Carbon от Google: реальный шанс уйти от легаси C++

В мире программирования появился новый игрок – экспериментальный язык Carbon от Google, который вызвал немало шума в сообществе разработчиков. Представленный в 2022 году Чендлером Каррутом, этот проект позиционируется как потенциальный преемник C++ – языка, на котором написаны миллионы строк кода в самых разных системах, от операционок до игровых движков.

Carbon появился не просто так. Он стал ответом на многолетние боли разработчиков, вынужденных мириться с растущим легаси C++ и сложностями его эволюции. Google, управляющий колоссальной кодовой базой, решил предложить альтернативу – язык, который сохранит производительность C++, но избавится от его исторического багажа.

Вопрос в том, удастся ли Карбону достичь этой амбициозной цели? Сможет ли он предложить достаточно преимуществ, чтобы оправдать миграцию с проверенного временем, хоть и проблемного, C++? Сейчас, когда до предполагаемого релиза в 2024-2025 году осталось совсем немного, пора разобраться, что представляет собой Carbon и какие перспективы у этого нового языка программирования.

Скриншот демонстрирует официальный репозиторий языка Carbon. Видны основные директории проекта (core, docs, examples, toolchain и др.), количество звёзд (32.9k), форков (1.5k) и активных участников (более 160 контрибьюторов). Это подчёркивает, что язык Carbon активно развивается, открыт для сообщества и поддерживается Google.

Почему Google решил разработать новый язык?

Проблемы C++: почему корпорациям он больше не нравится?

Если вы когда-нибудь пытались разобраться с масштабным проектом на C++, то, вероятно, испытали тот особый сорт программистской боли, который знаком каждому «плюсовику». C++ – это как старый дом с множеством пристроек: когда-то он был компактным и понятным, но за 40+ лет существования превратился в лабиринт из новых и устаревших элементов.

Главная проблема, которая заставила Google задуматься о создании Carbon, – это так называемая проблема «обратной совместимости». Звучит безобидно, но на практике это настоящий кошмар. Представьте: вы хотите реализовать современную, более эффективную версию какой-то функции (как Google пытался заменить устаревший unordered_map на более быстрый flat_hash_map), но вам говорят: «А как же код, скомпилированный 20 лет назад? Он же может сломаться!»

Еще одна головная боль – безопасность. C++ дает разработчикам огромную свободу, которая, как известно, приходит с огромной ответственностью (и бесконечными багами). По сути, язык позволяет вам выстрелить себе в ногу множеством изощренных способов. В результате крупные компании тратят колоссальные ресурсы на разбор инцидентов безопасности, вызванных проблемами управления памятью, указателями и прочими «радостями» низкоуровневого программирования.

Синтаксис C++ – еще одна притча во языцех. Он настолько запутан и перегружен историческими наслоениями, что новичкам требуются годы, чтобы освоить все его тонкости. Шаблонный код зачастую превращается в неудобочитаемую абракадабру из угловых скобок и странных конструкций.

Наконец, колоссальное количество легаси – унаследованного кода, который никто не решается трогать, – превращает эволюцию C++ в черепашьи бега. Скорость внедрения новых возможностей и исправления архитектурных проблем настолько мала, что крупным корпорациям проще создать новый язык, чем дождаться улучшений в самом C++.

В какой-то момент Google, видимо, осознал простую истину: выигрыш от производительности C++ перестал компенсировать потери от его проблем, и пора искать новый путь. Этим путем и стал Carbon.

Почему Rust не стал заменой C++?

Казалось бы, зачем изобретать велосипед, когда уже есть Rust? Этот современный язык был создан с чистого листа, решает многие проблемы безопасности памяти и при этом не уступает C++ в производительности. Многие эксперты считают Rust идеальным преемником C++. Так почему же Google решил пойти своим путем?

Дело в том, что для компании с 250+ миллионами строк кода на C++ (а к 2024 году это число уже существенно выросло) миграция на Rust – это как переезд в новую квартиру, перенося вещи на руках через лабиринт с минами. Технически возможно, но практически – невероятно сложно и рискованно.

Rust, при всех своих достоинствах, не был создан как язык для миграции с C++. Его система владения ресурсами и заимствования (ownership and borrowing), хоть и гениальна для обеспечения безопасности, требует полностью иного мышления от разработчиков. Переписать существующий C++-код на Rust – это не просто смена синтаксиса, а часто полное переосмысление архитектуры.

При этом Google, как и другие гиганты вроде NVIDIA или Bloomberg, хотел бы сохранить возможность использования существующего C++-кода, библиотек и инструментов. Для них критически важно иметь «мостик» между старым кодом и новым – возможность постепенного перехода, а не революционного скачка.

