Linux 内核应从 C 转到 C++！
发布时间：2024-01-15 09:29:42
前有 C 语言当道，后有 Rust “杀入”，时下又有一场关于 C++ 才应该成为 Linux 内核语言的争论被旧事重提了。
1 月 9 日，Linux 基金会技术顾问委员会员、长期从事 Linux 内核开发的 H. Peter Anvin 写了一篇长长的 LKML（Linux Kernel Mailing List，Linux 内核邮件列表）帖子，推翻 Linus Torvalds 多年前的一句“C++ 真是一门很烂的语言”言论，其认为「现在是 Linux 内核从 C 语言转向 C++」的正确时机。
重启停滞六年的讨论！
之所以称之为旧事重提，实际上，早在 2018 年 4 月 1 日，红帽工程师 David Howells 发布了一组 45 个补丁，开始将 Linux 内核转换为 C++。这将允许主线内核使用内联模板函数、内联重载函数、类继承以及其他目前 Linux 内核的 C 代码不支持的功能。
但是彼时因为诸多因素，讨论未能进行下去，最终那些补丁在 Linux 内核邮件列表上停留了六年，没有引起太多关注。
时间回到当下，作为 Linux 内核的重要参与者，H. Peter Anvin 发现了这条帖子的存在，他表示，红帽工程师 David Howells 在 2018 年分享这个观点时，在不少人来看，要么是个玩笑，要么可能被当成了玩笑。
不过，结合时下最新的 C++20 等版本来看，其率直地表示，“大家好，我要捅马蜂窝，做一件亵渎神明的事...我认为它有其合理性，我将在此尝试分享我的观点。”
现在是将 Linux 内核的 C 转为 C++ 的最好时机？
H. Peter Anvin 认为，自 1999 年以来，C 和 C++ 都有了长足的发展，而站在其视角，他发现 C++ 终于“长大”了，对于操作系统内核所体现的嵌入式编程而言，它是一种更好的 C 语言。
“我是作为内核中大量宏和内联汇编 Hacks 的作者才这么说的”，H. Peter Anvin 说道，“让我有此感觉的真正原因是，Linux 最近提出的许多针对 GCC 扩展的要求，其实在标准 C++ 中很容易实现，而且在许多情况下，无需修改全局代码即可改进基础架构。”
H. Peter Anvin 表示：
C++14 是拥有合理元编程支持的“最低”版本，它拥有大部分元编程支持，却没有早期版本的类型地狱（C++11 拥有大部分元编程支持，但 C++14 填补了一些关键缺失）。
此外，C++20 才是真正改变游戏规则的主要因素。虽然早期版本可以使用大量 SFINAE hacks（Substitution Failure Is Not An Error，是 C++ 语言中的一种特性，允许开发人员在编译时根据类型条件来选择模板的特化版本），但它们也提供了完全无用的错误信息。C++20 增加了一些概念，这使得真正获得合理的错误信息成为可能。
在对 Linux 的不断实践中，H. Peter Anvin 透露，其在 Linux 内核中进行了大量的元编程，这些代码通常使用一些极其糟糕的宏定义来实现，而且几乎无法调试。例如 uaccess.h 中的类型欺骗，其中一些是 H. Peter Anvin 设计和编写的。
相比之下，C++ 可以通过各种类型转换和 case 语句将其分解成单独的模板实例，而且通过一些巧妙的方法，还可以严格地强制区分用户空间指针与内核空间指针、已验证与未验证过的用户空间指针等事项，更不用说轻松处理 64 位内核中 32 位用户空间类型的情况，并强制执行字节序转换。
Linus 曾怒喷：“C++ 真是一门很烂的语言”
在 H. Peter Anvin 看来，C++ 已经有了不少改进，现在让 Linux 内核去尝试 C++ 语言，未尝不是一件坏事。
但是，在不少网友眼中，此事估计有点悬，毕竟曾经还年轻、脾气也火爆的 Linus Torvalds 在多个场合公开吐槽过 C++。
在 2007 年，有位名为 Dmitry Kakurin 的开发者查看了 Git 源代码发现使用的是纯 C 而非 C++ 后表示不可理解，另外还附带了一句脏话。当 Linus 知晓此事后，直接进行了反击还怒批道，C++ 是一门糟糕的语言。它之所以糟糕，是因为有很多水平一般的程序员使用它，导致代码质量低下。
那时的 Linus 也给出了自己不看好在 Linux 内核上用 C++ 的几层理由：
使用 C++ 库（例如 STL 和 Boost）可能会带来问题。这些库可能不稳定、不兼容，而且使用时可能会出错。
过度依赖抽象对象模型，会导致代码难以优化，甚至需要重写。
同时，C++ 的一些优势在注重性能的项目中反而会带来弊端。
2010 年，Linus 又在邮件列表中开始吐槽 C++，无论什么时候 C++ 都不可能是最正确的选择，在系统编程里直接用 C 就可以，而在非系统编程里，有很多垃圾收集的语言可供选择，而 C++ 只能用来捣乱。
近两年间，脾气开始转好的 Linus 不仅减少了说脏话的频次，也在 Linux 内核中接纳了另一门编程语言 Rust。
