C++學(xué)習(xí)建議

C++缺點(diǎn)之一焰枢，是相對(duì)許多語(yǔ)言復(fù)雜，而且難學(xué)難精舌剂。許多人說(shuō)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言只需一本K&R《C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》即可济锄，但C++書籍卻是多不勝數(shù)。我是從C進(jìn)入C++霍转，皆是靠閱讀自學(xué)荐绝。在此分享一點(diǎn)學(xué)習(xí)心得。個(gè)人認(rèn)為避消，學(xué)習(xí)C++可分為4個(gè)層次：

第一層次低滩，C++基礎(chǔ)：挑選一本入門書籍，如《C++ Primer》岩喷、《C++大學(xué)教程》恕沫、或Stroustrup撰寫的經(jīng)典《C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》或他一年半前的新作《C++程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐》，而一般C++課程也止于此纱意，另外《C++ 標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)》及《The C++ Standard Library Extensions》可供參考婶溯；

創(chuàng)一個(gè)小群，供大家學(xué)習(xí)交流聊天

如果有對(duì)學(xué)C++方面有什么疑惑問(wèn)題的偷霉，或者有什么想說(shuō)的想聊的大家可以一起交流學(xué)習(xí)一起進(jìn)步呀迄委。

也希望大家對(duì)學(xué)C++能夠持之以恒

C++愛(ài)好群，

如果你想要學(xué)好C++最好加入一個(gè)組織类少，這樣大家學(xué)習(xí)的話就比較方便叙身，還能夠共同交流和分享資料，給你推薦一個(gè)學(xué)習(xí)的組織：快樂(lè)學(xué)習(xí)C++組織 可以點(diǎn)擊組織二字硫狞，可以直達(dá)

第二層次曲梗，正確高效地使用C++：此層次開(kāi)始必須自修，閱讀過(guò)《(More)Effective C++》妓忍、《(More)Exceptional C++》虏两、《Effective STL》及《C++編程規(guī)范》等，才適宜踏入專業(yè)C++開(kāi)發(fā)之路世剖；

第三層次定罢，深入了解C++：關(guān)于全局問(wèn)題可讀《深入探索C++對(duì)象模型》、《Imperfect C++》旁瘫、《C++沉思錄》祖凫、《STL源碼剖析》琼蚯，要挑戰(zhàn)智商，可看關(guān)于模版及模版元編程的書籍如《C++ Templates》惠况、《C++設(shè)計(jì)新思維》遭庶、《C++模版元編程》；

第四層次稠屠，研究C++：閱讀《C++語(yǔ)言的設(shè)計(jì)和演化》峦睡、《編程的本質(zhì)》(含STL設(shè)計(jì)背后的數(shù)學(xué)根基)、C++標(biāo)準(zhǔn)文件《ISO/IEC 14882:2003》权埠、C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的提案書和報(bào)告書榨了、關(guān)于C++的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)。

由于我主要是應(yīng)用C++攘蔽，大約只停留于第二龙屉、三個(gè)層次。然而满俗，C++只是軟件開(kāi)發(fā)的一環(huán)而已转捕，單憑語(yǔ)言并不能應(yīng)付業(yè)務(wù)和工程上的問(wèn)題。建議讀者不要強(qiáng)求幾年內(nèi)“徹底學(xué)會(huì)C++的知識(shí)”唆垃，到達(dá)第二層左右便從工作實(shí)戰(zhàn)中汲取經(jīng)驗(yàn)瓜富，有興趣才慢慢繼續(xù)學(xué)習(xí)更高層次的知識(shí)。雖然學(xué)習(xí)C++有難度降盹，但也是相當(dāng)有趣且有滿足感的。

C++的起源

在31年前(1979年)谤辜，一名剛獲得博士學(xué)位的研究員蓄坏，為了開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件項(xiàng)目發(fā)明了一門新編程語(yǔ)言，該研究員名為Bjarne Stroustrup丑念，該門語(yǔ)言則命名為——C with classes涡戳，四年后改稱為C++。C++是一門通用編程語(yǔ)言脯倚，支持多種編程范式渔彰，包括過(guò)程式、面向?qū)ο?object-oriented programming, OP)推正、泛型(generic programming, GP)恍涂，后來(lái)為泛型而設(shè)計(jì)的模版，被發(fā)現(xiàn)及證明是圖靈完備的植榕，因此使C++亦可支持模版元編程范式(template metaprogramming, TMP)再沧。C++繼承了C的特色，既為高級(jí)語(yǔ)言尊残，又含低級(jí)語(yǔ)言功能炒瘸，可同時(shí)作為系統(tǒng)和應(yīng)用編程語(yǔ)言淤堵。

