ทำไมระบบปฏิบัติการถึงมีข้อมูลระดับต่ำใน C และ C ++ ทำไมไม่ใช่แค่ C ++?

ในหน้า Wikipedia สำหรับ Windowsจะระบุว่า Windows เขียนไว้ใน Assembly สำหรับ bootloader และ task switcher และ C และ C ++ สำหรับเคอร์เนลรูทีน

IIRC คุณสามารถเรียกใช้ฟังก์ชัน C ++ ได้จากextern "C"'d block ฉันสามารถใช้ C สำหรับฟังก์ชั่นเคอร์เนลเพื่อให้แอป C บริสุทธิ์สามารถใช้งานได้ (เช่นprintfและอย่างนั้น) แต่ถ้าพวกเขาสามารถห่อในextern "C "บล็อกแล้วทำไมต้องใช้รหัสใน C?

ส่วนใหญ่ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์ เคอร์เนล windows บางส่วนถูกเขียนด้วยภาษา C ตั้งแต่ปี 1983 กว่าสามทศวรรษที่ผ่านมาเมื่อWindows 1.0 ถูกปลดปล่อยออกมา C ++ ก็แทบจะไม่ได้รับการปล่อยตัวออกมา ตอนนี้ C-libraries เหล่านี้จะอยู่ที่นั่นตลอดไปเพราะ Microsoft ทำให้จุดขายและการเขียน C-parts รุ่นที่เข้ากันได้ใน C ++ นั้นต้องใช้ความพยายามอย่างมากเพื่อผลประโยชน์ที่ไม่ได้ผล

ในขณะที่คนส่วนใหญ่ได้ชี้ให้เห็นเหตุผลมาจากประวัติศาสตร์ที่ผ่านมา แต่มีบางอย่างที่ไม่มีใครพูดถึงและฉันเชื่อว่ามันเป็นเหตุผลที่คนยังคงเขียนรหัส C สำหรับระดับต่ำ

C เป็นภาษาขนาดเล็กในแง่ที่สเป็คสั้น (ค่อนข้าง) C ++ เป็นอย่างมากและนั่นคือการพูด นี้อาจไม่สำคัญมากที่โปรแกรมเมอร์ (แม้ว่าฉันคิดว่ามันไม่) แต่มันเป็นสิ่งที่สำคัญมากถ้าคุณต้องการที่จะทำการตรวจสอบอย่างเป็นทางการ นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือที่สร้างขึ้นสำหรับการวิเคราะห์รหัส C ซึ่งสามารถช่วยป้องกันข้อบกพร่องเป็นต้น

และสิ่งนี้มีความสำคัญมากในซอฟต์แวร์ฝังตัวซึ่งค่าใช้จ่ายของบั๊กที่ปรับใช้นั้นสูงมากเมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือของอุตสาหกรรม (เปรียบเทียบเว็บซึ่งคุณสามารถนำ patch มาใช้กับผู้ใช้ทุกคนได้ทันที) ไม่ต้องพูดถึงซอฟต์แวร์ที่มีความสำคัญต่อภารกิจและสิ่งของทางการแพทย์

มีความพยายามที่จะแทนที่ C จากตำแหน่งที่โดดเด่นในการเขียนโปรแกรมระดับต่ำด้วยภาษาที่ดียิ่งขึ้นในที่นี้เช่น BitC แต่พวกเขายังไม่ประสบความสำเร็จ

1. รันไทม์ C นั้นเล็กกว่ามาก
2. การแปล C ++ เป็นโครงสร้างระดับล่างจะมีความโปร่งใสน้อยกว่าใน C (ดูการอ้างอิงและ vtables สำหรับตัวอย่างรวดเร็วสองตัวอย่าง)
3. C มักจะมี ABI ที่มั่นคง C ++ มักจะไม่ ซึ่งหมายความว่าอย่างน้อยที่สุดอินเตอร์เฟสการเรียกระบบควรเป็นสไตล์ C นอกจากนี้หากคุณต้องการโมดูลแบบไดนามิกใด ๆ การมี ABI ที่สอดคล้องกันจะช่วยได้มาก