Карбон был задуман именно для этого – как язык-преемник, который можно внедрять постепенно, файл за файлом, сохраняя совместимость с существующей кодовой базой. Этот подход больше похож на то, как TypeScript дополнил JavaScript или Kotlin – Java.

Rust, безусловно, выигрывает в безопасности и зрелости (он уже активно используется в production), но Карбон может оказаться более прагматичным выбором для компаний с огромными кодовыми базами на C++. Как говорится, лучшее – враг хорошего, и иногда плавная эволюция эффективнее революции.

Что такое Carbon и чем он отличается от C++?

Итак, что же представляет собой Карбон на самом деле? Если отбросить маркетинговые заявления и амбициозные планы, мы увидим экспериментальный язык программирования с открытым исходным кодом, находящийся на GitHub под лицензией Apache-2.0-with-LLVM-Exception. Проект пока что в активной разработке, и первая полноценная версия ожидается лишь к 2024-2025 годам.

Carbon можно рассматривать как своеобразный «C++ 2.0» – язык, который стремится сохранить сильные стороны своего предшественника, но при этом избавиться от 40-летнего багажа проблем и устаревших решений. Главное отличие – это философский подход к развитию языка: в Карбон готовы жертвовать обратной совместимостью ради развития, что для C++ остается табу.

Совместимость с C++

Здесь кроется ключевое преимущество Carbon перед другими потенциальными заменителями C++. Разработчики Google не просто создают новый язык – они строят мост между существующими C++-кодовыми базами и миром будущего. Предполагается, что вы сможете постепенно мигрировать проект, файл за файлом, интегрируя код на Карбоне с существующим C++-кодом.

Это как реновация квартиры комната за комнатой, а не снос всего дома и строительство нового. Звучит заманчиво, особенно если у вас миллионы строк унаследованного кода.

Новый синтаксис и упрощенные конструкции

Синтаксис Карбона – это как C++, но после генеральной уборки. Исчезли устаревшие конструкции, странные исключения из правил и неочевидные особенности. Вместо них – более логичная и последовательная система записи кода.

Например, переменные всегда объявляются с помощью ключевого слова var, функции – с fn, а типы данных указываются после двоеточия. Это напоминает современные языки вроде Swift или TypeScript:

var x: i32 = 42;

fn Add(a: i32, b: i32) -> i32 {

    return a + b;

}

По сравнению с зачастую запутанным синтаксисом C++, это просто глоток свежего воздуха.

Безопасность памяти

Carbon не обещает полного решения проблем с управлением памятью (в отличие от Rust), но предлагает серьезные улучшения по сравнению с C++. Язык включает в себя механизмы, которые помогают избежать типичных ошибок и утечек памяти, но при этом сохраняет производительность, столь важную для проектов, которые сейчас пишутся на C++.

Это своего рода компромисс между тотальным контролем Rust и вседозволенностью C++.

Открытая разработка и развитие

Хотя Carbon инициирован Google, это открытый проект, который должен жить своей жизнью независимо от корпорации. Предполагается, что со временем его развитие будет контролироваться сообществом разработчиков, как это произошло с языком Go.

Такой подход призван избежать судьбы проприетарных языков, которые редко выживают в долгосрочной перспективе без поддержки открытого сообщества энтузиастов и профессионалов.

Карбон – это амбициозная попытка создать язык, который удержит баланс между необходимостью эволюции и потребностью в совместимости с огромными существующими кодовыми базами. Будет ли эта попытка успешной – покажет только время.

Ключевые особенности

Теперь, когда мы разобрались в общих чертах, зачем Google решил «запилить» еще один язык программирования (как будто их мало), давайте посмотрим на технические детали, которые делают Carbon интересным. Ведь, как говорится, дьявол (и программистский восторг) кроется в деталях.

Новый синтаксис и удобочитаемость

Я уже упоминал, что синтаксис Карбон напоминает нормальный человеческий язык — по крайней мере, по сравнению с C++. Но давайте посмотрим на конкретные примеры. Вот как выглядит объявление переменных и простые структуры данных:

// Объявление переменных

var count: i32 = 42;

let pi: f64 = 3.14159; // константа

// Объявление класса

class Item {

  var x: i32;

  var y: i32;

  var payload: String;

}

// Функция

fn Calculate(a: i32, b: i32) -> i32 {

  return a * b + a;

}

// Условная конструкция

if (count > 10) {

  Print("Много!");

} else {

  Print("Мало!");

}

// Цикл

for (var name: String in names) {

  Print(name);

}

Заметьте, насколько всё унифицировано и последовательно: var для переменных, let для констант, fn для функций, типы справа от имен. Больше никаких int, bool, float с одной стороны и auto, void, char с другой — всё логично структурировано. Это похоже на современные языки вроде Kotlin или Swift, и далеко от хаоса C++, который за 40 лет накопил слои синтаксических конструкций, как археологические раскопки — слои разных эпох.

