作者:李彦锋,腾讯 IEG 运营开发工程师 来源:腾讯技术工程
一直想写一篇关于C语言的文章,里面包含C语言的发展史、创始人等相关事迹。但是却迟迟未写,主要原因是因为:在我看来,这个语言太过于伟大、耀眼。作为一个仅仅使用过C语言的普通开发来说,完全没资格去写。但是,最近在看过一篇丹尼斯.里奇写的《C语言发展史》之后,坚定了我写这篇文章的决心。不是歌功颂德,仅仅是以一种客观的视角去欣赏。
1. C语言发展史
任何一种新事物的出现都不是来自于偶然,而是时代所驱使的必然结果。
1.1 C语言有多伟大
如果你问我:C语言有多伟大。那么,我可能会想一下,说:多伟大我不知道,但是我知道很伟大。
这里,我想说一句可能有点片面的话,就是:如今这世界上,凡是带电的地方,可能都会有她(C语言)或者她的子孙的影子。
任何比C语言更低级的语言,都不足以完整地抽象一个计算机系统;任何比C高级的语言,都可以用C来实现。
1.2 C语言之父
Ritchie 贝尔实验室的个人主页地址https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/index.html
丹尼斯·麦卡利斯泰尔·里奇(英语:Dennis MacAlistair Ritchie,1941年9月9日-2011年10月12日),美国计算机科学家。黑客圈子通常称他为“dmr”。他是C语言的创造者、Unix操作系统的关键开发者,对计算机领域产生了深远影响,并与肯·汤普逊同为1983年图灵奖得主。
丹尼斯.里奇 生平时间线
麻省理工大学计算机系的马丁教授评价说:"如果说,乔布斯是可视化产品中的国王,那么里奇就是不可见王国中的君主。乔布斯的贡献在于,他如此了解用户的需求和渴求,以至于创造出了让当代人乐不思蜀的科技产品。然而,却是里奇先生为这些产品提供了最核心的部件,人们看不到这些部件,却每天都在使用着。"克尼汉评价道:牛顿说他是站在巨人的肩膀上,如今,我们都站在里奇的肩膀上。
1.3 C语言的先辈
为了简洁起见,我(Dennis M.Ritchie)省略了对C本身,其父级B [Johnson 73]和其祖父母BCPL [Richards 79]的完整描述,而只关注每种语言的特征元素以及它们如何演变。This paper is about the development of the C programming language, the influences on it, and the conditions under which it was created. For the sake of brevity, I omit full descriptions of C itself, its parent B [Johnson 73] and its grandparent BCPL [Richards 79], and instead concentrate on characteristic elements of each language and how they evolved.https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/chist.html
这段文字出自C语言之父丹尼斯.M.里奇所写的一篇关于《C语言发展史》的文章,文中明确指出C语言源自于B、BCPL两种语言。可以把C语言看做是站在巨人的肩上,顺应时代潮流的后浪。
1.3.1 BCPL语言之父
Martin Richards
Martin Richards's BCPL Reference Manual, 1967 https://web.archive.org/web/20080622171914/http://cm.bell-labs.com/cm/cs/who/dmr/bcpl.html
马丁·理察德(英语:Martin Richards,1940年7月21日-),生于英国,计算机科学家,为BCPL编程语言的发明者,发展了TRIPOS操作系统。
1966年,马丁·理察德在剑桥大学,以CPL编程语言为基础,发明了BCPL编程语言。
1.3.2 B语言之父
Kenneth Lane Thompson
肯尼斯·蓝·汤普逊(英语:Kenneth Lane Thompson,1943年2月4日-)小名肯·汤普逊(英语:Ken Thompson),美国计算机科学学者和工程师。黑客文化圈子通常称他为“ken”。在贝尔实验室工作期间,汤普逊设计和实现了Unix操作系统。他创造了B语言(基于BCPL) — C语言的前身,而且他是Plan 9操作系统的创造者和开发者之一。与丹尼斯·里奇同为1983年图灵奖得主。
2006年,汤普逊进入Google公司工作,与他人共同设计了Go语言。
1.3.3 一组Ken与Dennis的照片
日益精进
站在巨人的肩上
坐着的是Ken 站着的是Dennis
与优秀之人为伍
不畏得失,做有趣的事
左Ken 右Dennis | 右上角:Unix标识牌
言传身教
感谢丹尼斯.里奇留给了这世界一本“C语言圣经”
可惜的是,当年笔者大学学的是谭浩强谭老师的C语言
Dennis与《The C Programming Language》
互相成就
终成正果
你做了什么,最终会被世人看到
1999年获得美国国家技术奖 [左一:Ken | 左二:Dennis | 右一:克林顿]
从这些老照片中,我隐隐约约看到了几行小字,写着:
1)与优秀之人为伍
2)互相成就
试想,有多么重要?