เหตุผลที่ไม่ได้ทางเทคนิค นิด ๆ หน่อย ๆ ของการชุมนุมคือหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่พวกเขาจะไม่ถูกบังคับให้ใช้ C บางครั้งที่พวกเขาต้องการที่จะ บริษัท ของฉันใช้เคอร์เนลที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตัวเองเขียนเกือบทั้งหมดใน C ++ แต่เราไม่จำเป็นต้องสนับสนุนอินเตอร์เฟส C ไปยังเคอร์เนลเหมือนกับคนอื่น ๆ ส่วนใหญ่เพราะเคอร์เนลที่ฝังตัวของเรานั้นรวบรวมด้วยแอปพลิเคชัน C ++ ของเรา เมื่อคุณมีอินเทอร์เฟซ C การเขียนโค้ดของอินเทอร์เฟซใน C มักจะง่ายกว่าแม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะใช้extern "C"เพื่อเขียนใน C ++

แม้ว่าเราจะมีไฟล์ C ที่กระจัดกระจาย แต่ส่วนใหญ่เป็นเพราะรหัสบุคคลที่สาม รหัสระดับต่ำของบุคคลที่สามนั้นมีให้ใน C เกือบทุกครั้งเพราะมันง่ายกว่าที่จะรวมรหัส C ลงในแอป C ++ มากกว่าวิธีอื่น ๆ

ผู้พัฒนาเคอร์เนลมักจะเป็นคนประเภทที่รู้สึกมีความสุขมากขึ้นเมื่อเห็นได้ชัดจากแหล่งที่มาในทันทีสิ่งที่รหัสทำ

C ++ มีคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมายซึ่งซ่อนสิ่งที่รหัสทำมากกว่ารหัส C ธรรมดาซ่อนอยู่: overloads, วิธีเสมือน, แม่แบบ, การอ้างอิง, การพ่น ... C ++ ยังมีไวยากรณ์เพิ่มเติมอีกมากมายที่คุณต้องเชี่ยวชาญเพื่อให้เข้าใจ C ++ รหัสใช้มัน

ฉันคิดว่าพลังของ C ++ เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังมากในการสร้างไลบรารี่และเฟรมเวิร์ก บ่อยครั้งที่ผู้พัฒนาแอปพลิเคชั่น C ++ จะหลงทางโดยสิ้นเชิงในส่วนที่เต็มไปด้วยเทมเพลตของห้องสมุด และการเขียนไลบรารี่ C ++ นั้นเป็นงานเขียนโปรแกรมที่ท้าทายมากและทำเพื่อให้กรอบงานที่ยอดเยี่ยมเพื่อประโยชน์ของนักพัฒนาแอปพลิเคชัน ไลบรารี C ++ นั้นไม่ง่ายภายในมันเป็น (หรืออาจเป็น ... ) ที่ทรงพลัง แต่เรียบง่ายจากมุมมองของโปรแกรมเมอร์แอปพลิเคชัน

แต่เคอร์เนล API ไม่สามารถเป็น C ++ API ได้มันต้องเป็นภาษาที่ไม่เชื่อเรื่องพระเจ้าดังนั้นสิ่งที่ดีที่สุดใน C ++ จะไม่สามารถใช้งานได้โดยตรงที่อินเตอร์เฟสนั้น นอกจากนี้เคอร์เนลไม่ได้ถูกแบ่งออกเป็น "ไลบรารี่" และ "แอปพลิเคชั่น" ที่พัฒนาขึ้นอย่างอิสระโดยมีความพยายามในการใช้งานไลบรารี่อย่างมีเหตุผล

นอกจากนี้ความปลอดภัยและความเสถียรยังมีความสำคัญยิ่งขึ้นในเคอร์เนลและวิธีการเสมือนนั้นมีความยืดหยุ่นมากกว่าและยากที่จะแยกและตรวจสอบได้มากกว่าการโทรกลับธรรมดาหรือกลไก C-like อื่น ๆ

กล่าวโดยย่อในขณะที่คุณสามารถเขียนโปรแกรม C รวมถึงเคอร์เนลเป็น C ++ ได้ แต่พลังของ C ++ ส่วนใหญ่นั้นไม่ได้ใช้ในเคอร์เนล และหลายคนอาจโต้แย้งว่าเครื่องมือการเขียนโปรแกรมควรป้องกันไม่ให้คุณทำสิ่งที่คุณไม่ควรทำ C ++ จะไม่

Bjarne Stroustrup ในการสัมภาษณ์ในเดือนกรกฎาคม 1999 :

ไม่มีภาษาเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงหรือดีกว่าภาษาร่วมสมัยอื่น ๆ อย่างไรก็ตามพวกเขาดีพอและผู้รับผลประโยชน์จากโชคและปัจจัยทางสังคม