Улучшенные механизмы управления памятью

Карбон не обещает магического решения всех проблем с памятью (это было бы слишком просто), но предлагает более разумный подход, чем C++. По умолчанию переменные доступны только для чтения, что снижает вероятность случайного изменения важных данных.

Функции по умолчанию также работают только с копиями данных, а не с оригиналами — для изменения исходных значений нужно явно указывать это. Такой подход сокращает количество неожиданных побочных эффектов.

Сравнительная таблица механизмов памяти:

В отличие от Rust, Карбон не требует переосмысления всей концепции владения памятью, что облегчает переход для C++ разработчиков. Но при этом он включает ряд ограничений и инструментов, снижающих вероятность типичных ошибок.

Поддержка дженериков и обобщенного программирования

Если вы когда-нибудь имели несчастье работать с шаблонами C++, то знаете, что это — отдельный круг программистского ада. Сложные конструкции, непонятные ошибки компиляции, загадочные сообщения — всё это превращает работу с шаблонами в настоящий квест.

Carbon использует более современную и понятную систему дженериков, вдохновленную Rust. Вместо сложного синтаксиса C++ мы видим более ясный подход:

// Пример дженерика в Carbon

fn Max[T:! Comparable](a: T, b: T) -> T {

  return if a >= b then a else b;

}

Эта система не только проще для понимания, но и даёт компилятору больше информации для проверки типов и выявления ошибок на ранних стадиях. А это, как известно, существенно экономит время разработчиков (и нервы, и кофе).

Встроенная модульная система и пакетный менеджер

Одна из самых болезненных проблем C++ — система включения заголовочных файлов через директивы #include. Технически это просто копирование текста файла в другой файл, что приводит к замедлению компиляции, конфликтам имён и другим прелестям.

Карбон предлагает полноценную модульную систему, похожую на те, что используются в современных языках:

Никаких препроцессорных директив, никаких конфликтов имён, никаких многократных компиляций одного и того же кода. Кроме того, Carbon планирует включать полноценный пакетный менеджер, который упростит управление зависимостями — то, о чём C++ разработчики мечтают уже десятилетия.

// Импорт модуля

import Math;

// Использование функции из модуля

var result: f64 = Math.Sqrt(16.0);

Всё это делает Карбон не просто синтаксическим сахаром поверх C++, а действительно новым языком, который учитывает уроки прошлого и современные потребности разработчиков. Вопрос лишь в том, будет ли этого достаточно, чтобы убедить консервативное сообщество C++ перейти на новую платформу. История показывает, что подобные переходы редко бывают быстрыми или простыми.

Carbon против конкурентов: сравнительный анализ

Когда речь заходит о выборе языка программирования, разработчики (как и маркетологи) любят сравнительные таблицы. Ничто так не тешит самолюбие программиста, как возможность обосновать, почему его любимый язык объективно лучше других. Давайте же дадим пищу для подобных размышлений и сравним Carbon с его главными конкурентами — C++ (естественно) и Rust (как современную альтернативу).

Моё сравнение — чистое оценочное суждение, основанное на имеющихся данных о прототипе Карбон и многолетнем опыте с другими языками. Как говорится, ваш пробег может отличаться, особенно учитывая, что Carbon пока что существует больше в виде обещаний, чем реального инструмента.

Как видно из таблицы, каждый язык имеет свои сильные и слабые стороны. Карбон занимает промежуточное положение между устаревающим, но повсеместно используемым C++ и революционным, но требующим переосмысления Rust.

Carbon взял лучшее от обоих миров: современный синтаксис и инструменты от новых языков, при этом сохранив возможность постепенной миграции и совместимость с C++. Эта стратегия «и рыбку съесть, и в суд не ходить» может оказаться очень привлекательной для корпоративных пользователей, у которых миллионы строк кода на C++.

С другой стороны, Carbon пока что остается больше обещанием, чем реальностью. Его экосистема только формируется, инструменты находятся в разработке, а соотношение шума к реальным достижениям пока слишком высоко. Rust, хоть и требует более радикальных изменений в мышлении разработчиков, уже сейчас предоставляет работающие решения и активно применяется в промышленной разработке.

