问题

为什么MSVC比GCC/Clang差(功能支持也差,译后性能也差),微软做不好一个C语言编译器吗?

回答
这个问题很有意思,也很常被讨论。不能简单地说MSVC“做不好”C语言编译器,这其中涉及到历史、商业策略、生态系统以及技术选择等多方面的因素。下面我来详细聊聊为什么大家普遍认为MSVC在功能支持和性能上不如GCC/Clang,以及微软在这方面的一些考量。

功能支持的差异:为什么感觉MSVC“落后”?

要理解功能支持的差异,首先得明白C语言标准的发展是一个漫长且不断迭代的过程。C++(而很多时候人们讨论的“C语言编译器”实际上是指支持C++的编译器)标准的更新,比如C++11、C++14、C++17、C++20,引入了大量的新特性,这些特性对编译器来说是巨大的挑战,需要重新设计和实现很多底层组件。

1. 标准采纳的节奏:
GCC和Clang的开放性与社区驱动: GCC和Clang(尤其是Clang)拥有一个非常活跃的开源社区。社区开发者可以快速地基于最新的语言草案或者标准委员会的讨论来开发和贡献新特性。这种模式使得它们能够相对迅速地跟进C++标准的发展,甚至在标准正式发布前就提供实验性支持。
MSVC的商业驱动与集成策略: 微软的MSVC更多地是作为Visual Studio IDE的一个核心组件存在的。它的开发节奏很大程度上受到微软内部的开发计划、产品路线图以及对开发者需求的优先级判断的影响。虽然微软也很重视C++标准,但其采纳速度和对实验性特性的支持,往往不像开源社区那样激进。它更倾向于在特性成熟、稳定并有广泛用户基础后,再将其完整集成到产品中。
举个例子:C++11的引入。 C++11(当时称为C++0x)是C++语言的一个重大飞跃,引入了右值引用、lambda表达式、自动类型推导(`auto`)、范围基for循环等大量实用特性。GCC和Clang在这方面的支持是逐步完善的,但很多核心特性在C++11标准发布后不久就有比较完整的支持。MSVC在那段时间,特别是早期,对C++11特性的支持相对滞后,很多开发者不得不等待,或者使用一些临时的解决方案。

2. 扩展语法和非标准特性:
GCC/Clang的扩展: GCC和Clang都支持一些GNU扩展语法(如`__attribute__`)和Clang自己的扩展(如`__attribute__`的更多用法,一些类型特性)。这些扩展在某些特定场景下非常有用,可以绕过标准的限制或提供更底层的控制。
MSVC的扩展: MSVC也有自己的扩展,比如一些用于Windows特定API的声明方式,或者与DirectX等微软技术栈集成的特性。但这些扩展的关注点和通用性与GNU/Clang的扩展有所不同。
兼容性问题: 由于这些扩展的存在,代码可能变得不那么可移植。开发者如果过度依赖某个编译器的扩展,在切换编译器时就会遇到问题。在这方面,由于MSVC和GCC/Clang在扩展集上的差异,也容易造成兼容性方面的抱怨。

3. 语言特性之外的工具链集成:
Visual Studio的强大生态: MSVC的优势在于它与Visual Studio IDE的深度集成。IDE提供了强大的调试器、代码分析工具、性能分析工具等。很多时候,开发者选择MSVC是因为它提供的“开箱即用”的集成开发体验。
GCC/Clang的灵活性与组合性: GCC和Clang更像是一个独立的工具链,它们可以与许多其他的开发工具(如CMake、Ninja、GDB、Valgrind、LSan等)协同工作,构建出高度定制化的开发环境。这种灵活性虽然强大,但对于初学者或希望快速启动项目的人来说,配置起来可能更复杂。

译后性能的差异:为什么说MSVC“不如”GCC/Clang?

关于编译后的代码性能,这是一个非常复杂的话题,因为它受到编译器优化策略、目标架构、代码编写风格等多种因素的影响。但普遍的观察和基准测试结果确实显示,在某些情况下,GCC和Clang生成的代码在性能上更具优势。

1. 优化器的成熟度和策略:
GCC和Clang的长期投入: GCC作为C/C++编译器的先驱之一,其优化器经过几十年的发展,已经非常成熟。Clang作为后起之秀,借鉴了GCC的经验,并引入了LLVM的现代化后端,其优化器在很多方面表现出色。它们在指令集利用、循环优化、函数内联、数据布局优化等方面都有深入的研究和实现。
MSVC的优化目标: MSVC的优化器也一直在进步,并且在针对Intel/AMD x86/x64架构的特定优化上也有其独到之处。尤其是在利用某些CPU指令集(如AVX)和特定硬件特性时,MSVC可能表现出色。
差异化体现在何处? 经验上,GCC/Clang在生成高度优化的通用代码方面,尤其是在处理复杂的模板元编程、递归算法或者对内存访问模式要求苛刻的代码时,有时能生成比MSVC更快的代码。这可能与它们在分析程序控制流、数据依赖关系以及选择最优的指令序列方面采取的策略有关。例如,对于某些复杂的嵌套循环或递归调用,LLVM的Pass Manager可以应用更广泛和深入的优化。

