सी भाषा के आगमन के बाद से पिछले एक दशक में, कई दिलचस्प प्रोग्रामिंग भाषाएं बनाई गई हैं। उनमें से कुछ अभी भी उपयोग किए जाते हैं, दूसरों ने अगली पीढ़ी की भाषाओं को प्रभावित किया है, तीसरे की लोकप्रियता चुपचाप फीकी पड़ गई है। इस बीच, पुरातन, विवादास्पद, आदिम, सभी भाषाओं की अपनी पीढ़ी सी की भाषा (सी और उसके उत्तराधिकारी) की सबसे खराब परंपराओं में बनी है।

आलोचना सी हमारे उद्योग के लिए एक उत्कृष्ट ऐतिहासिक शैली है। यह जोर से लगता है, फिर शांत, लेकिन हाल ही में यह सचमुच आश्चर्यजनक हो गया है। कुछ समय पहले हमारे ब्लॉग पर प्रकाशित एक उदाहरण डेविड सिसवेल के लेख "सी इज नॉट ए लो लेवल लैंग्वेज" का अनुवाद है। आप सी के बारे में अलग-अलग बातें कह सकते हैं, भाषा के डिजाइन में वास्तव में बहुत सारी अप्रिय गलतियां हैं, लेकिन "निम्न स्तर" में सी को मना करने के लिए बहुत ज्यादा है!

इस तरह के अन्याय को बर्दाश्त नहीं करने के लिए, मैंने साहस किया और यह तय करने की कोशिश की कि निम्न स्तर की प्रोग्रामिंग भाषा क्या थी और वे इससे क्या प्रथाएं चाहते थे, जिसके बाद मैं आलोचकों के तर्कों पर चला गया। सी। इस तरह से यह लेख निकला।

सामग्री

• आलोचना तर्क सी
• निम्न स्तर की प्रोग्रामिंग भाषा
• यह पीडीपी -11 के बारे में ही नहीं है
• संकलक और निम्न स्तर की भाषा का अनुकूलन
• मानक एक अच्छा के रूप में
• वैकल्पिक आर्किटेक्चर - विशेष कंप्यूटिंग
• सी जिएगी

आलोचना तर्क सी

डेविड सीज़नेल के एक लेख में सूचीबद्ध सी सहित आलोचकों की दलीलें कुछ इस प्रकार हैं:

1. अमूर्त सी भाषा मशीन पुराने पीडीपी -11 वास्तुकला के समान है, जो लोकप्रिय आधुनिक प्रोसेसर के उपकरण के अनुरूप लंबे समय से बंद है।
2. एक अमूर्त मशीन और वास्तविक मशीनों के उपकरण के बीच बेमेल भाषा संकलक के विकास को जटिल बनाता है।
3. भाषा मानक की अपूर्णता और जटिलता मानक कार्यान्वयन में विसंगतियों की ओर ले जाती है।
4. सी जैसी भाषाओं का प्रभुत्व वैकल्पिक प्रोसेसर आर्किटेक्चर की खोज करने की अनुमति नहीं देता है।

आइए पहले निम्न-स्तरीय भाषा के लिए आवश्यकताओं को निर्धारित करें, उसके बाद हम दिए गए तर्कों पर लौटते हैं।

निम्न स्तर की प्रोग्रामिंग भाषा

निम्न स्तर की भाषा की कोई सार्वभौमिक रूप से स्वीकृत परिभाषा नहीं है। लेकिन विवादास्पद मुद्दों पर चर्चा करने से पहले, विवाद के विषय के लिए कम से कम कुछ प्रारंभिक आवश्यकताएं रखना वांछनीय है।

कोई यह तर्क नहीं देगा कि विधानसभा की भाषा सबसे निचले स्तर पर है। लेकिन प्रत्येक मंच पर यह अद्वितीय है, इसलिए ऐसी भाषा में कोड पोर्टेबल नहीं हो सकते। यहां तक ​​कि एक पिछड़े संगत मंच पर, आपको कुछ नए निर्देशों का उपयोग करने की आवश्यकता हो सकती है।