1.4 C语言时间线
Computer Languages Historyhttps://www.levenez.com/lang/
从图中时间线,可以明显的看出C语言的起源以及时间节点。
有时候不得不说时势造英雄,在1969~1971年之间著名的操作系统Unix从肯.汤普逊手中诞生,作为一种大型的系统性软件来说,极其需要一种可靠的高级语言的出现(当时的低级语言指的是汇编,因为之前的操作系统是用汇编写的)。这个时候的丹尼斯.里奇也没闲着,在对B语言改良之后,就诞生了带有类型的C语言(据里奇自己说,有一段时间称这种改良的语言为NB。即:new B。不过,在我们这些吃瓜群众眼中看来也确实NB)。
In 1971 I began to extend the B language by adding a character type and also rewrote its compiler to generate PDP-11 machine instructions instead of threaded code. Thus the transition from B to C was contemporaneous with the creation of a compiler capable of producing programs fast and small enough to compete with assembly language. I called the slightly-extended language NB, for `new B.'
1.5 unix时间线
Unix的诞生与C语言被广泛的传播、使用,有着密切的联系。
上图时间线只显示前几个与C语言在相同时间段内诞生的Unix版本(当然,感兴趣的话,可以查询Unix相关发展史,绝对会让你大吃一惊。其中最著名的几个分支:BSD、minix、Linux...)。
下面,通过在网上找得到的部分Unix内核源码,来追溯一下C语言出现的时机。
1.5.1 PDP-Unix
PDP-Unix系统内核代码文件
PDP-7 Unixhttps://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=PDP7-Unix
可以看到基本都是用汇编写的(文件名后缀.s)。为什么用基本这个词呢?因为,在系统里面有一部分命令是用B语言写的。
1.5.2 First Edition Unix
First Edition Unix系统内核代码文件
https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=V1
可以看到,还是用汇编写的(文件名后缀.s)。
1.5.3 Second Edition Unix
Second Edition Unix系统内核代码文件
Second Edition Unix The second edition of Unix was developed for the PDP-11 at Bell Labs by Ken Thompson, Dennis Ritchie and others. It extended the First Edition with more system calls and more commands. This edition also saw the beginning of the C language, which was used to write some of the commands.https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=V2
到这个版本,已经可以看到C语言的身影了。
1.5.4 Unix与C语言
从C语言在Unix V2版本出现之后,Unix的V3版本开始,已经可以在Unix内核中见到大量C语言编写的代码。
据里奇所说:到1973年初,现代C的基本知识已经完成。C语言和编译器强大到,足以让我们在当年夏天用C重写PDP-11的Unix内核 (也就是Unix的V3版本)。
By early 1973, the essentials of modern C were complete. The language and compiler were strong enough to permit us to rewrite the Unix kernel for the PDP-11 in C during the summer of that year.
到了这个时间节点,基本可以肯定的是C语言、Unix的大部分核心都已经完善。剩下要做的就是,可移植性、标准化。
后面的故事,大家可能也听说过:后来学术和政府组织中都在使用Unix,也正是由于Unix的风靡与兴盛,带动了C语言被广泛的传播、使用。
在1980年代,C语言的使用广泛传播,并且几乎所有机器体系结构和操作系统都可以使用编译器。尤其是,它已成为个人计算机的编程工具,无论是用于这些机器的商业软件制造商,还是对编程感兴趣的最终用户,都非常受欢迎。
During the 1980s the use of the C language spread widely, and compilers became available on nearly every machine architecture and operating system; in particular it became popular as a programming tool for personal computers, both for manufacturers of commercial software for these machines, and for end-users interested in programming.
