C++ 培訓(xùn)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。

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作者：傳智播客C/C++培訓(xùn)學(xué)院
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