निम्न स्तर की भाषा के लिए पहली आवश्यकता निम्नानुसार है: इसे लोकप्रिय प्लेटफार्मों के लिए सामान्य सुविधाओं को बनाए रखना चाहिए। सीधे शब्दों में कहें तो कंपाइलर पोर्टेबल होना चाहिए। संकलक की पोर्टेबिलिटी नए प्लेटफार्मों के लिए भाषा संकलक के विकास को सरल बनाती है, और संकलक द्वारा समर्थित प्लेटफार्मों की विविधता प्रत्येक नई मशीन के लिए आवेदन कार्यक्रमों को फिर से लिखने की आवश्यकता को समाप्त करती है।

पहली आवश्यकता विशेष कार्यक्रमों के डेवलपर्स की इच्छाओं के साथ संघर्ष करती है: प्रोग्रामिंग भाषाएं, ड्राइवर, ऑपरेटिंग सिस्टम और उच्च-प्रदर्शन डेटाबेस। इन कार्यक्रमों को लिखने वाले प्रोग्रामर मैन्युअल रूप से अनुकूलन करना चाहते हैं, स्मृति के साथ सीधे काम करते हैं, और इसी तरह। एक शब्द में, एक निम्न-स्तरीय भाषा को मंच के कार्यान्वयन के विवरण के साथ काम करने की अनुमति देनी चाहिए ।

इन दो आवश्यकताओं के बीच संतुलन खोजना - प्लेटफार्मों के लिए सामान्य पहलुओं की पहचान करना और यथासंभव अधिक विवरण तक पहुंचना - निम्न-स्तरीय भाषा के विकास की कठिनाई का एक मूल कारण है।

ध्यान दें कि उच्च स्तरीय अमूर्त ऐसी भाषा के लिए बहुत महत्वपूर्ण नहीं हैं - इसके लिए मंच, संकलक और डेवलपर के बीच अनुबंध के रूप में सेवा करना अधिक महत्वपूर्ण है। और अगर कोई अनुबंध है, तो विशेष कार्यान्वयन मानक से स्वतंत्र भाषा की आवश्यकता है।

हमारी पहली आवश्यकता - प्लेटफ़ॉर्म को लक्षित करने के लिए आम है - एक सार भाषा मशीन में व्यक्त की गई है, इसलिए हम सी के साथ चर्चा शुरू करेंगे।

यह पीडीपी -11 के बारे में ही नहीं है

जिस प्लेटफ़ॉर्म में C भाषा दिखाई देती है वह PDP-11 है। यह पारंपरिक वॉन न्यूमैन वास्तुकला पर आधारित है, जिसमें केंद्रीय प्रोसेसर द्वारा क्रमिक रूप से कार्यक्रमों को निष्पादित किया जाता है, और मेमोरी एक फ्लैट टेप है, जहां डेटा और प्रोग्राम दोनों संग्रहीत होते हैं। इस तरह की वास्तुकला को हार्डवेयर में आसानी से लागू किया जाता है, और समय के साथ, सभी सामान्य प्रयोजन के कंप्यूटर इसका उपयोग करने लगे।

वॉन न्यूमैन की वास्तुकला में आधुनिक सुधार इसके मुख्य अड़चन को खत्म करने के उद्देश्य से हैं - प्रोसेसर और मेमोरी (अंग्रेजी वॉन न्यूमन टोंटी ) के बीच डेटा के आदान-प्रदान में देरी। मेमोरी और सीपीयू प्रदर्शन में अंतर के कारण प्रोसेसर (सिंगल-लेवल और बाद में मल्टी-लेवल) के कैशिंग सिस्टम की उपस्थिति हुई।

