學(xué)習(xí)C++之C++的復(fù)雜性

C++的復(fù)雜性始終是一個(gè)不可回避的現(xiàn)實(shí)。C++中有大量的陷阱和缺陷，后者導(dǎo)致了數(shù)目驚人的慣用法和workarounds。不加選擇的全盤(pán)預(yù)先學(xué)習(xí)，是非常糟糕的做法，不僅低效，而且根本沒(méi)有必要，實(shí)在是浪費(fèi)生命。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“我只想知道‘他’(宇宙)的設(shè)計(jì)理念，其它的都是細(xì)節(jié)”。然而，正如另一些讀者指出的，如果對(duì)C++中的這些細(xì)節(jié)事先一點(diǎn)都沒(méi)有概念的話，那么實(shí)際編碼中一旦遇到恐怕就變成沒(méi)頭蒼蠅了，也許到哪里去RTFM都不知道。這也是為什么那么多C++面試都會(huì)不厭其煩地問(wèn)一些有代表性的語(yǔ)言細(xì)節(jié)的原因。

把細(xì)節(jié)全盤(pán)裝在腦子里固然不好，但對(duì)細(xì)節(jié)一無(wú)所知同樣也不是個(gè)辦法。那么對(duì)于C++程序員來(lái)說(shuō)，在學(xué)習(xí)中究竟應(yīng)該以怎樣的態(tài)度和學(xué)習(xí)方法來(lái)對(duì)付C++的復(fù)雜性呢?其實(shí)答案也非常簡(jiǎn)單，首先有一些很重要&必須的語(yǔ)言細(xì)節(jié)&特性是需要掌握的，然后我們只需知道在C++中大抵有哪些地方有復(fù)雜性(陷阱、缺陷)，那么遇到問(wèn)題的時(shí)候自然能夠知道到哪兒去尋找答案了。

C++的復(fù)雜性分類

這里并不詳細(xì)羅列C++的復(fù)雜性，而是提供一個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)。C++的復(fù)雜性有兩種分類辦法，一是分為非本質(zhì)復(fù)雜性和本質(zhì)復(fù)雜性;其中非本質(zhì)復(fù)雜性分為缺陷和陷阱兩類。另一種分類辦法是按照?qǐng)鼍胺诸悾簬?kù)開(kāi)發(fā)場(chǎng)景下的復(fù)雜性和日常編碼的復(fù)雜性。從從事日常編碼的實(shí)踐者的角度來(lái)說(shuō)，采用后一種分類可以讓我們迅速掌握80%場(chǎng)景下的復(fù)雜性。

二八法則

以下通過(guò)列舉一些常見(jiàn)的例子來(lái)解釋這種分類標(biāo)準(zhǔn)：

80%場(chǎng)景下的復(fù)雜性：

1. 資源管理(C++日常復(fù)雜性的最主要來(lái)源)：深拷貝&淺拷貝;類的四個(gè)特殊成員函數(shù);使用STL;RAII慣用法;智能指針等等。

2. 對(duì)象生命期：局部&全局對(duì)象生存期;臨時(shí)對(duì)象銷(xiāo)毀;對(duì)象構(gòu)造&析構(gòu)順序等等。

3. 多態(tài)

4. 重載決議

5. 異常(除非你不用異常)：棧開(kāi)解(stack-unwinding)的過(guò)程;什么時(shí)候拋出異常;在什么抽象層面上拋出異常等等。

6. undefined&unspecified&implementation defined三種行為的區(qū)別：i++ + ++i是undefined behavior(未定義行為——即“有問(wèn)題的，壞的行為，理論上什么事情都可能發(fā)生”);參數(shù)的求值順序是unspecified(未指定的——即“你不能依賴某個(gè)特定順序，但其行為是良好定義的”);當(dāng)一個(gè)double轉(zhuǎn)換至一個(gè)float時(shí)，如果double變量的值不能精確表達(dá)在一個(gè)float中，那么選取下一個(gè)接近的離散值還是上一個(gè)接近的離散值是implementation defined(實(shí)現(xiàn)定義的——即“你可以在實(shí)現(xiàn)商的編譯器文檔中找到說(shuō)明”)。這些問(wèn)題會(huì)影響到你編寫(xiě)可移植的代碼。

(注：以上只是一個(gè)不完全列表，用于演示該分類標(biāo)準(zhǔn)的意義——實(shí)際上，如果我們只考慮“80%場(chǎng)景下的復(fù)雜性”，記憶和學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)便會(huì)大大減小。)

