48岁的C语言，你知道它背后的历史吗？

C语言作为一个人尽皆知的语言，甚至没有学过编程语言的人也知道它的大名。经历沧桑岁月的它，已经陪伴我们走过了48个年头。回望当年，C语言还在襁褓之中……

贝尔实验室特别人员奖、美国计算机协会(ACM)的图灵奖、汉明勋章、计算机先驱奖、计算机历史博物馆研究员、哈罗德 · 潘德奖……这些成就全都出自一人，那就是编程界无人能超越的传奇人物也是C语言的创造者——丹尼斯·里奇。

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C语言之父：丹尼斯·里奇

计算机历史学家Paul E.Ceruzzi说：里奇不被人们之道。他的名字一点都不家喻户晓，但是如果你有一台显微镜，能在电脑里看到他的作品，你会发现处处都是他的作品。

克尼汉也曾如此评价：“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。”

01 C语言的辉煌历史

1941年，丹尼斯 · 里奇出生在纽约布朗克斯区，父亲是是贝尔实验室的交换系统工程师。里奇从小成绩优异，大学顺利进入了哈佛，在受父亲的影响下，丹尼斯也走上了科学研究之路。

在哈佛读书期间，一次偶然的机会改变了里奇的一生。里奇参加了哈佛计算机系统相关的讲座，从此他开始对计算机疯狂着迷，不仅专门学了一期课程。

当时的里奇是一个主修物理的学生，因为对计算机处理的理论和实际问题十分着迷，他在毕业论文中大部分和计算机理论有关(递归函数的层次)，这还远远不够，里奇开始花更多的精力在实践上面。

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在那个时代，大部分计算机体积十分庞大，占用了整个房间并且还只能进行有限的拨入访问，因此攻克小型台式计算机是当时的工程师们的目标，可是这些计算机没有易于使用的操作系统，于是里奇决定自己做一个。

这一决定立即得到了麻省理工学院Honeywell和General Electric的支持。里奇负责多道处理机BCPL语言和GE650的编译器，它们都是属于GECOS系统的。同时，他还写了ALTRAN语言的代数编译器，那视符号计算机的一种语言和系统。

经过这个项目后，里奇毅然决然的放弃了本专业物理学，并决定将计算机作为他的事业。1967年，他加入了贝尔实验室(Bell Labs)。

在加入贝尔实验室后，里奇开始和实验室的一位名为Ken Thompson(肯·汤普森)的成员合作。这位Ken Thompson也是对Ritchie 职业生涯影响很大的人。

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Thompson和Ritchie

20世纪70年代，汤普森和里奇在研究如何让早期小型机变得越来越受欢迎。他们认为，所需要的是各种计算机之间更简单，更可行的交互。因为老型计算机要求用户使用操作系统来复制，删除，编辑和打印数据文件，将数据从磁盘移动到屏幕到打印机并返回磁盘进行存储。除了少数专家之外，一旦没有了操作系统，任何人都无法访问计算机。

为此，他们花了几个月的时间来提出解决方案，他们完成这个解决方案时已经编写好了影响他们一生的Unix操作系统。

里奇在1999年的一次采访中表示：“我觉得Linux发展的现象令人高兴，虽然工作站和大型计算机厂商也在提供不同种类的BSD系统，但是在Unix的直接派生品中，Linux应该是最健全的了。”

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C++的开发者和设计师比雅尼 · 斯特劳斯普曾说：“假如里奇决定那十年将他的精力花费在稀奇古怪的数学上，那么Unix将胎死腹中。”

事实上，里奇加入贝尔实验室后，发展了C语言和Unix系统，这在电脑工业史上都占据重要的席位。C语言在发展软件和操作系统时是一个非常常用的电脑语言，而现在的编程语言比如C++、C#、Obijective-C、Java和JavaScript拥有极大的影响。

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Univac I

为了在PDP-11电脑上运行的Unix系统，1972年，美国贝尔实验室的丹尼斯·麦卡利斯泰尔·里奇(Dennis MacAlistair Ritchie)在B语言的基础上的设计了C语言。

C语言最初尝试通过向B语言中增加数据类型的想法来处理那些不同类型的数据。和大多数编程语言一样，在C语言中，每个对象都有一个类型以及一个值;类型决定了可用于值的操作的含义，以及对象占用的存储空间大小。