C++廣泛應(yīng)用在不同領(lǐng)域，使用者以數(shù)百萬(wàn)計(jì)顷扩。根據(jù)近十年的調(diào)查拐邪，C++的流行程度約穩(wěn)定排行第3位(于C/Java之后)。 C++經(jīng)歷長(zhǎng)期的實(shí)踐和演化隘截，才成為今日的樣貌扎阶。1998年，C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)排除萬(wàn)難技俐，使C++成為ISO標(biāo)準(zhǔn)(俗稱C++98)乘陪，當(dāng)中含非常強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)模版庫(kù)(standard template library, STL)。之后委員會(huì)在2005年提交了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的第一個(gè)技術(shù)報(bào)告(簡(jiǎn)稱TR1)雕擂，并為下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)C++0x而努力啡邑。可惜C++0x并不能在200x年完成井赌，各界希望新標(biāo)準(zhǔn)能于2011年內(nèi)出臺(tái)谤逼。

流行的C++編譯器中，微軟Visual C++ 2010已實(shí)現(xiàn)部分C++0x語(yǔ)法并加入TR1擴(kuò)充庫(kù)仇穗，而gcc對(duì)C++0x語(yǔ)法和庫(kù)的支持比VC2010更多流部。

應(yīng)否選擇C++，哪些程序適宜使用C++?

C++并非萬(wàn)能丹纹坐，我按經(jīng)驗(yàn)舉出一些C++的適用時(shí)機(jī)枝冀。

C++適合構(gòu)造程序中需求較穩(wěn)定的部分，需求變化較大的部分可使用腳本語(yǔ)言耘子；

程序須盡量發(fā)揮硬件的最高性能果漾，且性能瓶頸在于CPU和內(nèi)存；

程序須頻繁地與操作系統(tǒng)或硬件溝通谷誓；

程序必須使用C++框架/庫(kù)绒障，如大部分游戲引擎(如Unreal/Source)及中間件(如Havok/FMOD)，雖然有些C++庫(kù)提供其他語(yǔ)言的綁定捍歪，但通常原生的API性能最好户辱、最新；

項(xiàng)目中某個(gè)目標(biāo)平臺(tái)只提供C++編譯器的支持糙臼。

按應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)庐镐，C++適用于開(kāi)發(fā)服務(wù)器軟件、桌面應(yīng)用变逃、游戲焚鹊、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、高性能計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)等末患。

使用C++還是C?

C++和C的設(shè)計(jì)哲學(xué)并不一樣研叫，兩者取舍不同，所以不同的程序員和軟件項(xiàng)目會(huì)有不同選擇璧针，難以一概而論嚷炉。與C++相比，C具備編譯速度快探橱、容易學(xué)習(xí)申屹、顯式描述程序細(xì)節(jié)、較少更新標(biāo)準(zhǔn)(后兩者也可同時(shí)視為缺點(diǎn))等優(yōu)點(diǎn)隧膏。在語(yǔ)言層面上哗讥，C++包含絕大部分C語(yǔ)言的功能(例外之一，C++沒(méi)有C99的變長(zhǎng)數(shù)組VLA)胞枕，且提供OOP和GP的特性杆煞。

但其實(shí)用C也可實(shí)現(xiàn)OOP思想，亦可利用宏去實(shí)現(xiàn)某程度的GP腐泻，只不過(guò)C++的語(yǔ)法能較簡(jiǎn)潔决乎、自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)OOP/GP。C++的RAII(resource acquisition is initialization派桩，資源獲取就是初始化)特性比較獨(dú)特构诚，C/C#/Java沒(méi)有相應(yīng)功能∶螅回顧歷史范嘱，Stroustrup開(kāi)發(fā)的早期C++編譯器Cpre/Cfront是把C++源代碼翻譯為C，再用C編譯器編譯的员魏。

由此可知丑蛤，C++編寫的程序，都能用等效的C程序代替逆趋，但C++在語(yǔ)言層面上提供了OOP/GP語(yǔ)法、更嚴(yán)格的類型檢查系統(tǒng)晒奕、大量額外的語(yǔ)言特性(如異常闻书、RTTI等)，并且C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也較豐富脑慧。有時(shí)候C++的語(yǔ)法可使程序更簡(jiǎn)潔魄眉，如運(yùn)算符重載、隱式轉(zhuǎn)換闷袒。

但另一方面坑律，C語(yǔ)言的API通常比C++簡(jiǎn)潔，能較容易供其他語(yǔ)言程序調(diào)用囊骤。因此晃择，一些C++庫(kù)會(huì)提供C的API封裝冀值，同時(shí)也可供C程序調(diào)用。相反班缎，有時(shí)候也會(huì)把C的API封裝成C++形式肺稀，以支持RAII和其他C++庫(kù)整合等裆悄。

為何C++性能可優(yōu)于其他語(yǔ)言?