2021 年，Linux 内核和 Rust on Linux 的主要开发者 Miguel Ojeda 向 Linux Kernel 邮件列表提交了一个新补丁，其中指出为 Linux 内核增加对 Rust 作为第二语言的支持。
对于此举，有网友提出质疑，即当代码调用不安全函数时，Rust 的内存安全就得不到保证了，而目前几乎所有内核 API 都在其中。
同时网友给出一个用 C++ 代替 Rust 的解决方案时，Linus 依然忍不住地说道：“C++ 根本解决不了 C 语言的问题，它只会让事情变得越来越糟。那些不喜欢 C 语言的人可以去寻找真正能给你带来价值的语言。比如具有内存安全性并可以避免 C 导致的隐患的语言，或者具有内部 GC（垃圾回收）支持并简化内存管理的语言。”
相比对 C++ 的不看好，Linus 对 Rust 则有耐心得多。在不久前的 Open Source Summit Japan 2023 上，Torvalds 谈到 Linux 中 Rust 的最新进展，“它一直在成长，但我们还没有内核的任何部分真正依赖 Rust。对我来说，Rust 是技术上有意义的事情之一，但对我个人来说，更重要的是，作为内核和开发人员，我们不能停滞不前。”
尽管如此，Torvalds 继续说道：“Rust 还没有真正成为下一个伟大的事物。但我认为，在明年，我们将开始集成驱动程序，甚至一些主要的子系统也将开始积极使用 Rust。因此，要让它成为内核的重要组成部分，还需要数年时间。但它肯定会成为内核的一部分。”
H. Peter Anvin 不用 Rust 重写 C 代码的观点
然而，在最新的讨论中，H. Peter Anvin 似乎并不看好 Rust 在 Linux 内核中的使用。
他补充说道，至于为什么不用 Rust 重写 C 代码：
首先，Rust 使用的是不同的语法，不仅所有内核开发人员都需要非常熟悉才能获得与 C 相同的“感觉”，而且将 C 代码转换为 Rust 并不是一件可以零敲碎打的事情，而现有的 C 代码经过一些清理就可以编译为 C++。
不过，H. Peter Anvin 也在帖子中特别指出，没有一个正常人会期望使用 C++ 的所有功能。就像 Linux 内核中有“kernel C”（目前是 C11 的一个子集，包含一组相对较大的允许编译器特定扩展）一样，H. Peter Anvin 认为也可以有“Kernel C++”，他建议它是 C++20 的一个严格定义的子集，包含一组类似的编译器扩展。
“我意识到，由于显而易见的原因，C++20 的编译器支持仍然非常新，因此至少其中一些是前瞻性的”，H. Peter Anvin 说道。
拭目以待
众所周知，Linux 内核主要是用 C 语言编写的，但也包含了少量的汇编语言代码，加上 Linux 内核支持 Rust 的工作也在不断增加，现在又提出要用 C++ 来写，无疑也引起了巨大的争议。
对于最新提案，据外媒 phoronix 报道，SUSE Lans 的 Jiri Slaby 表示支持 Linux 内核的 C++ 计划。最初发布内核补丁的红帽公司的 David Howells 也表示支持这一讨论。
也有很多网友表示支持：
我完全同意。就像他们已经在使用 C11 标准的子集一样，Linux 也可以迁移到现代 C++ 的子集上。如果 OOP、异常或 RTTI 在内核中没有意义的话，Linux 就不需要使用它们，但用更安全的模板元编程和概念来取代 C 语言中容易出错的宏，会让错误较少的代码编程变得更容易。
SerenityOS 目前使用的是一种非常独特的现代 C++ 编程风格，并带有一个自定义标准库。
我希望 Linus 对 C++ 的看法在过去二十年中有所改变，因为从那时起，C++ 已经成为一种大不相同（而且更好）的语言。
在 HN 上，不少开发者却持相反意见：
现代 C++ 并没有解决 Linus 最初反对它的理由。我也不同意添加 C++ 比使用 Rust 更省力的说法。C 和 C++ 已经天差地别。了解 C 意味着你基本可以用 C++ 编写 C（而且只是基本），但这并不意味着你了解 C++ 了。也许在 30 年前，你可以向 C 程序员展示 C++ 是如何编译成 C 语言的，这就足以让 C 程序员开始对 C++ 大加挞伐，但那一天早已过去。至于让内核开发人员学习 Rust 更容易还是学习 C++ 更容易，考虑到内核开发人员几乎需要学习 C++ 的全部内容、每一个怪癖和每一个细节，老实说，Rust 在这方面还是有优势的。
我希望他们能选择与 C++ 不同的东西，也许是 Zig。C++ 的问题在于，就像 Scala 一样，你很难坚持使用一个子集，而不会在事后意识到你使用了超出预期的内容。也许内核团队可以做到这一点，因为他们有一种保持简洁的文化。
虽然目前还不清楚是否有足够的力量将其变为现实，但 Linux 内核邮件列表已经重新开始讨论未来将 Linux 内核 C 代码转换为 C++ 的可能性，很多人也想了解 Linus 对此的观点是否随着时间的推移以及 C++ 的改进迭代而发生了变化，我们也将对 LKML 讨论的结果拭目以待。
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