1973年，肯·汤普逊(Ken Thompson)和里奇合作把Unix的90%以上用C语言改写，即Unix第五版。这是C语言第一次应用在操作系统的核心编写上。随着Unix的日益广泛使用，C语言也迅速得到推广。

Unix最开始是用汇编语言编写的，里奇和汤普森重写了之后于1974年在ACM上发表，正式向外界披露Unix系统。

随着Unix的发展，C语言也得到了不断地完善。C语言是一门面向过程地、抽象化的编程语言，广泛应用于底层开发。C语言能用简易的方式编译、处理低级存储器。如此简单，简洁，几乎每个计算机制造商都转向了它，且效果显著。

为了利于C语言的全面推广，很多专家学者和硬件产商联合组成了C语言标准委员会。于是在1989年，第一个完备的C标准诞生了，简称“C89”，截至目前，最新的C语言标准为2017年发布的“C17”。

尽管C语言已经如日朝天，但里奇的职业生涯并没没有因此而结束，他于1990年成为朗讯科技计算技术研究部门的领导者。在该职位上，他编写了应用程序并管理已发布的操作系统的增长。

1975年，C语言开始移植到其他机器上使用。史蒂芬·强生(Stephen C.Johnson)实现了一套“可移植编译器”，这套编译器修改起来相对容易，并且可以为不同的机器生成代码。从那时起，C语言在大多数计算机上被使用，从最小的微型计算机到CRAY-2超级计算机。C语言很规范，即使没有一份正式的标准，也可以写出C程序，这些程序无需修改就可以运行在任何支持C语言的最小运行时环境的计算机上。

1978年，丹尼斯·里奇和布莱恩·柯林汉(Brian Wilson Kernighan)合作出版了《C程序设计语言》的第一版。书中介绍的C语言标准也被C语言程序员称作“K&R C”(柯里C)，第二版的书中也包含了一些ANSI C的标准。即使在后来ANSI C标准被提出的许多年后，K&R C仍然是许多编译器的最低标准要求，许多老旧的编译仍然运行K&R C的标准。

1978年以后，C语言先后移植到大，中，小和微型计算机上。C语言便很快风靡全球，成为世界上应用最为广泛的程序设计高级语言。

C最初在小型机器上实现，并且继承了一系列小语种编程语言的特点;与功能相比，C的设计者更倾向于简单和优雅。此外，从一开始，C语言就是为系统级编程而设计，程序的运行效率至关重要，因此，C语言与真实机器能力的良好匹配也就不足为奇。例如，C语言为典型硬件所直接支持的对象：字符，整数(也许有多种大小)，以及浮点数(同样可能有多种大小)提供了相应的基本数据类型。

1983年，因为发展了通用操作系统理论并实现了UNIX操作系统，里奇和汤普森二人一起获得了图灵奖。里奇的图灵奖论文题目为《对软件研究的反思》。

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1989年，C语言被美国国家标准协会(ANSI)标准化，编号为ANSI X3.159-1989。这个版本又称为C89。标准化的一个目的是扩展K&R C，增加了一些新特性。

1990年，国际标准化组织(ISO)成立 ISO/IEC JTC1/SC22/WG14 工作组，来规定国际标准的C语言，通过对ANSI标准的少量修改，最终制定了 ISO 9899:1990，又称为C90。随后，ANSI亦接受国际标准C，并不再发展新的C标准。

在ANSI的标准确立后，C语言的规范在一段时间内没有大的变动，然而C++在自己的标准化创建过程中继续发展壮大。《标准修正案一》在1994年为C语言创建了一个新标准，但是只修正了一些C89标准中的细节和增加更多更广的国际字符集支持。不过，这个标准引出了1999年ISO 9899:1999的发表。它通常被称为C99。C99被ANSI于2000年3月采用。

1990年，童年，二人因“创造UNIX操作系统和C程序设计语言”而获得了IEEE颁发的IEEE汉明奖，1997年获计算机历史博物馆研究员奖，2005年，美国工业研究院授予里奇 IRI成就奖，以表彰他对计算机科学技术做出的贡献，以及UNIX操作系统对社会的广泛影响。2011年，里奇和汤普森二人共同获得了日本国际奖。