लेकिन इन दिनों भी कैश पर्याप्त नहीं हैं। आधुनिक प्रोसेसर सुपरसेलकर बन गए हैं। विलंब जब निर्देश स्मृति से डेटा प्राप्त करते हैं, तो आंशिक रूप से निर्देशों के असाधारण निष्पादन ( अनुदेश-स्तरीय समानता ) द्वारा मुआवजा दिया जाता है, शाखा भविष्यवक्ता के साथ मिलकर।

अनुक्रमिक अमूर्त मशीन सी (और कई अन्य भाषाएं) पीडीपी -11 के विशेष रूप से काम का अनुकरण नहीं करती हैं, लेकिन वॉन न्यूमैन वास्तुकला के सिद्धांत के अनुसार व्यवस्थित किए गए किसी भी कंप्यूटर पर। इसमें एक कोर के साथ प्रोसेसर के आसपास निर्मित आर्किटेक्चर शामिल हैं: डेस्कटॉप और सर्वर x86, मोबाइल एआरएम, सूर्य / ओरेकल स्पार्क और आईबीएम पावर के दृश्य से आता है।

समय के साथ, कई प्रसंस्करण कोर एक प्रोसेसर में एकीकृत होने लगे, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक कोर के कैश के तालमेल को बनाए रखने के लिए आवश्यक हो गया और आवश्यक आंतरिक संपर्क प्रोटोकॉल। इस प्रकार वॉन न्यूमैन वास्तुकला को कई कोर तक बढ़ाया गया।

अमूर्त मशीन सी का मूल संस्करण अनुक्रमिक था, जो मेमोरी के माध्यम से इंटरैक्ट करने वाले प्रोग्राम एक्जीक्यूशन थ्रेड्स की उपस्थिति को प्रतिबिंबित नहीं करता था। मानक में मेमोरी मॉडल की उपस्थिति ने सार मशीन की क्षमताओं को समानांतर में विस्तारित किया।

इस प्रकार, सार है कि अमूर्त सी मशीन लंबे समय से आधुनिक प्रोसेसर की संरचना के साथ असंगत है, इतनी विशिष्ट भाषा की चिंता नहीं करती है, लेकिन कंप्यूटर जो समानांतर निष्पादन सहित वॉन न्यूमैन वास्तुकला का उपयोग करते हैं।

लेकिन एक प्रैक्टिशनर के रूप में, मैं निम्नलिखित नोट करना चाहता हूं: हम मान सकते हैं कि फोनेनीम दृष्टिकोण पुराना है, हम यह मान सकते हैं कि यह प्रासंगिक है, लेकिन यह इस तथ्य को रद्द नहीं करता है कि आज के लोकप्रिय सामान्य-उद्देश्य आर्किटेक्चर पारंपरिक दृष्टिकोणों के डेरिवेटिव का उपयोग करते हैं।

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के अमूर्त और पोर्टेबल अवतार - अमूर्त सी मशीन - को सभी प्रमुख प्लेटफार्मों पर आसानी से लागू किया जाता है और इसलिए यह एक पोर्टेबल असेंबलर के रूप में अपनी लोकप्रियता का हकदार है।

संकलक और निम्न स्तर की भाषा का अनुकूलन

निम्न-स्तरीय भाषा के लिए हमारी दूसरी आवश्यकता प्रत्येक लोकप्रिय प्लेटफ़ॉर्म के निम्न-स्तरीय कार्यान्वयन विवरण तक पहुँच है। सी के मामले में, यह बाइट्स के एक सरणी के रूप में मेमोरी और ऑब्जेक्ट्स के साथ सीधा काम है, बाइट पते और उन्नत पॉइंटर अंकगणित के साथ सीधे काम करने की क्षमता।

सी आलोचकों का कहना है कि भाषा का मानक बहुत अधिक गारंटी देता है, उदाहरण के लिए, संरचनाओं और संघों में व्यक्तिगत क्षेत्रों का स्थान। बिंदुओं और छोरों के आदिम तंत्र के साथ मिलकर यह ऑप्टिमाइज़र के काम को जटिल बनाता है।