Времена, когда языки программирования могли десятилетиями доминировать на рынке, прошли. Сейчас мы живем в эпоху множества специализированных инструментов, и вполне возможно, что Карбон найдет свою нишу рядом с C++ и Rust, а не заменит их полностью. Впрочем, это лишь мое предположение — окончательный вердикт вынесет само сообщество разработчиков.

Где можно применять?

Теперь давайте поговорим о практическом применении Carbon – гипотетически, конечно, учитывая экспериментальный статус языка. В каких сферах этот новый язык потенциально может найти свое место? Спойлер: везде, где сейчас царствует C++, но с некоторыми оговорками.

Системное программирование

Первая и самая очевидная область – системное программирование. Создание операционных систем, драйверов, системных утилит и низкоуровневых компонентов – это традиционная территория C и C++. Carbon, с его высокой производительностью и улучшенной безопасностью памяти, мог бы стать достойной альтернативой, особенно для новых проектов или модулей, где не требуется совместимость с устаревшим кодом.

Представьте себе возможность постепенно перевести части ядра Linux или компоненты Windows на более безопасный и читаемый язык, сохраняя при этом совместимость с существующей экосистемой – звучит заманчиво, не правда ли? Хотя, конечно, подобные миграции обычно занимают годы, если не десятилетия.

Разработка игр

Игровая индустрия – еще одна сфера, где C++ остается доминирующим языком, несмотря на все его недостатки. Отчасти это связано с требованиями к производительности, отчасти – с инерцией и огромным количеством существующего кода и инструментов.

Carbon может предложить разработчикам игр тот же уровень производительности, но с более современным синтаксисом и улучшенной безопасностью. Для небольших инди-студий или новых проектов в крупных компаниях Carbon мог бы стать интересным выбором, особенно учитывая его совместимость с существующими библиотеками C++.

Высокопроизводительные вычисления и научные расчеты

Области, требующие максимальной вычислительной мощности – обработка больших объемов данных, машинное обучение, научные расчеты – традиционно полагаются на C++ (и иногда Fortran). Carbon, сохраняя производительность C++, но предлагая более современные абстракции и инструменты, мог бы упростить разработку в этих областях.

Представьте себе код для работы с тензорами или линейной алгеброй, написанный на Карбон – читаемый, поддерживаемый и при этом такой же быстрый, как аналогичный код на C++. Или возможность постепенно мигрировать большие научные проекты с legacy-кода на более современную и безопасную платформу.

Встраиваемое программирование

Устройства с ограниченными ресурсами – от микроконтроллеров до IoT-устройств – еще одна область, где C++ активно используется. Carbon, если он действительно сможет обеспечить такую же производительность и контроль над ресурсами, мог бы стать привлекательной альтернативой для новых проектов.

Правда, здесь есть серьезный вопрос о зрелости инструментов и поддержке различных платформ, что критически важно для встраиваемых систем. Вряд ли Carbon в ближайшее время сможет догнать C++ по этим параметрам.

В целом, Carbon имеет потенциал применения в любой области, где сейчас используется C++, но с рядом оговорок: он должен доказать свою производительность, стабильность и предоставить достаточно богатую экосистему инструментов. Учитывая, что язык находится в экспериментальной стадии, до реального широкомасштабного применения еще далеко – но потенциал, безусловно, есть.

Как устроена экосистема?

Экосистема Carbon пока что находится в зачаточном состоянии — что вполне естественно для языка, который всё ещё считается экспериментальным. Но даже на этом этапе можно составить представление о том, как она устроена и куда движется.

Кто разрабатывает Carbon?

Разработкой Карбон руководит Чендлер Каррут — инженер Google, известный своими работами над LLVM и Clang. Он представил language летом 2022 года на конференции CppNorth, что стало первым публичным анонсом проекта.

Команда разработчиков довольно небольшая — около пяти ключевых инженеров, многие из которых ранее работали над Clang (компилятором C++). Среди них такие заметные фигуры как Ричард Смит, участвовавший в разработке стандарта C++, и Джош Левенберг, один из идеологов перехода Google на инфраструктуру LLVM и Clang.

Несмотря на то, что Carbon инициирован Google, это открытый проект, и предполагается, что со временем контроль над его развитием перейдёт к сообществу, как это произошло с Go. Это важное отличие от проприетарных языков — открытость должна обеспечить Карбон долгую жизнь независимо от корпоративных интересов.

Доступные инструменты

На момент написания статьи доступен лишь прототип Карбон — Carbon Explorer. Это не полноценный компилятор, а скорее инструмент для экспериментов с синтаксисом и функциональностью language.