但在2011年10月12日，里奇离开了这个世界，离开了他付出一生的C语言和Unix世界，享年70岁，去往另一个地方开始了他的另一场旅行……

2011年12月8日，ISO正式发布了新的C语言的新标准C11，之前被称为C1X，官方名称为ISO/IEC 9899:2011。新的标准提高了对C++的兼容性，并增加了一些新的特性。这些新特性包括泛型宏、多线程、带边界检查的函数、匿名结构等。

C18(以前称为C17)最新标准的C语言编程，发表在2018年六月代替C11。C18在没有引入新语言功能的情况下解决了C11中的缺陷。

由于C具有语言简洁，紧凑，使用方便灵活。运算符，数据类型丰富;具有结构化的控制语句，语法限制不太严格，程序设计自由度大;C语言允许直接访问物理地址，能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作;生成目标代码质量高。执行效率高，等特点。所以，尽管C语言发布至今过去很多年，但现在C语言仍然在一些领域流行。

当前，C语言编译器普遍存在于各种不同的操作系统中，例如Microsoft Windows、macOS、Linux、Unix等。C语言的设计影响了众多后来的编程语言，例如C++、Objective-C、Java、C#等。

02 C语言到底能做什么

从计算机发展以来，编程语言也是层出不穷，但是无论多少“新人”翻涌而出，都无法改变C语言在编程界中德高望重的地位。

C语言到底能做了多少事情?大家经常说的Linux操作系统的内核都是C语言写的，对应的很多嵌入式内核驱动也跑不出C语言范畴，包括大家常用的手机，机顶盒，电视机底层硬件驱动基本上都是C语言完成。

可以毫不夸张的说，如果没有C语言，就没有微软的Windows 10 和 Surface Book，也没有安卓智能手机，更没有乔布斯创造的苹果帝国各种产品MAC、iPad。

C语言最牛的地方，几乎现在所有的上层语言的底层语言绝大部分都是C语言大哥做嫁衣给铺垫完成。深刻理解上层语言底层实现，离不开C语言。而且很多大学的计算机专业都会把C语言作为学生入门编程的第一步。因此，很多程序员都把学习C语言当成程序生涯中最基本的事。

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而C语言为什么能成为最重要、最流行的编程语言之一，具体来说因为以下原因：

设计特性

C语言融合了计算机科学理论和实践的控制特性。C 语言的设计理念让用户能轻松地完成自顶向下的规划、结构化编程和模块化设计。因此，用 C 语言编写的程序更易懂、更可靠。

高效性

在设计上，它充分利用了当前计算机的优势，因此 C 程序相对更紧凑，而且运行速度很快

可移植性

C 是可移植的语言。这意味着，在一种系统中编写的 C 程序稍作修改或不修改就能在其他系统运行。如需修改，也只需简单更改主程序头文件中的少许项即可。

强大而灵活

C 语言功能强大且灵活。功能强大且灵活的 UNIX 操作系统，大部分是用 C 语言写的。C 程序还可以用于解决物理学和工程学的问题，甚至可用于制作电影的动画特效。

面向程序员

C 语言是为了满足程序员的需求而设计的，程序员利用 C 可以访问硬件、操控内存中的位。C 语言有丰富的运算符，能让程序员简洁地表达自己的意图。

03 C语言是怎么来的

C语言是很低级的语言，很多方面都近似于汇编语言，在《Intel 32位汇编语言程序设计》一书中，甚至介绍了手工把简单的C语言翻译成汇编的方法。对于编译器这种系统软件，用C语言来编写是很自然不过的，即使是像Python这样的高级语言依然在底层依赖于C语言(举Python的例子是因为Intel的黑客正在尝试让

Python不需要操作系统就能运行——实际上是免去了BIOS上的一次性C代码)。现在的学生，学过编译原理后，只要有点编程能力的都可以实现一个功能简单的类C语言编译器。

可是问题来了，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……

上文也有提到第一个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。

早期的C语言编译器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：

那么这种大胆的子集简化的方法，是怎么实现的，又有什么理论依据呢?

先介绍一个概念，“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。

总之，已经有计算机科学家证明了，C语言理论上是可以通过上面说的CVM的方法实现完整的编译器的，那么实际上是怎样做到简化的呢?

这张图是不是有点熟悉?对了就是在讲虚拟机的时候见到过，不过这里是CVM(C Language Virtual Machine)，每种语言都是在每个虚拟层上可以独立实现编译的，并且除了C语言外，每一层的输出都将作为下一层的输入(最后一层的输出就是应用程序了)，这和滚雪球是一个道理。用手(汇编语言)把一小把雪结合在一起，一点点地滚下去就形成了一个大雪球，这大概就是所谓的0生1，1生C，C生万物吧?