वास्तव में, एक अधिक घोषणात्मक दृष्टिकोण संकलक को स्मृति में डेटा संरेखण की समस्याओं या संरचनाओं में फ़ील्ड के इष्टतम क्रम को हल करने की अनुमति देगा; और उच्च-स्तरीय चक्र आपको वे स्वतंत्रता देते हैं जिनकी आपको आवश्यकता होती है।

इस मामले में सी डेवलपर्स की स्थिति निम्नानुसार है: निम्न स्तर की भाषा को प्रोग्रामर के लिए पर्याप्त स्तर पर काम करने की अनुमति देनी चाहिए ताकि स्वतंत्र रूप से अनुकूलन समस्याओं को हल किया जा सके। सी के भीतर, एक संकलक के रूप में काम करना संभव है, चुनना, उदाहरण के लिए, SIMD निर्देश और डेटा को स्मृति में सही ढंग से रखना।

दूसरे शब्दों में, प्रत्येक स्तर के कार्यान्वयन के विवरण तक पहुंच की हमारी आवश्यकता निम्न स्तर के औजारों की उपस्थिति के कारण संकलनकर्ताओं के अनुकूलन की इच्छा के साथ संघर्ष में आती है।

दिलचस्प बात यह है कि "C एक निम्न-स्तरीय भाषा नहीं है" नामक लेख में चिज़नेल ने दावा किया है कि C बहुत निम्न-स्तर है, जो इसमें उच्च-स्तरीय उपकरणों की अनुपस्थिति को दर्शाता है। लेकिन चिकित्सकों को बिल्कुल निम्न-स्तरीय उपकरणों की आवश्यकता होती है, अन्यथा ऑपरेटिंग सिस्टम और अन्य निम्न-स्तरीय कार्यक्रमों को विकसित करने के लिए भाषा का उपयोग नहीं किया जा सकता है, अर्थात यह हमारी आवश्यकताओं के दूसरे को संतुष्ट नहीं करेगा।

C, जैसे अनुकूलन समस्याओं के वर्णन से विचलित करते हुए, मैं यह नोट करना चाहता हूं कि फिलहाल जीसीसी या क्लैंग की तुलना में उच्च-स्तरीय भाषाओं (उसी C # और Java) के संकलक के अनुकूलन में कोई कम प्रयास नहीं किया गया है। कार्यात्मक भाषाओं में भी पर्याप्त प्रभावी संकलक होते हैं: MLTon, OCaml, और अन्य। लेकिन एक ही OCaml के डेवलपर्स अभी भी सी कोड की आधी गति से सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन कर सकते हैं ...

मानक एक अच्छा के रूप में

अपने लेख में, चिज़नेल ने 2015 में किए गए सर्वेक्षण के परिणामों का हवाला दिया: कई प्रोग्रामर ने सी मानकों को समझने की समस्याओं को हल करने में गलतियां कीं।

मुझे लगता है कि पाठकों में से एक सी मानक के साथ काम कर रहा था। मेरे पास C99 का एक कागज़ का संस्करण है, जिसमें 900 पृष्ठों का विज्ञापन है। यह एक लेकोनिक स्कीम विनिर्देश नहीं है जिसमें 100 से कम पृष्ठों की मात्रा है और 300 का एक मानक मानक एमएल नहीं है। किसी को भी सी मानक नहीं मिलता है: न तो कंपाइलर डेवलपर्स, न ही दस्तावेज़ डेवलपर्स, और न ही प्रोग्रामर।

लेकिन हमें यह समझना चाहिए कि सी मानक को इस तथ्य के बाद विकसित किया गया था, कई "लगभग बमुश्किल स्थानों" की संगत बोलियों की उपस्थिति के बाद। एएनएसआई सी के लेखकों ने मौजूदा कार्यान्वयन को संक्षेप में प्रस्तुत करने और भाषा डिजाइन में अपरंपरागतता के अनगिनत "बैसाखी" को कवर करने का काम किया है।

