C 語言發展史的點點滴滴

作者 | 李彥鋒，騰訊 IEG 運營開發工程師

本文授權轉載自騰訊技術工程

一直想寫一篇關於C語言的文章，裡面包含C語言的發展史、創始人等相關事跡。但是卻遲遲未寫，主要原因是因為：在我看來，這個語言太過於偉大、耀眼。作為一個僅僅使用過C語言的普通開發來說，完全沒資格去寫。但是，最近在看過一篇丹尼斯.裡奇寫的《C語言發展史》之後，堅定了我寫這篇文章的決心。不是歌功頌德，僅僅是以一種客觀的視角去欣賞。

C語言發展史

任何一種新事物的出現都不是來自於偶然，而是時代所驅使的必然結果。

1.1 C語言有多偉大

如果你問我：C語言有多偉大。那麼，我可能會想一下，說：多偉大我不知道，但是我知道很偉大。

這裡，我想說一句可能有點片面的話，就是：如今這世界上，凡是帶電的地方，可能都會有她(C語言)或者她的子孫的影子。

任何比C語言更低級的語言，都不足以完整地抽象一個計算機系統；任何比C高級的語言，都可以用C來實現。

1.2 C語言之父

Ritchie 貝爾實驗室的個人主頁地址 https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/index.html

丹尼斯·麥卡利斯泰爾·裡奇（英語：Dennis MacAlistair Ritchie，1941年9月9日－2011年10月12日），美國計算機科學家。黑客圈子通常稱他為「dmr」。他是C語言的創造者、Unix作業系統的關鍵開發者，對計算機領域產生了深遠影響，並與肯·湯普遜同為1983年圖靈獎得主。

丹尼斯.裡奇 生平時間線

麻省理工大學計算機系的馬丁教授評價說："如果說，賈伯斯是可視化產品中的國王，那麼裡奇就是不可見王國中的君主。賈伯斯的貢獻在於，他如此了解用戶的需求和渴求，以至於創造出了讓當代人樂不思蜀的科技產品。然而，卻是裡奇先生為這些產品提供了最核心的部件，人們看不到這些部件，卻每天都在使用著。"克尼漢評價道：牛頓說他是站在巨人的肩膀上，如今，我們都站在裡奇的肩膀上。

1.3 C語言的先輩

為了簡潔起見，我(Dennis M.Ritchie)省略了對C本身，其父級B [Johnson 73]和其祖父母BCPL [Richards 79]的完整描述，而只關注每種語言的特徵元素以及它們如何演變。

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

這段文字出自C語言之父丹尼斯.M.裡奇所寫的一篇關於《C語言發展史》的文章，文中明確指出C語言源自於B、BCPL兩種語言。可以把C語言看做是站在巨人的肩上，順應時代潮流的後浪。

1.3.1 BCPL語言之父

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

馬丁·理察德（英語：Martin Richards，1940年7月21日－），生於英國，計算機科學家，為BCPL程式語言的發明者，發展了TRIPOS作業系統。

1966年，馬丁·理察德在劍橋大學，以CPL程式語言為基礎，發明了BCPL程式語言。

1.3.2 B語言之父

Kenneth Lane Thompson

肯尼斯·藍·湯普遜（英語：Kenneth Lane Thompson，1943年2月4日－）小名肯·湯普遜（英語：Ken Thompson），美國計算機科學學者和工程師。黑客文化圈子通常稱他為「ken」。在貝爾實驗室工作期間，湯普遜設計和實現了Unix作業系統。他創造了B語言(基於BCPL) — C語言的前身，而且他是Plan 9作業系統的創造者和開發者之一。與丹尼斯·裡奇同為1983年圖靈獎得主。

2006年，湯普遜進入Google公司工作，與他人共同設計了Go語言。

1.3.3 一組Ken與Dennis的照片

日益精進

站在巨人的肩上

坐著的是Ken 站著的是Dennis

與優秀之人為伍

不畏得失，做有趣的事

左Ken 右Dennis | 右上角：Unix標識牌

言傳身教

感謝丹尼斯.裡奇留給了這世界一本「C語言聖經」

可惜的是，當年筆者大學學的是譚浩強譚老師的C語言

Dennis與《The C Programming Language》

互相成就

終成正果

你做了什麼，最終會被世人看到

1999年獲得美國國家技術獎 [左一：Ken | 左二：Dennis | 右一：柯林頓]