下面是C99的关键字：

 
 
 
    
  
  
  
  1. autoenum restrict unsigned 
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. breakexternreturnvoid 
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5. casefloatshortvolatile 
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. charforsignedwhile 
    8.   
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  9. constgotosizeof_Bool 
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11. continueifstatic_Complex 
    12.   
  
  
  12.  
    13.   
  
  
  13. defaultinlinestruct_Imaginary 
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15. dointswitch 
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17. doublelongtypedef 
    18.   
  
  
  18.  
    19.   
  
  
  19. elseregisterunion 
    20.   
  
  
  20. //共37个 
    21.

仔细看看，其实其中有很多关键字是为了帮助编译器进行优化的，还有一些是用来限定变量、函数的作用域、链接性或者生存周期(函数没有)的，这些在编译器实现的早期根本不必加上，于是可以去掉auto, restrict, extern, volatile, const, sizeof, static, inline, register, typedef，这样就形成了C的子集，C3语言，C3语言的关键字如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. enumunsigned 
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. breakreturnvoid 
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5. casefloatshort 
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. charforsignedwhile 
    8.   
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  9. goto_Bool 
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11. continueif_Complex 
    12.   
  
  
  12.  
    13.   
  
  
  13. defaultstruct_Imaginary 
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15. dointswitch 
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17. doublelong 
    18.   
  
  
  18.  
    19.   
  
  
  19. elseunion 
    20.   
  
  
  20. //共27个 
    21.

再想一想，发现C3中其实有很多类型和类型修饰符是没有必要一次性都加上去的，比如三种整型，只要实现int就行了，因此进一步去掉这些关键词，它们是：unsigned, float, short, char(char 是 int), signed, _Bool, _Complex, _Imaginary, long，这样就形成了我们的C2语言，C2语言关键字如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. enum 
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. breakreturnvoid 
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5. case 
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. forwhile 
    8.   
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  9. goto 
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11. continueif 
    12.   
  
  
  12.  
    13.   
  
  
  13. defaultstruct 
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15. dointswitch 
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17. double 
    18.   
  
  
  18.  
    19.   
  
  
  19. elseunion 
    20.   
  
  
  20. //共18个 
    21.

继续思考，即使是只有18个关键字的C2语言，依然有很多高级的地方，比如基于基本数据类型的复合数据结构，另外我们的关键字表中是没有写运算符的，在C语言中的复合赋值运算符->、运算符的++、– 等过于灵活的表达方式此时也可以完全删除掉，因此可以去掉的关键字有：enum, struct, union，这样我们可以得到C1语言的关键字：

 
 
 
    
  
  
  
  1. breakreturnvoid 
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. case 
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5. forwhile 
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. goto 
    8.   
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  9. continueif 
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11. default 
    12.   
  
  
  12.  
    13.   
  
  
  13. dointswitch 
    14.   
  
  
  14.  
    15.   
  
  
  15. double 
    16.   
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  17. else 
    18.   
  
  
  18. //共15个 
    19.

接近完美了，不过最后一步手笔自然要大一点。这个时候数组和指针也要去掉了，另外C1语言其实仍然有很大的冗杂度，比如控制循环和分支的都有多种表述方法，其实都可简化成一种，具体的来说，循环语句有while循环，do…while循环和for循环，只需要保留while循环就够了;分支语句又有if…{}, if…{}…else, if…{}…else if…, switch，这四种形式，它们都可以通过两个以上的if…{}来实现，因此只需要保留if,…{}就够了。可是再一想，所谓的分支和循环不过是条件跳转语句罢了，函数调用语句也不过是一个压栈和跳转语句罢了，因此只需要goto(未限制的goto)。因此大胆去掉所有结构化关键字，连函数也没有，得到的C0语言关键字如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. breakvoid 
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. goto 
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5. int 
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. double 
    8.   
  
  
  8. //共5个 
    9.

这已经是简约的极致了。

只有5个关键字，已经完全可以用汇编语言快速的实现了。通过逆向分析我们还原了第一个C语言编译器的编写过程，也感受到了前辈科学家们的智慧和勤劳!我们都不过是巨人肩膀上的灰尘罢了!0生1，1生C，C生万物，实在巧妙!

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