C++之父:C++ 的五个普遍误解(1)

[编注:为了增加您冬天阅读的乐趣,我们很荣幸的奉上Bjarne Stroustrup大神的这个包含3个部分的系列文章。这是第一部分;第二第三部分将在接下来的两个周一发布,即在圣诞节之前完成这个系列。请欣赏。——Ed]

1. 简介

本系列包括 3 篇文章,我将向大家展示并澄清关于C++的五个普遍的误解:

  • 1. “要理解C++,你必须先学习C”
  • 2. “C++是一门面向对象的语言”
  • 3. “为了软件可靠性,你需要垃圾回收”
  • 4. “为了效率,你必须编写底层代码”
  • 5. “C++只适用于大型、复杂的程序”

如果你深信上述误解中的任何一个,或者有同事深信不疑,那么这篇短文正是为你而写。对某些人,某些任务,在某些时间,其中一些误解曾经只是正确的。然而,在如今的C++,应用广泛使用的最先进的ISO C++ 2011编译器和工具,它们只是误解。

我认为这些误解是“普遍的”,是因为我经常听到。偶尔,它们有原因来支持,但是它们经常地被作为明显的、不需要理由的支持地表达出来。有时,它们成为某些场景下不考虑使用C++的理由。

每一个误解,都需要一大篇文章,甚至一本书来澄清,但是这里我的目标很简单,就是抛出问题,并简明地陈述我的原因。

2. 误解1:“要理解C++,你必须先学习C”

不。学习C++基础编程比学习C要容易地多。

C几乎是C++的一个子集,但是它不是最先要学习的最好的子集,因为C缺少计数支持,类型安全,和易用的标准库,而C++为简单任务提供了这些。考虑一个拼接email地址的简单函数:

它可能被这样使用

而C语言版本需要显式地字符复制和显式地内存管理:

它可能被这样使用

哪个版本你更愿意教?哪个版本更容易使用呢?刚才我的C版本代码写对了吗?你确定?为什么?

最后,哪个版本可能更有效率呢?是的,是C++版本。因为它不需要数参数中字符的个数,也不需要释放参数中短字符串的空间(动态内存)。

2.1 学习C++

这不是一个奇怪的孤立例子。我认为它是典型的。那为什么有那么多老师坚持“先学习C”的观点?
• 因为多年来他们一直这么做。
• 因为这是课程所要求的。
• 因为老师们年轻时就是这么学习的。
• 因为C比C++小,就认为C比C++简单。
• 因为学生们迟早要学习C(或者C++的C子集)。

然而,C并不是最先学习C++的最容易或者最常用的子集。更进一步,一旦你知道了C++的合理数量,C子集很容易学习。先学习C,会导致不断忍受错误,以及学习如何避免这些错误,而在C++中很容易避免这些错误。

对于用现代的方法教学C++,看我的书Programming: Principles and Practice Using C++。它甚至在结尾有一章,专门讲如何使用C。它在多个大学中数以万计的初学者中成功应用。为了灵活学习,这本书的第二版中使用了C++11和C++14工具。

在C++11[11-12]中,C++对初学者更友好。例如,标准库中使用元素序列初始化一个vector:

在C++98中,我们只能使用列表来初始化数组。而在C++11中,我们可以定义一个构造函数,接收可以是任意需要类型的{}初始化列表。

我们能够使用range-for循环来遍历vector:

它将对v中的每一个元素,调用一次test()。

range-for循环可以遍历任意序列,因此我们可以直接使用初始化列表来简化上面的例子:

C++11的一个目标就是,让简单的事情简单化。自然地,它在没有增加性能负担的前提下实现了。

3. 误解2:“C++是一门面向对象的语言”

不。C++支持OOP和其他编程风格,但它并不局限于狭隘的“面向对象”。它综合地支持了包括面向对象和泛型编程技术。通常,一个问题的最优解决方案,包含不止一种风格(范例)。“最优”,我指的是最短、最易于理解、最有效率和最易于维护等。

“C++是一门面向对象的语言”使人们认为C++不是必要的(当与C做比较时),除非你需要一个巨大的类继承层次以及很多须函数(运行时多态)——对很多人和很多问题,这样应用并不合适。相信这个误区导致C++因为不是纯面向对象而遭到谴责;毕竟,如果你把“好”和“面向对象”等同起来,那么C++明显包含了很多不是面向对象的东西,一定会被认为是“不好”。不管是哪种情形,这个误解为不学习C++提供了一个很好的接口。

考虑一个例子:

它是面向对象的吗?当然是;它关键依赖类的虚函数机制。它是泛型吗?当然是;它关键依赖于一个参数化容器(vector)和泛型函数for_each。它是函数式吗?某种程度上;它使用了lambda表达式([]构造器)。那么它到底是什么?它是现代C++:C++11。

我使用了range-for和标准库算法for_each,就是为了炫一下特性。在真实的代码中,不管我使用哪种方式,我只会使用一种循环。

3.1 泛型编程

你想让这段代码更通用吗?毕竟,它只在指向Shapes的指针向量中使用。如果使用列表和内置数组会怎么样?“智能指针”(资源管理指针)呢,例如shared_ptr和unique_ptr?对于那些你可以调用draw()和rotate()方法,但是类名称不是Shape的对象呢?考虑:

对于任意你需要从first遍历到last的序列,它能够运行。这就是C++标准库算法的风格。我使用了auto,来避免不得不对“类似shape的对象”的接口命名。这是一个C++11特性,即“使用表达式的类型初始化”,因此对于for循环,p的类型由第一次赋值的类型决定。使用auto来表示lambda参数类型是C++14的一个特性,但是已经在使用了。

考虑:

这里,我假设Blob是一个包含draw()和rotate()操作的图形类型,而Container是某种容器类型。标准库列表(std::list)有成员函数begin()和end(),来帮助用户遍历它序列的元素。这是经典的面向对象编程。但是如果Container不支持C++标准算法库遍历半开序列[b:e]的约定呢?如果不包含begin()和end()成员呢?好了,我还从来没有见过哪些容器类是不能被遍历的,因此我们可以定义适当语义的独立begin()和end()函数。这个标准库支持C样式的数组,因此如果Container是C样式的数组,问题能够解决——并且C样式的数组仍然很常见。

3.2 适应性

考虑一个更难的情况:如果容器包含对象指针,而且有着不同的访问和遍历模式呢?例如,假设你需要这样访问一个Container:

这种风格并非不常见。我们可以把它转化成一个[b:e)序列:

注意这种修改方式是非侵入式的:我不需要修改Container或者它的继承类,来把Container映射到支持C++标准算法的遍历模型。这是一种形式的适应,而不是重构。

我选择这个例子,是为了展示泛型编程技术并不局限于标准算法库(标准算法中它很常见)。同样,对大多数常见的“面向对象”定义,它们不是面向对象的。

C++代码必须是面向对象的想法(即到处使用类继承和虚方法),可能严重损坏效率。如果你需要一组类型的运行时解决方案,面向对象编程的观点是伟大的。我就经常使用它。然而,它是相对严格的(并不是每个类型都适应类继承),并且虚方法调用抑制了内链函数(它可以在一些简单而重要的场景中降低你50倍的速度)。

附言

在我的下一部分,我将讲解“为了软件可靠性,你需要垃圾回收”。

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关于作者:Sheng Gordon

目前在职,从事IT业。工作7年有余,使用过Delphi,C++,Python等工具和语言。我的新浪微博@GordonSheng 个人主页 · 我的文章 · 23

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