C เป็นภาษาระดับต่ำมากโดยการออกแบบ มันอยู่ห่างออกไปหนึ่งก้าวจากแอสเซมเบลอร์ เมื่อรู้ชุดชิปเซ็ตที่คุณกำหนดเป้าหมายคุณสามารถ "รวบรวม" C เป็น ASM ด้วยตนเองได้ ภาษา "ใกล้เคียงกับโลหะ" ชนิดนี้เป็นกุญแจสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพในระดับสูง (สำหรับประสิทธิภาพการทำงานของหน่วยความจำประสิทธิภาพ ฯลฯ ) อย่างไรก็ตามเนื่องจากมันอยู่ใกล้กับโลหะคุณจึงไม่ได้รับประโยชน์อะไรมากมายจากภาษานี้ มันเป็นขั้นตอนภาษาที่ไม่ใช่เชิงวัตถุและดังนั้นการทำงานกับโครงสร้างดังกล่าวเกี่ยวข้องกับรหัสสำเร็จรูปจำนวนมากเพื่อสร้างและใช้โครงสร้างที่มีหลายค่าในหน่วยความจำ

C ++ คือ "C one better", เพิ่มจำนวนคุณสมบัติที่ใช้งานง่ายเช่นการจัดสรรหน่วยความจำแบบไดนามิก, โครงสร้าง marshalling ในตัว, ไลบรารีขนาดใหญ่ของรหัสที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและอื่น ๆ ที่สูญเสียประสิทธิภาพบางอย่าง กว่าสภาพแวดล้อมที่ได้รับการจัดการรันไทม์) สำหรับ coder โดยเฉลี่ยข้อดีนั้นมีมากกว่าข้อเสียในพื้นที่ของ codebase ที่ไม่ต้องการการควบคุมการจัดสรรหน่วยความจำแบบทวารหนั

การรวมกันของทั้งสองเป็นแบบดั้งเดิมที่สวยงาม; คุณใช้ C เพื่อเขียนพื้นที่ที่สำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานที่สำคัญที่สุดของหน่วยความจำของโค้ดเบสซึ่งคุณสามารถทำงานในรูปแบบที่เป็นนามธรรมผ่านการเรียกใช้เมธอดจากรหัส C ++ ซึ่งสามารถจัดระเบียบและออกแบบได้อย่างหรูหรากว่านักปฏิบัติการ uber , รหัส C ที่ได้รับการปรับปรุง uber-oogly

อาจเป็นได้ว่าเมื่อคุณใช้ C ใช้เวลาส่วนใหญ่คิดเกี่ยวกับปัญหาที่เกิดขึ้นและวิธีเขียนรหัสโซลูชัน ใน C ++ คุณคิดเกี่ยวกับ C ++ และคุณสมบัติมากมายฟังก์ชั่นและไวยากรณ์ที่ไม่ชัดเจน

นอกจากนี้ในร้านค้า C ++ หลายแห่งโค้ดของคุณจะถูกตรวจสอบโดย "ตำรวจแฟชั่น" ที่ติดใจกับชุดรูปแบบการออกแบบล่าสุดหรือการออกเสียงที่ไม่อาจเข้าใจได้ของเทพเจ้า Stroustrup ที่ยิ่งใหญ่ รหัสสวยจะกลายเป็นมูลค่ามากกว่ารหัสทำงานการค้นหาการใช้งานเทมเพลต Boost ล่าสุดได้รับการชื่นชมมากกว่าการหาโซลูชันที่ใช้งานได้สำหรับธุรกิจ

ประสบการณ์ของฉันคือสำหรับคุณสมบัติที่ชาญฉลาดและความบริสุทธิ์ของ OO ของ C ++ การเขียนโค้ดใน C ธรรมดาทำให้งานเสร็จเร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

เป็นไปได้ว่าชิ้นส่วน C นั้นไม่สามารถพกพาไปยังคอมไพเลอร์ C ++ ที่ใช้สำหรับชิ้นส่วน C ++ ได้อย่างดี บางทีรหัส C อาจเป็นเรื่องยุ่งยากกับคอมไพเลอร์ C ในรูปแบบที่แตกหักกับคอมไพเลอร์ C ++

หากคุณมีคอมไพเลอร์ C ++ ที่มีคุณภาพแทบไม่มีเหตุผลที่จะผสม C และ C ++ ในโครงการ เกือบจะ

เหตุผลหนึ่งอาจเป็นเพราะโครงการของคุณใช้รหัส C ร่วมกับโครงการอื่น ๆ รหัสไม่ได้คอมไพล์เป็น C ++ และคุณไม่ต้องการเก็บ C ++ ทางแยกของรหัสนั้น