20%場(chǎng)景下的復(fù)雜性：

1. 對(duì)象內(nèi)存布局

2. 模板：偏特化;非類型模板參數(shù);模板參數(shù)推導(dǎo)規(guī)則;實(shí)例化;二段式名字查找;元編程等等。

3. 名字查找&綁定規(guī)則

4. 各種缺陷以及缺陷衍生的workarounds(C++書(shū)中把這些叫做“技術(shù)”)：不支持concepts(boost.concept_check庫(kù));類型透明的typedef(true-typedef慣用法);弱類型的枚舉(強(qiáng)枚舉慣用法);隱式bool轉(zhuǎn)換(safe-bool慣用法);自定義類型不支持初始化列表(boost.assign庫(kù));孱弱的元編程支持(type-traits慣用法;tag-dispatch慣用法;boost.enable_if庫(kù);boost.static_assert庫(kù));右值缺陷(loki.mojo庫(kù));不支持可變數(shù)目的模板參數(shù)列表(type-list慣用法);不支持native的alignment指定。

(注：以上只是一個(gè)不完全列表。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)節(jié)或技術(shù)在日常編程中極少用到，尤其是各種語(yǔ)言缺陷衍生出來(lái)的workarounds，構(gòu)成了一個(gè)巨大的長(zhǎng)尾，在無(wú)論是C++的書(shū)還是文獻(xiàn)中都占有了很大的比重，作者們稱它們?yōu)榧夹g(shù)，然而實(shí)際上這些“技術(shù)”絕大多數(shù)只在庫(kù)開(kāi)發(fā)當(dāng)中需要用到。)

非本質(zhì)復(fù)雜性&本質(zhì)復(fù)雜性

此外，考慮另一種分類辦法也是有幫助的，即分為非本質(zhì)復(fù)雜性和本質(zhì)復(fù)雜性。

非本質(zhì)復(fù)雜性(不完全列表)

1. 缺陷(指能夠克服的問(wèn)題，但解決方案很笨拙;C++的書(shū)里面把克服缺陷的workarounds稱作技術(shù)，我覺(jué)得非常誤導(dǎo))。

2. 陷阱(指無(wú)法克服的問(wèn)題，只能小心繞過(guò);如果跌進(jìn)去，那就意味著你不知道這個(gè)陷阱，那么很大可能性你也不知道從哪去解決這個(gè)問(wèn)題)：一般來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)合格的程序員(不管是不是C++程序員)，80%場(chǎng)景下的語(yǔ)言陷阱是需要記住才行的。比如深拷貝&淺拷貝;基類的析構(gòu)函數(shù)應(yīng)當(dāng)為虛;缺省生成的類成員函數(shù);求值順序&序列點(diǎn);類成員初始化順序&聲明順序;導(dǎo)致不可移植代碼的實(shí)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題等。

本質(zhì)復(fù)雜性(不完全列表)

1. 內(nèi)存管理

2. 對(duì)象生命期

3. 重載決議

4. 名字查找

5. 模板參數(shù)推導(dǎo)規(guī)則

6. 異常

7. OO(動(dòng)態(tài))和GP(靜態(tài))兩種范式的應(yīng)用場(chǎng)景和交互

總而言之，該文的目的是要告訴你從一個(gè)較高的層次去把握C++中的復(fù)雜性。其中最重要的一個(gè)指導(dǎo)思想就是在學(xué)習(xí)的過(guò)程中注意你正學(xué)習(xí)的技術(shù)或細(xì)節(jié)到底是80%場(chǎng)景下的還是20%場(chǎng)景下的，如果是20%場(chǎng)景下的(有大量這類復(fù)雜性，其中尤數(shù)各種各樣的workarounds為巨)，那么也許最好的做法是只記住一個(gè)大概，不去作任何深究。此外，一般來(lái)說(shuō)，不管使用哪門(mén)語(yǔ)言，認(rèn)識(shí)語(yǔ)言陷阱對(duì)于編程來(lái)說(shuō)都是一個(gè)必要的條件，語(yǔ)言陷阱的特點(diǎn)是如果你掉進(jìn)去了，那么很大可能意味著你本來(lái)就不知道這有個(gè)陷阱，后者很大可能意味著你不知道如何解決。友情提示：獲得更多學(xué)科學(xué)習(xí)視頻+資料+源碼，請(qǐng)加QQ：3276250747。

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作者：黑馬程序員C/C++培訓(xùn)學(xué)院

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