從這些老照片中，我隱隱約約看到了幾行小字，寫著：

1.與優秀之人為伍

2.互相成就

試想，有多麼重要？

1.4 C語言時間線

Computer Languages History https://www.levenez.com/lang/

從圖中時間線，可以明顯的看出C語言的起源以及時間節點。

有時候不得不說時勢造英雄，在1969~1971年之間著名的作業系統Unix從肯.湯普遜手中誕生，作為一種大型的系統性軟體來說，極其需要一種可靠的高級語言的出現(當時的低級語言指的是彙編，因為之前的作業系統是用彙編寫的)。這個時候的丹尼斯.裡奇也沒閒著，在對B語言改良之後，就誕生了帶有類型的C語言(據裡奇自己說，有一段時間稱這種改良的語言為NB。即：new B。不過，在我們這些吃瓜群眾眼中看來也確實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時間線

Unix的誕生與C語言被廣泛的傳播、使用，有著密切的聯繫。

上圖時間線只顯示前幾個與C語言在相同時間段內誕生的Unix版本(當然，感興趣的話，可以查詢Unix相關發展史，絕對會讓你大吃一驚。其中最著名的幾個分支：BSD、minix、Linux...)。

下面，通過在網上找得到的部分Unix內核源碼，來追溯一下C語言出現的時機。

1.5.1 PDP-Unix

PDP-Unix系統內核代碼文件

PDP-7 Unix https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=PDP7-Unix

可以看到基本都是用彙編寫的(文件名後綴.s)。為什麼用基本這個詞呢？因為，在系統裡面有一部分命令是用B語言寫的。

1.5.2 First Edition Unix

First Edition Unix系統內核代碼文件

https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl?file=V1

可以看到，還是用彙編寫的(文件名後綴.s)。

1.5.3 Second Edition Unix

Second Edition Unix系統內核代碼文件

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

到這個版本，已經可以看到C語言的身影了。

1.5.4 Unix與C語言

從C語言在Unix V2版本出現之後，Unix的V3版本開始，已經可以在Unix內核中見到大量C語言編寫的代碼。

據裡奇所說：到1973年初，現代C的基本知識已經完成。C語言和編譯器強大到，足以讓我們在當年夏天用C重寫PDP-11的Unix內核 (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.

到了這個時間節點，基本可以肯定的是C語言、Unix的大部分核心都已經完善。剩下要做的就是，可移植性、標準化。

後面的故事，大家可能也聽說過：後來學術和政府組織中都在使用Unix，也正是由於Unix的風靡與興盛，帶動了C語言被廣泛的傳播、使用。

在1980年代，C語言的使用廣泛傳播，並且幾乎所有機器體系結構和作業系統都可以使用編譯器。尤其是，它已成為個人計算機的編程工具，無論是用於這些機器的商業軟體製造商，還是對編程感興趣的最終用戶，都非常受歡迎。

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.

這也就是所謂的互相成就。

一句話概括就是：不畏得失、日漸精進，最終互相成就。

1.6 第一個C語言編譯器是怎樣編寫的？

不知道你有沒有想過，大家都用C語言或基於C語言的語言來寫編譯器，那麼世界上第一個C語言編譯器又是怎麼編寫的呢？這不是一個「雞和蛋」的問題……

回顧一下C語言歷史：Tomphson在BCPL的基礎上開發了B語言，Ritchie又在B語言的基礎上成功開發出了現在的C語言。在C語言被用作系統程式語言之前，Tomphson也用過B語言編寫過作業系統。可見在C語言實現以前，B語言已經可以投入實用了。因此第一個C語言編譯器的原型完全可能是用B語言或者混合B語言與PDP彙編語言編寫的。

我們現在都知道，B語言的執行效率比較低，但是如果全部用彙編語言來編寫，不僅開發周期長、維護難度大，更可怕的是失去了高級程序設計語言必需的移植性。

所以早期的C語言編譯器就採取了一個取巧的辦法：先用彙編語言編寫一個C語言的一個子集的編譯器，再通過這個子集去遞推，進而完成完整的C語言編譯器。

詳細的過程如下：先創造一個只有C語言最基本功能的子集，記作C0語言，C0語言已經足夠簡單了，可以直接用彙編語言編寫出C0的編譯器。依靠C0已有的功能，設計比C0複雜，但仍然不完整的C語言的又一個子集C1語言，其中C0屬於C1，C1屬於C，用C0開發出C1語言的編譯器。在C1的基礎上設計C語言的又一個子集C2語言，C2語言比C1複雜，但是仍然不是完整的C語言，開發出C2語言的編譯器 …… 如此直到CN，CN已經足夠強大了，這時候就足夠開發出完整的C語言編譯器的實現了。至於這裡的N是多少，這取決於你的目標語言（這裡是C語言）的複雜程度和程式設計師的編程能力。簡單地說，如果到了某個子集階段，可以很方便地利用現有功能實現C語言時，那麼你就找到N了。下面的圖說明了這個抽象過程：