ฉันคิดว่าคุณมีมันย้อนหลัง - extern "C"บล็อกทำให้มั่นใจได้ว่าการประชุมการโทร C จะใช้สำหรับฟังก์ชั่นทั้งหมดภายในบล็อก ดังนั้นคุณสามารถเรียกฟังก์ชั่น Pure C จาก C ++ ไม่ใช่ฟังก์ชั่น C ++ จาก C ไม่ว่าฉันจะคิดว่าเหตุผลที่คนใช้ทั้ง C และ C ++ นั้นเป็นเพราะมีไลบรารี่ระดับต่ำจำนวนมากเขียนโดยใช้ C และมันง่ายกว่า มีอยู่แล้ว (และมีการดีบั๊กและปรับให้เหมาะสม) กว่าการเขียนของคุณเอง OTOH, C ++ นำเสนอฟีเจอร์ระดับสูงมากมายที่ผู้คนมักจะใช้งานด้วยดังนั้นพวกเขาจึงใช้สิ่งนั้นตลอดเวลา

มีแพลตฟอร์มฝังตัวหลายระดับโดยใช้ C เป็นภาษาการเขียนโปรแกรม (แน่นอนว่าคุณมีอิสระในการใช้ภาษาแอสเซมบลีได้ตลอดเวลา)

สำหรับ 'ระดับ' ฉันกำลังพูดถึงระดับ SRAM ภายในและระดับทรัพยากร ROM ของระบบ

บางครั้งแพลตฟอร์มเหล่านี้มีข้อ จำกัด ด้านทรัพยากร (เช่น 8051 แพลตฟอร์มบางรุ่นมี 128 ไบต์ของ User SRAM เท่านั้น)

มันไม่มีความหมายเลยที่จะรองรับการจัดสรรหน่วยความจำแบบไดนามิกที่มีจำนวนเล็กน้อยสำหรับ RAM (ใหม่ / ลบ) หรือแม้กระทั่ง malloc ใน C

หนึ่งในการปรับปรุงหลักจาก C ถึง C ++ คือกระบวนทัศน์เชิงวัตถุ C ++ เหมาะสำหรับซอฟต์แวร์ที่มีหน่วยความจำขนาดใหญ่กว่า

แต่ไม่ใช่ในเฟิร์มแวร์ในตัวที่มีขนาด จำกัด สูงสุดถึง 32KB (เช่นใน plaform MCU แบบ 16 บิต)

ไม่จำเป็นต้องมีคอมไพเลอร์ C ++ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะซับซ้อนกว่าคอมไพเลอร์ C (อย่างน้อยผู้ให้บริการ SDK จะไม่สนใจสิ่งนี้)

ในความเป็นจริงฉันแทบจะไม่สามารถหาคอมไพเลอร์ C ++ บนแพลตฟอร์ม ARM7 แบบ 32 บิต

มันก็ไม่คุ้มกับความซับซ้อน

ในบาง 8051 (8 บิต): ROM 1MB, RAM 128B

TI MSP430 (16 บิต): 32KB ROM, 4KB RAM

ST Microelectronics ARM คอร์เท็กซ์™แบบ 32 บิต -M3 ซีพียูคอร์ (STM32F103T4): 16 หรือ 32 Kbytes ของหน่วยความจำแฟลช 6 หรือ 10 Kbytes ของ SRAM

ฉันเห็นสาเหตุที่เป็นไปได้สองประการ:

• C มีประสิทธิภาพมากกว่านิดหน่อยถ้าเทียบกับ C ++ ที่เทียบเท่า
• บางไลบรารีที่ใช้จะเขียนด้วย C
• พวกเขาใช้บางส่วนของเคอร์เนล Linux ซึ่งเขียนเป็น C

แก้ไข: ตามที่ปรากฏออกอาร์กิวเมนต์ที่สามไม่เป็นความจริง (ดูความคิดเห็น)

เนื่องจาก C เป็นภาษาที่ดีกว่า C ++ และเนื่องจากบางส่วนของรหัสถูกเขียนขึ้นก่อนที่ C ++ จะได้รับความนิยมและผู้คนไม่มีเหตุผลที่จะแทนที่

และเนื่องจาก C ++ มีคุณสมบัติมากมายที่สามารถทำลายรหัสของคุณหากคุณไม่ระวังเมื่อใช้มันในเคอร์เนล