自诞生以来，C++ 一直是构建性能密集型应用程序的首选。 但是该语言仍然存在一些由于其“委员会设计”而导致的过时做法。2022 年 7 月 19 日，在多伦多举行的 CPP North C++ 会议期间，Google 工程师 Chandler Carruth 介绍了 Carbon。同时， 在大会中明确表示 Carbon 能够更好的继任 C++。

今天就和大眼仔一起了解 Carbon 是什么以及它打算如何继任 C++。

什么是 Carbon？

Google 工程师开发了 Carbon 编程语言来解决 C++ 现有的缺点。

许多现有的语言（如 Golang 和 Rust）已经存在，它们反映了 C++ 的性能，但是并没有缺点。 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 旨在成为 TypeScript 之于 JavaScript，Kotlin 之于 Java。 它不是替代品，而是围绕与 C++ 的互操作性而设计的后继语言。 它旨在为现有代码库和开发人员大规模采用和迁移。

Carbon 的主要功能

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：

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// 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;

}

转换为 Carbon，它变为：

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// 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：

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// 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间成本。
• 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：

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# Install bazelisk using Homebrew.

$ brew install bazelisk

 

# Install Clang/LLVM using Homebrew.

# Many Clang/LLVM releases aren't built with options we rely on.

$ brew install llvm

$ export PATH="$(brew --prefix llvm)/bin:${PATH}"

 

# Download Carbon's code.

$ git clone https://github.com/carbon-language/carbon-lang

$ cd carbon-lang

 

# Build and run the explorer.

$ bazel run //explorer -- ./explorer/testdata/print/format_only.carbon

Carbon 的路线图

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。

谷歌是否能够复制他们的其他语言 Golang 和 Kotlin 的成功，还有待观察。