C++還能重新輝煌嗎？C++復雜性的思考

2019-11-17 05:25:46

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　　C++的表面困境來自兩方面，一是開發效率低，而是輕易犯錯，維護難度大。此二者俱是表象，本質就是一個——過度復雜。或有人說C++之要害缺陷是沒有統一完整的類庫支撐，Bjarne Stroustrup即強調此因素。然而這其實只不過是一個結果，而不是原因。正是因為語言太復雜，才無法在有效期內開發出高質量的大一統的類庫。

　　C++的復雜，并非是其體積龐大之必然結果。復雜是對結構混亂無序程度的描述，規模大，結構不見得必然復雜。

　　C++的復雜，也并不是如很多人所認為，是若干種編程范式（paradigms）的并存而至。事實上，現代實用編程語言至少有2-3種范式才能登大雅之堂。以范式數量論，Python和Ruby等新型動態語言的范式甚至多于C++，然而它們卻以簡單和開發效率高著稱。

　　C++復雜的根源在于三大約束：與C的完全兼容、靜態類型檢查、最高性能。在三大約束下，C++未能完善對于面向對象思想的支持，未能建立強大的動態能力，從而使得C++在OO這個單項上存在本質缺陷。事實上，C++的過程、OB模型相當成熟和穩定，而泛型模型，就單項來說，除了語法丑陋之外也沒有大的問題。缺陷集中體現在OO模型的實現，并因此干擾了其他幾個范式的完整程度。然而，OO的缺陷絕非設計者的偏執，其原因在于三大約束。假如堅持三大約束，則即使再重新設計一次，結果也與今日相差不遠。Stroustrup在多種場合表示，對C++的設計沒有大的后悔之處，意思就是這個。侯捷先生早在2001年初即對我說，C++在OO上不及java，當時體會不深，認為沒有大一統的單根類庫會使設計更加靈活，后來又認為憑借GP可以抵消OO的不足甚至超越之，現在看來即使不是不可能，這條道路也必然是艱辛異常，成敗難以預料。

　　又因為上述所有因素的綜合作用，C++基礎類庫的建設只能進行到很低的高度上就停下來，因為再往上走就面臨重重困境和無窮無盡的爭論。C++標準庫實際上是一個距離應用相當遙遠的非常基礎的程序庫，其主體部分只相當于Java中System和Util兩個package。而C++寧可停在這樣的低層次，也不愿意放棄三大約束中的任何一個。這種執著使得高層標準庫設施的建立異常困難，使用也不輕易。Boost庫中相當部分組件的易用性不佳。

　　模板的復雜語法與三大約束也有直接的關系。另一個原因是Bjarne在發明模板時目標單純。C#和Java加入泛型機制的時候，沒有繼續C++最好的經驗，卻不約而同地繼續了C++模板機制中最壞的部分——語法，短期來看，喪失了一次改革的良機。長遠來看，必成累贅。

　　不完善的異常機制則是在木已成舟的情況下迫不得已的設計。

　　C++中的多種范式并行，是一些最復雜問題的表面原因。以至于Doug Lea建議在一個項目里只堅持一個范式。但是這仍然只是表象。歸根結底還是因為OO的缺陷，使得與其它范式合作時困難成倍放大。故自接受Doug Lea思想以來，我的C++（乃至其他現代語言，尤其是Python等多范式語言）的開發設計思路是：

　　1. 首先選定一種思維方式（即范式），盡可能只用這一種思維方式解決問題；

　　2. 假如在局部碰到其他思維方式更得力的問題，則經慎重考慮后，可以將另一種風格包裝在局部，解決局部問題。但整個系統在某一層次之上看來，應當是統一一致的。一般C++的開發，應以OB為基本風格。除非有類似MFC那樣龐大而成熟的OO庫支持，不應貿然在整體上使用OO風格。

　　3. 多種風格混用，除非有已被充分討論并驗證的方案（即成熟模式），可提供單一風格不能提供的較大優勢，否則應極力避免。當然鼓勵在研究中探索，但實踐是另一回事。

　　C++完全可以在90年左右擺脫C的約束，隨后簡化模板語法，完善異常模型，接納可選GC，建立完整的單根類庫，付出性能小幅度下降的代價之后，實現語言整體升級。

　　但是C++選擇了另一條路，三大約束堅持到底，堅守系統層面，以替代C為己任。是福是禍，實難判別。假如90年代初選擇升級，勝則扼死Java于搖籃之中，敗則寸土不保。不過以C++之高性能，勝面應稍大。如今看來，在系統面徹底取代C已無可能。

　　1994年為STL拖延標準立案時間長達四年，如今來看功過亦存爭議。錯過黃金時機不說，STL典范一立，庫設計風氣為之一改。然而在解決應用問題上，泛型較之OO，適應能力遠遜之，且應用困難。

　　總之，C++的三大約束，既是其興起之要素，也是其衰落之源頭，同時，又是其今天得以屹立不倒的重要基石。其是非功過，實難一言以蔽之。

　　C++/CLI之對于C++的意義，其實并不在于使C++重新獲得了制勝Java或者C#的機會，而在于鞏固了C++作為.NET平臺上系統語言的地位。由此知，C++/CLI的發展，的確如Stan Lippman所說，是C++一貫發展思路的延續。三大約束固然已經放棄，但其精神實質仍在，形攻而實守，未來將可作為.NET上唯一最強之系統語言而長命百歲。

　　C++/CLI決不簡單，但在大多數時候，它能夠比傳統的C++表現的簡單些。這就是Andrew Koenig說的，通過復雜實現簡單。

　　C#和Java的繁榮期，則有賴于人們對于大一統的中層次語言的信仰有多堅持。此兩種語言無論在系統開發還是在應用開發中都非最優選。目前C#出現一些跡象，引入一些動態語言特性如cmdlet，又強化系統編程能力，想上下通吃。這是一條不歸路，必會使C#變得更加復雜怪異。

　　學習編程語言，通語法能實踐，不過十分之一。真正重要的是把握其多種多樣的實用的idioms或模式。這些模式才是體現了語言精神的東西。未把握各種語言中的主要應用模式，則應羞于用“會”字。常聽有人說某某語言一周乃至一兩天即可把握，這個把握的層次肯定是很低的。真正要“把握”語言，則我等凡人，諸事纏身，非得集中精力學習實踐一兩年，將該語言所擅長領域的應用問題熟悉過一遍，才有可能。若論精通，則十年也不輕易。Henry Spencer用了30年C，仍樂此不疲；PRagmatic Programmer中評價Ruby說，學上四個小時就可以用它解決實際問題，但是10年之后還為它層出不窮的新意感到驚奇。偶見有人舉出自己“精通和把握”的工具和語言，動輒長達八九上十種，實為笑柄。真正把握一種，已經是難能可貴，熟練把握兩種層次不同，思維不同的語言，應是有抱負的程序員的自我要求。何況如今之軟件開發涉獵甚廣，僅通編程層次還顯不夠。不過總之百招會不如一招精，做什么工作都要有自己的過人之處。

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