2. 生成代码的多样性与针对性:
LLVM的后端优势: LLVM项目的设计非常模块化,其后端(负责生成机器码)可以针对不同的CPU架构进行高度定制。这意味着Clang可以更容易地利用特定架构的新指令集和特性,从而生成更优化的代码。
MSVC的优化是“一体化”的: MSVC的优化器与前端(解析和语义分析)是紧密耦合的,虽然也支持不同的CPU特性,但其灵活性和针对性可能不如LLVM那样可以通过独立的后端来扩展。

3. 基准测试的局限性:
具体代码决定一切: 需要强调的是,任何关于性能的笼统说法都需要谨慎。对于很多常见的代码模式,MSVC生成的代码性能可能与GCC/Clang相当,甚至在某些特定情况下更好。例如,一些涉及大量Windows API调用的代码,MSVC可能因为其对这些API的内部了解和优化而表现更佳。
第三方库和框架的影响: 很多开源项目和库,在被编译和使用时,开发者会倾向于使用GCC/Clang,这使得这些库的性能优化很大程度上是为这些编译器服务的。当这些库被MSVC编译时,可能无法充分发挥其潜在的性能。

微软“做不好”C语言编译器吗?

不是说微软“做不好”,而是说在某些方面,其策略和侧重点与社区驱动的开源项目有所不同,导致了用户体验上的差异。

1. 历史包袱与技术债务: MSVC的历史非常悠久,早期版本的架构和设计可能也带来了一些技术债。虽然微软一直在努力重构和改进,但彻底的重写是一项巨大的工程。相比之下,Clang是从头开始设计的,可以避免一些历史遗留问题。

2. 商业模式的考量:
Visual Studio的整体价值: 微软销售的是整个Visual Studio开发环境,而不仅仅是一个C++编译器。编译器是其中的一个重要组成部分,但IDE的其他特性(如强大的调试器、IntelliSense、UI设计工具、部署工具等)才是其核心竞争力。因此,微软可能会将资源优先投入到能提升整体IDE体验的方面,而不是单纯追求C++标准支持的领先性。
跨平台策略的演变: 早期,C++开发在Windows平台上,MSVC是事实上的标准。但随着跨平台开发需求的增长,微软也推出了WSL(Windows Subsystem for Linux)以支持GCC/Clang在Windows上的使用,并且微软内部也开始更多地拥抱开源,如其收购GitHub,并积极贡献给LLVM项目(例如,微软的C++团队在LLVM和Clang的开发中扮演着重要角色)。这表明微软也在适应市场变化。

3. 目标用户的不同:
MSVC的目标用户: 很大一部分MSVC的用户是Windows平台上的企业开发者,他们需要一个稳定、集成度高、有良好技术支持的开发环境。对于他们来说,与Windows生态系统的兼容性和IDE的易用性可能比C++标准的最新特性更重要。
GCC/Clang的目标用户: 开源社区、游戏开发、嵌入式开发、高性能计算等领域,对语言标准的追随速度、性能优化以及工具链的灵活性有更高的要求,GCC/Clang往往是首选。

总结来说:

MSVC不是“做不好”C语言编译器,它是一个成熟、功能强大且在Windows开发生态中占据主导地位的工具。然而,与GCC/Clang相比,它在某些方面(如最新C++标准的采纳速度、对语言扩展的支持、以及在特定场景下的代码性能)表现出差异。

这些差异并非源于微软在技术上的无能,而是其商业策略、产品定位、历史包袱以及对开发者群体需求的优先级排序所致。随着跨平台开发的兴起以及开源社区的蓬勃发展,我们看到微软自身也在积极参与开源社区,并致力于提升其编译器在各个方面(包括对新标准的追随和性能优化)的表现。未来,这种差距可能会逐渐缩小,或者以一种更加互补的方式存在。

网友意见

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微软做的从来都是 C++ 编译器,C 语言支持只是附带功能,甚至只是因为 C++ 本身兼容 C 语言导致的额外特性,我猜测微软本来就没打算让 MSVC 兼容 C 语言,其实因为恰好支持了最古老的 C89,后边也就懒得把相关支持去掉。

或者你可以理解为:MSVC 的 C 语言支持是充话费送的。

所以 MSVC 算是一个不错的 C++ 编译器,但并不能算是一个具备主流水准的 C 语言编译器。

在微软的平台下,微软也从来不推荐你使用 C 语言,人家最初一开始玩的就是 C++ 跟 COM,现在玩的是 .NET,但无论微软玩的是什么。。。反正从来就没有重视过 C 语言。因为微软并不推荐你使用 C 语言进行 Windows 编程。人家推荐你至少使用 C++ 起步。


结论:微软不是做不好 C 语言编译器,是根本就没打算要做 C 语言编译器。目前的编译器只不过恰好碰巧支持了 C 语言,并且微软懒得把相关支持删除掉而已。

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