }

send_uart函数的第一行代码可扩展为：

*(char *)0x40008000 = byte;

这一行代码是告诉编译器将值是0x40008000解释为一个指向char的指针，然后解除对该指针的定义（给出该指针所指向的值）（用最左边的*操作符），最后将字节值分配给该解除定义的指针。换句话说：把变量byte的值写到内存地址0x40008000。

将该函数的下一行代码扩展一下：

*(volatile char *)0x40008001 |= 0x08;

在这行代码中，我们对地址0x40008001和数值0x08（二进制的00001000，即第4位的1）进行了or位运算操作，并将结果存回地址0x40008001。换句话说：我们设置地址为0x40008001的字节的第4位。我们还声明地址为0x40008001的值是易失性的。这就告诉编译器，该值可能会被我们代码外部的进程所修改，所以编译器在写入该地址后不会对该地址的值做出任何假设。(在这种情况下，该字节在我们用软件设置后就被UART硬件取消了）。这些信息对于编译器的优化器来说是很重要的。例如，如果我们在for循环中这样做，而没有指定该值是易失性的，编译器可能会认为该值在被设置后永远不会改变，并在第一个循环后跳过执行该命令。

确定资源使用

开发人员进行系统编程不能依赖的一个常见语言特性就是垃圾收集，甚至对一些嵌入式系统来说，只能进行动态分配。嵌入式应用程序在时间和内存资源方面非常有限。对于一些实时的嵌入系统，它们无法承受垃圾收集器的非确定性调用。如果因为内存不足而不能使用动态分配，那么拥有其他内存管理机制就显得尤为重要，比如将数据放在自定义地址中，就像C语言的指针所允许的那样。那些严重依赖动态分配和垃圾回收的语言不适用于资源紧张的系统。

Code Size

C语言有一个非常小的运行时，其代码的内存占用要小于其它语言。例如与C++相比，一个由C语言生成的二进制文件，其体积大约是由类似的C++代码生成的二进制文件的一半。造成这种情况的主要原因之一是异常支持。

异常（Exceptions ）机制是C++比C语言多出来的一个不错功能，如果异常不被触发和巧妙的实现，他们实际上是没有执行时间的开销，但代价便是增加代码体积。

下面让我们以C++代码为例：

// Class A declaration. Methods defined somewhere else; class A{public:   A();                    // Constructor   ~A();                   // Destructor (called when the object goes out of scope or is deleted)   void myMethod();        // Just a method};
// Class B declaration. Methods defined somewhere else;class B{public:   B();                    // Constructor   ~B();                   // Destructor   void myMethod();        // Just a method};