https://kknews.cc/tech/bx2r3j.html 介紹一個概念，「自編譯」Self-Compile，也就是對於某些具有明顯自舉性質的強類型（所謂強類型就是程序中的每個變量必須聲明類型後才能使用，比如C語言，相反有些腳本語言則根本沒有類型這一說法）程式語言，可以藉助它們的一個有限小子集，通過有限次數的遞推來實現對它們自身的表述，這樣的語言有C、Pascal、Ada等等，至於為什麼可以自編譯，可以參見清華大學出版社的《編譯原理》，書中實現了一個Pascal的子集的編譯器。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/136102461

而這個過程也在Unix V2版本中找到了證據。

肯恩·湯普森，丹尼斯·裡奇和其他人在貝爾實驗室為PDP-11開發了Unix的第二版。它通過更多的系統調用和更多的命令擴展了第一版。此版本還看到了C語言的開始，該語言用於編寫一些命令。

此處的代碼僅是某些命令，某些庫函數和C編譯器的原始碼。c /中的文件來自 last1120c.tar.gz 磁帶，並構成了第二版Unix的有效C編譯器。

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

下載源碼解壓縮之後，目錄結構如下：

感興趣的小夥伴可以下載下來研究一下。

BCPL、B、C語言比較

如果想要找到一種好的方式，來進行程式語言之間比較的話，那麼非代碼莫屬。

2.1 3種語言代碼示例

下面分別使用BCPL、B、C三種語言實現一個簡單的程序：程序將三個數字a、b、c相加，並將結果賦值給sum，最後列印總和。

2.1.1 BCPL語言示例

BCPL https://zh.wikipedia.org/wiki/BCPL

GET "libhdr"

LET start = VALOF
{ LET a, b, c = 1, 2, ,3

sum := a + b + c
writen(sum)
}

• LET 聲明變量

• := 符號為賦值符號 Go中也有該符號，表示函數內部局部變量。這裡感覺很有意思的一點是：最初B語言之父肯.湯普遜把:=符號改成了=符號。現在，也作為Go語言之父之一，又把:=符號請回來了(冥冥之中的命運~)。

從BCPL到B的過渡中，決定使用單個字符 = 代替賦值 :=

Other fiddles in the transition from BCPL to B were introduced as a matter of taste, and some remain controversial, for example the decision to use the single character = for assignment instead of :=. Similarly, B uses /**/ to enclose comments, where BCPL uses //, to ignore text up to the end of the line. The legacy of PL/I is evident here. (C++ has resurrected the BCPL comment convention.) Fortran influenced the syntax of declarations: B declarations begin with a specifier like auto or static, followed by a list of names, and C not only followed this style but ornamented it by placing its type keywords at the start of declarations.

https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/chist.html

2.1.2 B語言示例

A TUTORIAL INTRODUCTION TO THE LANGUAGE B https://web.archive.org/web/20070807110157/http://cm.bell-labs.com/cm/cs/who/dmr/btut.html

B語言的語言結構

main {
-- statements --
}

newfunc(arg1, arg2) {
-- statements --
}

fun3(arg) {
-- more statements --
}

B語言代碼示例

main {
auto a, b, c, sum;

a = 1; b = 2; c = 3;
sum = a+b+c;
putnumb(sum);
}

• 語句auto ...是一個聲明。即，它定義了要在函數內使用的局部變量

• putnumb 是一個帶參數的庫函數，它將在終端上列印一個數字

2.1.3 C語言示例

#include <stdio.h>

void main{
int a,b,c,sum;