Для работы с Carbon Explorer требуется установить несколько компонентов:

• Homebrew (для macOS и Linux)
• Bazel (инструмент сборки и тестирования)
• LLVM (виртуальная машина, на которой базируется Carbon)

После установки всех компонентов можно загрузить Carbon Explorer с GitHub и начать экспериментировать с синтаксисом и возможностями языка.

Документация и спецификации

Как и сам язык, документация Carbon находится в процессе разработки. Основные ресурсы сосредоточены на GitHub, где можно найти:

• Описание синтаксиса и ключевых концепций
• Руководства по установке и использованию Carbon Explorer
• Дизайн-документы, описывающие философию и архитектурные решения
• Планы развития language

Спецификации Карбон разрабатываются с учётом существующих стандартов в области системного программирования, включая ISO-стандарт C++, LLVM, Clang, а также опыт современных language вроде Rust, Swift и Kotlin.

Дорожная карта развития

Согласно заявлениям разработчиков, первая экспериментальная версия Carbon ожидается к 2024-2025 годам, а полноценный релиз — после 2027 года. Это довольно длительный цикл разработки, но он отражает сложность задачи — создать язык, который мог бы стать полноценной альтернативой C++.

В долгосрочной перспективе планируется:

• Создание стабильной версии компилятора
• Разработка стандартной библиотеки
• Инструменты для миграции кода с C++
• Полноценный пакетный менеджер
• Интеграция с популярными IDE и редакторами

Всё это выглядит амбициозно, особенно учитывая, что многие языки-претенденты на замену C++ так и не смогли достичь своих целей. Но Google обладает достаточными ресурсами и мотивацией, чтобы довести проект до завершения — внутренние потребности компании в модернизации огромной кодовой базы на C++ являются серьёзным стимулом для развития Carbon.

Будущее Carbon: заменит ли он C++?

Вот мы и подошли к самому интересному вопросу — есть ли у Карбон реальные шансы свергнуть C++ с его трона? Или это очередная попытка Google создать «убийцу» популярного языка, которая закончится частичным успехом в узкой нише или вообще забвением?

Если посмотреть на историю попыток заменить C++, то она не внушает особого оптимизма. Go, созданный в Google еще в 2009 году, так и не стал полноценной заменой C++, хотя нашел свою нишу в серверной разработке. D, Nim, Zig — все эти языки обещали стать «лучшим C++», но ни один из них не смог даже близко приблизиться к его популярности.

В то же время, у Carbon есть несколько преимуществ по сравнению с предыдущими претендентами:

• Акцент на миграцию с C++ — Carbon изначально проектируется как «мост» для плавного перехода с C++, а не как полностью новая платформа, требующая переписывания всего кода.
• Поддержка Google — при всей критике «кладбища проектов Google», компания имеет огромные ресурсы и внутреннюю мотивацию для продвижения Carbon, учитывая размеры её собственной кодовой базы на C++.
• Учёт ошибок предшественников — Карбон создаётся с учётом опыта не только C++, но и других современных языков, включая Rust, Swift, Kotlin.

Однако есть и серьёзные препятствия на пути Carbon к успеху:

• Консерватизм сообщества C++ — разработчики, годами инвестировавшие в изучение сложностей C++, часто с скептицизмом относятся к новым языкам, особенно если они не предлагают радикальных улучшений.
• Конкуренция с Rust — Rust уже сейчас предлагает решение многих проблем C++ и активно внедряется в крупных проектах, включая Linux, Android и сервисы Microsoft.
• Неопределённость развития — экспериментальный статус Carbon и длительный цикл разработки создают риски для компаний, рассматривающих его для производственного использования.

Скорее всего, Carbon повторит путь многих языков-наследников: он не заменит C++ полностью, но может найти свою нишу, особенно в крупных компаниях, которые хотят модернизировать существующие кодовые базы без полного переписывания. Вполне возможно, что через 10-15 лет мы увидим экосистему, где C++, Rust и Carbon сосуществуют, каждый в своей области применения.

В любом случае, появление Карбон — это положительный знак для индустрии. Даже если он не станет прямым наследником C++, сама попытка Google решить накопившиеся за десятилетия проблемы — это шаг вперёд, который может стимулировать развитие других языков и инструментов.

Финальный вердикт? Carbon имеет потенциал, но только время покажет, сможет ли он преодолеть инерцию индустрии и действительно стать языком будущего. А пока что он остаётся интересным экспериментом, за которым стоит внимательно следить — особенно если вы разработчик, чья карьера связана с C++.