यह अजीब लग सकता है कि किसी ने इस तरह के दस्तावेज़ को लागू करने का उपक्रम किया। लेकिन कई कंपाइलरों द्वारा सी को लागू किया गया है। मैं 80 के दशक के उत्तरार्ध के UNIX दुनिया के चिड़ियाघर के बारे में दूसरों की कहानियों को फिर से नहीं लिखूंगा, खासकर उस समय से जब तक मैं खुद इसे बहुत आत्मविश्वास से और केवल पांच तक नहीं मानता। लेकिन, जाहिर है, उद्योग में सभी को वास्तव में एक मानक की आवश्यकता थी।

महान बात यह है कि यह मौजूद है और इसे कम से कम तीन बड़े संकलक और कई छोटे संकलक द्वारा कार्यान्वित किया जाता है, जो एक साथ सैकड़ों प्लेटफार्मों का समर्थन करते हैं। प्रतिस्पर्धी भाषाओं में से कोई भी C, निम्न-स्तरीय भाषाओं के राजा के मुकुट का दावा करने वाली, ऐसी विविधता और बहुमुखी प्रतिभा का दावा नहीं कर सकता है।

दरअसल, वर्तमान सी मानक इतना बुरा नहीं है। अधिक या कम अनुभवी प्रोग्रामर समय की उचित मात्रा में एक गैर-अनुकूलन सी कंपाइलर विकसित करने में सक्षम है, जो कि कई अर्ध-शौकिया कार्यान्वयन (एक ही टीसीसी, एलसीसी और 8 सीसी) के अस्तित्व की पुष्टि करता है।

आम तौर पर स्वीकृत मानक होने का अर्थ है कि C निम्न-स्तरीय भाषा के लिए हमारी आवश्यकताओं में से अंतिम को संतुष्ट करता है: यह भाषा एक विशिष्ट कार्यान्वयन पर नहीं, बल्कि विनिर्देशन पर बनी है।

वैकल्पिक आर्किटेक्चर - विशेष कंप्यूटिंग

लेकिन लाइफवेल एक और तर्क का हवाला देते हुए, आधुनिक सामान्य-प्रयोजन प्रोसेसर के उपकरण पर लौट रहा है जो वॉन न्यूमैन वास्तुकला विकल्पों को लागू करता है। उनका दावा है कि यह केंद्रीय प्रोसेसर के सिद्धांतों को बदलने के लिए समझ में आता है। एक बार फिर, यह आलोचना सी के लिए विशिष्ट नहीं है, लेकिन अनिवार्य प्रोग्रामिंग के सबसे बुनियादी मॉडल के लिए है।

वास्तव में, कार्यक्रमों के अनुक्रमिक निष्पादन के साथ पारंपरिक दृष्टिकोण के कई विकल्प हैं: GPU शैली में SIMD मॉडल, एक अमूर्त Erlang मशीन की शैली में मॉडल, और अन्य। लेकिन इनमें से प्रत्येक दृष्टिकोण को केंद्रीय प्रोसेसर में उपयोग करने पर सीमित प्रयोज्यता है।

उदाहरण के लिए, GPU, उदाहरण के लिए, गेम्स और मशीन लर्निंग में मैट्रिसेस को गुणा करता है, लेकिन वे रे ट्रेसिंग के लिए उपयोग करना मुश्किल होता है। दूसरे शब्दों में, यह मॉडल विशिष्ट त्वरक के लिए उपयुक्त है, लेकिन सामान्य प्रयोजन के प्रोसेसर के लिए काम नहीं करता है।