a=1; b=2; c=3;
sum = a+b+c;
printf("%d", sum);
}

2.2 示例代碼中三者的區別

通過上面例子可以三者的區別：

1. C語言寫法更接近於B語言

2. BCPL、B語言都是無類型的語言，用word/cell表示一個固定長度的bit。C語言是有類型的

有一些地方，你可能感興趣：

• ++、-- 符號是Thompson發明的

• &&、|| 是在C語言引入的

說明：

1. 查了好久只找到了BCPL、B語言的部分代碼片段，至於能不能跑起來，我也不知道 ^_^

2. 如果想要知曉三者的具體區別的話，建議閱讀丹尼斯.裡奇關於《C語言發展史》的文章

3. BCPL、B語言也有經歷過若干次版本迭代 (因為，網上找到的代碼片段有很多寫法不一樣的地方。比如說，維基百科中找到的B代碼片段，與在Unix內核前幾個版本中找到的B代碼片段寫法就不一樣。個人推測是版本問題，不同的版本不同的寫法)

4. C語言更接近於B語言，或說是在B的基礎上不斷的添加了很多新特性 (拋出2個問題：1.裡奇起名字時為什麼不像C++一樣，起名叫B++ ？2.為什麼C++用了2個加號，而不是一個加號，叫C+ ？ 歡迎腦洞夠大的同學在評論留言！)

5. 如果有高手覺得上面的代碼片段有問題或者知道怎麼跑起來的話，可以私下交流

歷史為什麼選擇C語言

1960s年代後期，貝爾實驗室對計算機系統的研究進入繁盛時期。MIT、General Electric、Bell實驗室合作的Mutlics項目以失敗而告終(1969年左右)。就是在這個時期，Ken Tompson開始寫Mutlics的替代品，他希望按照自己的設計構造一個令人舒服的計算系統（也就是Unix）。後來在寫出第一個版本的Unix時，覺得Unix上需要一個新的系統程式語言，他創造了一個B語言。B語言是沒有類型的C，準確說B語言是Tompson把BCPL擠進8K內存，被其個人大腦過濾後的產生的語言。

由於B語言存在的一些問題，導致其只是被用來寫一些命令工具使用。恰好在這個時期，Ritchie在B語言的基礎上，進行了重新的設計改良，從而誕生了C語言。

1973年，C語言基本上已經完備，從語言和編譯器層面已經足夠讓Tompson和Ritchie使用C語言重寫Unix內核。後來，Unix在一些研究機構、大學、政府機關開始慢慢流行起來，進而帶動了C語言的發展。

1978年，K&R編寫的《The C Programming Language》出版，進一步推動了C語言的普及。

用一句話總結就是：對的時間、對的地點，出現了對的人以及工具 (Unix與C語言的關係，有點像GNU與Linux kernel的關係，都是互相成就)。

標準C庫及代碼

C語言及其標準經過若干次迭代之後，就成了今天大家看到的樣子。其標準中指定了很多C標準庫，而不同的系統都有自己不同的代碼實現。

當然，Linux內核中也有實現了標準C庫的代碼，下面一起欣賞她的美。

4.1 標準C庫

ANSI C共包括15個頭文件。1995年，Normative Addendum 1（NA1）批准了3個頭文件（iso646.h、wchar.h和wctype.h）增加到C標準函數庫中。C99標準增加6個頭文件（complex.h、fenv.h、inttypes.h、stdbool.h、stdint.h和tgmath.h）。C11標準中又新增了5個頭文件（stdalign.h、stdatomic.h、stdnoreturn.h、threads.h和uchar.h）。

至此，C標準函數庫共有29個頭文件：

https://www.wikiwand.com/zh-sg/C%E6%A8%99%E6%BA%96%E5%87%BD%E5%BC%8F%E5%BA%AB#/%E5%8F%82%E8%80%83%E6%96%87%E7%8C%AE

4.2 linux/lib/string.c

linux kernel版本：4.18.13

lnux kernel 地址 https://www.kernel.org/

下面列出3個字符串處理函數 strcpy、strncpy、strncat。代碼出自Linus Benedict Torvalds之手，為什麼這麼說？看代碼頭部注釋，還是那個熟悉的味道stupid。看過git原始碼的人應該也會知道，git源碼中也有類似注釋。

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
* linux/lib/string.c
*
* Copyright (C) 1991, 1992 Linus Torvalds
*/

/*
* stupid library routines.. The optimized versions should generally be found
* as inline code in <asm-xx/string.h>
*
* These are buggy as well..
*
* * Fri Jun 25 1999, Ingo Oeser <[e-mail]>
* - Added strsep which will replace strtok soon (because strsep is
* reentrant and should be faster). Use only strsep in new code, please.
*
* * Sat Feb 09 2002, Jason Thomas <[e-mail]>,
* Matthew Hawkins <[e-mail]>
* - Kissed strtok goodbye
*/

// .......omit other......
// ...... here is my love code .....