这也就是所谓的互相成就。
一句话概括就是:不畏得失、日渐精进,最终互相成就。
1.6 第一个C语言编译器是怎样编写的?
不知道你有没有想过,大家都用C语言或基于C语言的语言来写编译器,那么世界上第一个C语言编译器又是怎么编写的呢?这不是一个“鸡和蛋”的问题……
回顾一下C语言历史:Tomphson在BCPL的基础上开发了B语言,Ritchie又在B语言的基础上成功开发出了现在的C语言。在C语言被用作系统编程语言之前,Tomphson也用过B语言编写过操作系统。可见在C语言实现以前,B语言已经可以投入实用了。因此第一个C语言编译器的原型完全可能是用B语言或者混合B语言与PDP汇编语言编写的。
我们现在都知道,B语言的执行效率比较低,但是如果全部用汇编语言来编写,不仅开发周期长、维护难度大,更可怕的是失去了高级程序设计语言必需的移植性。
所以早期的C语言编译器就采取了一个取巧的办法:先用汇编语言编写一个C语言的一个子集的编译器,再通过这个子集去递推,进而完成完整的C语言编译器。
详细的过程如下:先创造一个只有C语言最基本功能的子集,记作C0语言,C0语言已经足够简单了,可以直接用汇编语言编写出C0的编译器。依靠C0已有的功能,设计比C0复杂,但仍然不完整的C语言的又一个子集C1语言,其中C0属于C1,C1属于C,用C0开发出C1语言的编译器。在C1的基础上设计C语言的又一个子集C2语言,C2语言比C1复杂,但是仍然不是完整的C语言,开发出C2语言的编译器 …… 如此直到CN,CN已经足够强大了,这时候就足够开发出完整的C语言编译器的实现了。至于这里的N是多少,这取决于你的目标语言(这里是C语言)的复杂程度和程序员的编程能力。简单地说,如果到了某个子集阶段,可以很方便地利用现有功能实现C语言时,那么你就找到N了。下面的图说明了这个抽象过程:
https://kknews.cc/tech/bx2r3j.html
介绍一个概念,“自编译”Self-Compile,也就是对于某些具有明显自举性质的强类型(所谓强类型就是程序中的每个变量必须声明类型后才能使用,比如C语言,相反有些脚本语言则根本没有类型这一说法)编程语言,可以借助它们的一个有限小子集,通过有限次数的递推来实现对它们自身的表述,这样的语言有C、Pascal、Ada等等,至于为什么可以自编译,可以参见清华大学出版社的《编译原理》,书中实现了一个Pascal的子集的编译器。https://zhuanlan.zhihu.com/p/136102461
而这个过程也在Unix V2版本中找到了证据。
肯恩·汤普森,丹尼斯·里奇和其他人在贝尔实验室为PDP-11开发了Unix的第二版。它通过更多的系统调用和更多的命令扩展了第一版。此版本还看到了C语言的开始,该语言用于编写一些命令。
此处的代码仅是某些命令,某些库函数和C编译器的源代码。c /中的文件来自 last1120c.tar.gz 磁带,并构成了第二版Unix的有效C编译器。
下载地址:http://minnie.tuhs.org/Archive/Applications/Early_C_Compilers/last1120c.tar.gz
The second edition of Unix was developed for the PDP-11 at Bell Labs by Ken Thompson, Dennis Ritchie and others. It extended the First Edition with more system calls and more commands. This edition also saw the beginning of the C language, which was used to write some of the commands.The code here is only the source to some of the commands, some of the library functions, and the C compiler. The files in c/ come from the last1120c.tar.gz tape, and form a working C compiler for Second Edition Unix.https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=V2
下载源码解压缩之后,目录结构如下:
感兴趣的小伙伴可以下载下来研究一下。