Erlang एक क्लस्टर में बहुत अच्छा काम करता है, लेकिन एक कुशल त्वरित प्रकार या उस पर तेज़ हैश तालिका करना मुश्किल है। स्वतंत्र अभिनेताओं के मॉडल का उपयोग उच्च स्तर पर, एक बड़े क्लस्टर में किया जाता है, जहां प्रत्येक नोड अभी भी पारंपरिक प्रोसेसर के साथ उच्च प्रदर्शन वाली मशीन है।

इस बीच, आधुनिक x86- संगत प्रोसेसर लंबे समय से उद्देश्य और परिचालन सिद्धांतों में GPU के समान वेक्टर निर्देशों का एक सेट शामिल करते हैं, लेकिन वॉन न्यूमैन शैली में सामान्य प्रोसेसर सर्किट को समग्र रूप से संरक्षित करते हैं। मुझे इसमें कोई संदेह नहीं है कि कंप्यूटिंग के किसी भी सामान्य दृष्टिकोण को लोकप्रिय प्रोसेसर में शामिल किया जाएगा।

इस तरह की एक आधिकारिक राय है: भविष्य विशेष प्रोग्राम त्वरक में निहित है। लोहे के ऐसे असाधारण टुकड़ों के तहत, यह वास्तव में विशेष शब्दार्थ के साथ भाषाओं को विकसित करने के लिए समझ में आता है। लेकिन एक सामान्य-उद्देश्य वाला कंप्यूटर बहुत पीडीपी -11 के समान था, जिसके लिए सी-जैसी अनिवार्य भाषाएं इतनी अच्छी तरह से अनुकूल हैं।

सी जिएगी

चिज़नेल के लेख में एक मौलिक विरोधाभास है। वह लिखते हैं कि सी कार्यक्रमों की गति सुनिश्चित करने के लिए, प्रोसेसर अमूर्त सी मशीन (और लंबे समय से भूल गए पीडीपी -11) की नकल करते हैं, जिसके बाद यह ऐसी मशीन की सीमाओं को इंगित करता है। लेकिन मुझे समझ में नहीं आता कि इसका मतलब यह है कि "सी एक निम्न-स्तरीय भाषा नहीं है।"

सामान्य तौर पर, यह एक भाषा के रूप में सी की खामियों के बारे में नहीं है, बल्कि आम वॉन न्यूमैन-शैली के आर्किटेक्चर और उनसे मिलने वाले प्रोग्रामिंग मॉडल की आलोचना के बारे में है। लेकिन अभी तक ऐसा नहीं लगता है कि उद्योग परिचित वास्तुकला (कम से कम सामान्य प्रयोजन के प्रोसेसर में नहीं) को छोड़ने के लिए तैयार है।

GPU और TPU जैसे कई विशिष्ट प्रोसेसर की उपलब्धता के बावजूद, वॉन न्यूमैन वास्तुकला वर्तमान में नियंत्रण में है और उद्योग को एक ऐसी भाषा की आवश्यकता है जो इसे सबसे लोकप्रिय वास्तुकला के ढांचे के भीतर सबसे कम संभव स्तर पर संचालित करने की अनुमति देती है। दर्जनों प्लेटफार्मों और मानकीकृत प्रोग्रामिंग भाषा के लिए रखी गई एक काफी सरल सी (और इसके तत्काल परिवार) है।

उन सभी के लिए, C में पर्याप्त कमियां हैं: कार्यों का एक पुरातन पुस्तकालय, एक जटिल और असंगत मानक और सकल डिजाइन त्रुटियां। लेकिन, जाहिर है, भाषा के रचनाकारों ने अभी भी कुछ सही किया है।

एक तरह से या किसी अन्य, हमें अभी भी एक निम्न-स्तरीय भाषा की आवश्यकता है, और यह विशेष रूप से लोकप्रिय फोनेइमान कंप्यूटरों के लिए बनाया गया था। और सी को तारीख से बाहर होने दें, लेकिन जाहिर है, इसके लिए किसी भी उत्तराधिकारी को अभी भी उसी सिद्धांतों पर निर्माण करना होगा।