#ifndef __HAVE_ARCH_STRCPY
/**
* strcpy - Copy a %NUL terminated string
* @dest: Where to copy the string to
* @src: Where to copy the string from
*/
#undef strcpy
char *strcpy(char *dest, const char *src)
{
char *tmp = dest;

while ((*dest++ = *src++) != '\0')
/* nothing */;
return tmp;
}
EXPORT_SYMBOL(strcpy);
#endif

#ifndef __HAVE_ARCH_STRNCPY
/**
* strncpy - Copy a length-limited, C-string
* @dest: Where to copy the string to
* @src: Where to copy the string from
* @count: The maximum number of bytes to copy
*
* The result is not %NUL-terminated if the source exceeds
* @count bytes.
*
* In the case where the length of @src is less than that of
* count, the remainder of @dest will be padded with %NUL.
*
*/
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t count)
{
char *tmp = dest;

while (count) {
if ((*tmp = *src) != 0)
src++;
tmp++;
count--;
}
return dest;
}
EXPORT_SYMBOL(strncpy);
#endif

#ifndef __HAVE_ARCH_STRLCPY

#ifndef __HAVE_ARCH_STRNCAT
/**
* strncat - Append a length-limited, C-string to another
* @dest: The string to be appended to
* @src: The string to append to it
* @count: The maximum numbers of bytes to copy
*
* Note that in contrast to strncpy, strncat ensures the result is
* terminated.
*/
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t count)
{
char *tmp = dest;

if (count) {
while (*dest)
dest++;
while ((*dest++ = *src++) != 0) {
if (--count == 0) {
*dest = '\0';
break;
}
}
}
return tmp;
}
EXPORT_SYMBOL(strncat);
#endif

#ifndef __HAVE_ARCH_STRLCAT

// .......omit other......
// ...... here is my love code .....

第一次跟同學一起看這些代碼的時候，他說了一句話：這才叫代碼，其他的都是s-h-X-t。現在回想起，自己在實現這些代碼時，寫了一坨不知道是什麼的東西。哎，代碼比代碼要扔~

閱讀他人代碼, 也是一種進步、成長

廉頗老矣, 尚能飯否？

《史記·廉頗藺相如列傳》記載，廉頗被免職後，跑到魏國，趙王想再用他，派人去看他的身體情況，廉頗之仇郭開賄賂使者，使者看到廉頗，廉頗為之米飯一鬥，肉十斤，被甲上馬，以示尚可用。使者回來報告趙王說:"廉頗將軍雖老，尚善飯，然與臣坐，頃之三遺矢(通假字，即屎)矣。"趙王以為廉頗已老，遂不用。

經歷過幾十年的風雨洗禮，C語言可謂風光無數，這世界上隨處可見它的身影。但是，同時在一些人眼裡，可能覺得C語言已是暮年(將近50歲)、老矣。如同下圖：

如果你真這樣想，那你就錯了。

TIOBE Index for September 2020

https://www.tiobe.com/tiobe-index/

TIOBE 2020-09 程式語言排行榜告訴你，C語言寶刀未老，還是那個風採耀眼的少年。

個人想說的是，只要計算機還是基於馮諾依曼體系結構，晶片還是基於物理製程。那麼，都會有一片C的天空。因為，她知道一個最接近天空的地方(C是最接近彙編、機器語言的高級語言之一)。

任他上層應用改朝換代，我（C語言）自巋然不動。這就是C，我心中的C語言。

總結

猛然間發現已經到了總結，但是還覺得仍舊意猶未盡，這並不是我心目中最真實的那個她。但是，我還是希望你看完本文之後，能夠多少了解與熟悉C的美與真實。

最後想說的是：縱使千言萬語也說不盡C語言的重要性，這些文字也僅僅只是冰山一角。

鑑於個人能力有限，如有問題或者缺陷，歡迎指正。

參考資料

在整理的過程中，部分參考、引用下面連結地址內容：

[1] https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/index.html 裡奇貝爾實驗室主頁

[2] https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/chist.html C語言發展史

[3] https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/1stEdman.html Unix Programmer's Manual

[4] https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/bcpl.html Martin Richards's BCPL Manual

[5] https://www.levenez.com/lang/ Computer Languages History

[6] https://www.levenez.com/unix/ Unix History

[7] https://minnie.tuhs.org/cgi-bin/utree.pl The Unix Tree(可以看到很多老系統的原始碼)

[8] https://zh.wikipedia.org/wiki/丹尼斯·裡奇

[9] https://www.tiobe.com/tiobe-index/ TIOBE

[10] http://web.eah-jena.de/~kleine/history/ Historic Documents in Computer Science

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