Google 的 C++ 实验性继任者 Carbon 是否值得学习

自其诞生以来，C++ 一直是构建性能密集型应用程序的首选。但由于“委员会式设计 design by committee”，该语言仍有一些过时的做法。

2022年7月19日，在多伦多举行的 CPP North C++ 会议上，Google 工程师 Chandler Carruth 介绍了 Carbon。

我们再来了解什么是 Carbon 以及它打算如何取代 C++。

相关：要成为 C++ 的继任者？Google 开源新编程语言 Carbon  https://www.linuxmi.com/google-carbon-c.html

什么是 Carbon？

Google 工程师开发了 Carbon 编程语言来解决 C++ 的缺点。

许多现有的语言，如 Golang 和 Rust 已经存在，它们反映了 C++ 的性能而没有缺点。不幸的是，这些语言对现有 C++ 代码库的迁移构成了重大障碍。

Carbon 的目标就像 TypeScript 之于 JavaScript, Kotlin 之于 Java。它不是一种替代语言，而是一种围绕与 C++ 的互操作性而设计的继承性语言。它的目标是对现有代码库和开发人员进行大规模的采用和迁移。

Carbon 的主要特征

Carbon 的一些关键特性包括 C++ 互操作性、现代泛型和内存安全。

与 C++ 的互操作性

Carbon 旨在为 C++ 开发人员提供一个温和的学习曲线，并提供一套标准、一致的语言结构。

例如，以这个 C++ 代码为例：

// C++:
#include <math.h>
#include <iostream>
#include <span>
#include <vector>
 
struct Circle {
  float r;
};
 
void PrintTotalArea(std::span<Circle> circles) {
  float area = 0;
 
  for (const Circle& c : circles) {
    area += M_PI * c.r * c.r;
  }
 
  std::cout << "Total area: " << area << endl;
}
 
auto main(int argc, char** argv) ->; int {
  std::vector<Circle> circles = {{1.0}, {2.0}};
 
  // Implicitly constructs `span` from `vector`.
  PrintTotalArea(circles);
  return 0;
}

转化为 Carbon，它变成：

// Carbon:
package Geometry api;
import Math;
 
class Circle {
  var r: f32;
}
 
fn PrintTotalArea(circles: Slice(Circle)) {
  var area: f32 = 0;
 
  for (c: Circle in circles) {
    area += Math.Pi * c.r * c.r;
  }
 
  Print("Total area: {0}", area);
}
 
fn Main() ->; i32 {
  // A dynamically sized array, like `std::vector`.
  var circles: Array(Circle) = ({.r = 1.0}, {.r = 2.0});
 
  // Implicitly constructs `Slice` from `Array`.
  PrintTotalArea(circles);
  return 0;
}

您还可以在应用程序中将单个 C++ 库迁移到 Carbon，或在现有 C++ 代码之上添加新的 Carbon 代码。例如：

// C++ code used in both Carbon and C++:
struct Circle {
  float r;
};
 
// Carbon exposing a function for C++:
package Geometry api;
import Cpp library "circle.h";
import Math;
 
fn PrintTotalArea(circles: Slice(Cpp.Circle)) {
  var area: f32 = 0;
 
  for (c: Cpp.Circle in circles) {
    area += Math.Pi * c.r * c.r;
  }
 
  Print("Total area: {0}", area);
}
 
// C++ calling Carbon:
#include <vector>
#include "circle.h"
#include "geometry.carbon.h"
 
auto main(int argc, char** argv) ->; int {
  std::vector<Circle> circles = {{1.0}, {2.0}};
 
  // Carbon's `Slice` supports implicit construction from `std::vector`,
  // similar to `std::span`.
  Geometry::PrintTotalArea(circles);
  return 0;
}

现代泛型系统

Carbon 提供了一个带有检查定义的现代泛型系统。但它仍然支持可选模板以实现无缝 C++ 互操作性。

这个泛型系统为 C++ 模板提供了很多优势：

• 通用定义的类型检查。这避免了为每个实例重新检查定义的编译时成本。
• 强大、经过检查的接口。这些减少了对实现细节的意外依赖，并创建了更明确的合同。

内存安全

Carbon 试图通过以下方式解决内存安全问题，这是困扰 C++ 的一个关键问题：

• 更好地跟踪未初始化的状态，增加初始化的执行，并加强初始化错误。
• 设计基本 API 和习惯用法以支持调试和强化构建中的动态边界检查。
• 具有比 C++ 现有构建模式更全面的默认调试构建模式。

开始使用 Carbon

您现在可以通过查看代码库并使用 Carbon explorer 来探索 Carbon：

# 使用 Homebrew 安装 bazelisk
$ brew install bazelisk
 
# 使用 Homebrew 安装 Clang/LLVM
# 许多Clang/LLVM版本并没有使用我们所依赖的选项构建。
$ brew install llvm
$ export PATH="$(brew --prefix llvm)/bin:${PATH}"
 
# 下载 Carbon 代码
$ git clone https://github.com/carbon-language/carbon-lang
$ cd carbon-lang

# 构建并运行explorer。
$ bazel run //explorer -- ./explorer/testdata/print/format_only.carbon

Carbon 路线图

根据 Carbon 路线图，Google 将在 2022 年底之前发布核心工作版本（0.1）来公开实验。他们计划在 2023 年发布 0.2 版本，并在 2024-2025 年发布完整的 1.0 版本。

Carbon 是否能够复制 Golang 和 Kotlin 等其他语言的成功，还有待观察。

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