Bjarne Stroustrup被誉为C++语言的创始人,他对这门被广泛应用于系统编程、高性能计算和软件开发领域的语言的发展和演变具有深远影响。Stroustrup的FAQ(常见问题解答)涵盖了从语言设计哲学、编程范式、学习建议到标准化进程的方方面面,是理解C++的宝贵资源。本文将结合Stroustrup的FAQ内容,深入探讨C++的核心特性,以及C++在现代编程生态中的地位和未来方向。首先,Stroustrup强调了类(Classes)在C++设计中的重要性。类不仅帮助程序员组织代码,还提供了清晰的抽象层,使代码的逻辑关系更加明晰。通过定义类,程序员能以自然的方式将现实世界的概念映射到代码中,提高代码的可维护性和可读性。
类设计中最关键的部分是“类不变量”(class invariant),这确保类对象在任何时间点都满足某些正确性条件。Stroustrup特别指出,良好的类设计能有效避免和发现程序缺陷,是构建健壮软件的基础。面向对象编程(OOP)是C++的重要范式之一。虽然不同的编程语言对“面向对象”的定义各异,Stroustrup认为,在C++中,OOP依赖于封装、继承和多态的特性,通过类层级结构和虚函数实现动态运行时绑定,使程序可以以可扩展且灵活的方式操作各种对象类型。Stroustrup借助设备驱动程序的例子阐释了接口的抽象作用及多态性在实际编程中的体现。不过,他同时告诫程序员,OOP并非适用于所有问题,过度使用层级结构可能导致代码复杂,适时结合泛型编程和函数式编程技巧更利于软件设计。
泛型编程是C++语言的另一特色,由于模板机制的支持,程序可以按类型参数进行抽象,这意味着相同的代码能够灵活适用于不同类型的数据结构和算法。Stroustrup称其为“参数化多态”,强调泛型编程在实现类型安全和运行时性能方面的优势。泛型技术在现代C++标准库(如STL)中得到了充分应用,如vector、map、find等强大组件极大地提高了程序员的生产效率。他提到,泛型编程与面向对象的动态多态性互为补充,在不同场景下发挥不同作用。关于C++为什么允许“不安全代码”,Stroustrup解释了这是为了兼顾多种需求,包括底层硬件访问、性能优化和与C语言的兼容性。当然,他建议程序员除非必要应尽量避免使用裸指针、强制类型转换、void指针、宏等容易导致错误的特性,尽可能使用智能指针、标准库容器等现代工具,提高代码安全性和可维护性。
对于学习C++的建议,Stroustrup认为没有一本书能够满足所有人的需求,他推荐初学者选择《Programming: Principles and Practice Using C++》作为入门教材,而具有一定经验的程序员可以阅读《The C++ Programming Language》第四版深入学习语言细节和标准库。学习C++的时间因人而异,理解和掌握语言的核心概念和风格通常需要数月到数年时间。针对“是否必须先学C语言”这个问题,他明确表示否定,认为C++的子集不仅更易学习,还提供了更强的类型检查和丰富的库支持。标准化方面,Stroustrup回顾了从C++98标准到C++14、C++17甚至未来的C++20的发展历程,肯定标准委员会在保持语言稳定性和推动功能创新中的努力。他强调标准文档本身并非入门教程,建议通过权威教材和社区资源深入学习。谈及C++与其他语言的对比,Stroustrup表现出一定的谨慎和保留,他认为语言比较往往片面且难以公平,他更鼓励程序员选择最适合特定项目和需求的语言。
对于Java、C#和C++/CLI等语言,他分别表达了自己的观点和对兼容性、扩展性的关注。特别是在移植性(portability)方面,他认为这是软件成功的重要保证,优秀的软件能跨越不同平台、硬件和操作系统,其设计应当最大限度地减少对特定平台的依赖。Stroustrup也谈到为何C++不像某些新兴语言那样内置垃圾回收机制,他实践推崇资源获取即初始化(RAII)的思想,认为这种方式更高效、可控,垃圾回收是最后的选择且适用于特定场合。网站设计和个人交流上,他坦言自己更注重内容的丰富和准确,而非界面现代化。面对读者大量的邮件和提问,他设定了合理的回复范围,拒绝了作业帮助请求,并呼吁读者发出的邮件应带有真名、礼貌规范。关于数据结构性能的讨论,Stroustrup强调了缓存友好和内存布局的重要性,指出默认推荐使用std::vector等连续存储结构,除非有特定原因需要链表等结构。
他用生动的实验证明了“直观”选择数据结构不一定最优,并鼓励基于测量结果做决策。综合Stroustrup的解答,可以看到C++是一门多范式语言,支持过程式、面向对象和泛型编程,旨在最大限度地兼容C语言,提供对硬件的直接访问,同时支持高层次抽象,兼顾性能与灵活性。其设计理念是在严谨的类型系统和丰富的功能集支持下,实现代码的高效执行和优雅表达。对于想要深入掌握C++的程序员来说,理解其基础设计原则、核心机制以及标准库的使用至关重要。Stroustrup的FAQ不仅涵盖语言本身,也涉及学习方法、标准进程、桥接不同语言和跨平台编程的策略,为C++开发者指明了清晰方向。未来,随着标准的不断更新和工具生态的完善,C++依然保持着强大的生命力和广泛的应用前景。
理解Stroustrup的观点和建议,有助于程序员在日益复杂的软件开发环境中发挥C++的最大优势。