相對(duì)運(yùn)行于虛擬機(jī)語(yǔ)言(如C#/Java)，C/C++直接以靜態(tài)形式把源程序編譯為目標(biāo)平臺(tái)的機(jī)器碼抵栈。一般而言，C/C++程序在編譯及鏈接時(shí)可進(jìn)行的優(yōu)化最豐富坤次，啟動(dòng)時(shí)的速度最快古劲，運(yùn)行時(shí)的額外內(nèi)存開(kāi)銷最少。而C/C++相對(duì)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言(如Python/Lua)也減少了運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)類型檢測(cè)缰猴。此外产艾，C/C++的運(yùn)行行為是確定的，且不會(huì)有額外行為(例如C#/Java必然會(huì)初始化變量)洛波，也不會(huì)有如垃圾收集(GC)而造成的不確定性延遲胰舆，而且C/C++的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的布局也是確定的。有時(shí)C++的一些功能會(huì)使程序性能優(yōu)于C蹬挤，當(dāng)中以內(nèi)聯(lián)和模版最為突出缚窿，這兩項(xiàng)功能使C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的sort()通常比C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的qsort()快多倍(C可用宏或人手編碼去解決此問(wèn)題)。

另一方面焰扳，C/C++能直接映射機(jī)器碼倦零，之間沒(méi)有另一層中間語(yǔ)言，因此可以做底層優(yōu)化吨悍，例如使用內(nèi)部(intrinsic)函數(shù)和嵌入?yún)R編語(yǔ)言扫茅。然而，許多C++的性能優(yōu)點(diǎn)并非免費(fèi)午餐育瓜，代價(jià)包括較長(zhǎng)的編譯鏈接時(shí)間和較易出錯(cuò)葫隙，因而增加開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，這點(diǎn)稍后補(bǔ)充躏仇。

我進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單全局渲染性能測(cè)試(512x512像素恋脚，每像素10000個(gè)采樣)，C++ 1小時(shí)36分焰手、Java 3小時(shí)18分糟描、Python約18天、Ruby約351天书妻。評(píng)測(cè)方式和其他語(yǔ)言的結(jié)果詳見(jiàn)博文船响。

C++常見(jiàn)問(wèn)題

C++源代碼跨平臺(tái)嗎?

C++有不錯(cuò)的跨平臺(tái)能力，但由于直接映射硬件，因性能優(yōu)化的關(guān)系见间，跨平臺(tái)能力不及Java及多數(shù)腳本語(yǔ)言聊闯。然而，實(shí)踐跨平臺(tái)的C++軟件還是可行的缤剧，但須注意以下問(wèn)題：

C++標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定原始數(shù)據(jù)類型(如int)的大小馅袁，需要特定大小的類型時(shí)，可自訂類型(如int32_t)荒辕，同時(shí)對(duì)任何類型使用sizeof()而不假設(shè)其大泻瓜；

字節(jié)序(byte order)按CPU有所不同抵窒，特別要注意二進(jìn)制輸入輸出弛针、reinterpret_cast法；

原始數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)類型的地址對(duì)齊有差異李皇；

編譯器提供的一些編譯器或平臺(tái)專用擴(kuò)充指令削茁；

避免作應(yīng)用二進(jìn)制接口(application binary interface, ABI)的假設(shè)，例如調(diào)用函數(shù)時(shí)參數(shù)的取值順序在C/C++中沒(méi)定義掉房，在C++中也不可隨便假設(shè)RTTI/虛表等實(shí)現(xiàn)方式茧跋。

總括而言，跨平臺(tái)C++軟件可在頭文件中用宏檢測(cè)編譯器和平臺(tái)卓囚，再用宏瘾杭、typedef、自定平臺(tái)相關(guān)實(shí)現(xiàn)等方法去實(shí)踐跨平臺(tái)哪亿，C++標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)提供這類幫助粥烁。

C++程序容易崩潰?

和許多語(yǔ)言相比，C/C++提供不安全的功能以最優(yōu)化性能蝇棉，有可能造成崩潰讨阻。但要注意，很多運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤篡殷，如向空指針/引用解引用钝吮、數(shù)組越界、堆棧溢出等板辽，其他語(yǔ)言也會(huì)報(bào)錯(cuò)或拋出異常奇瘦，這些都是程序問(wèn)題，而不是語(yǔ)言本身的問(wèn)題戳气。有些意見(jiàn)認(rèn)為链患，出現(xiàn)這類運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤巧鸭，應(yīng)該盡量寫入日志并立即崩潰瓶您，不該讓程序繼續(xù)運(yùn)行，以免造成更大的影響(例如程序繼續(xù)把內(nèi)存中錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)覆寫文件)。若要容錯(cuò)呀袱，可按業(yè)務(wù)把程序分割為多進(jìn)程贸毕，像Chrome或使用fork()的形式。

然而夜赵，C++有許多機(jī)制可以減少錯(cuò)誤明棍，例如以string代替C字符串；以vector或array(TR1)代替原始數(shù)組(有些實(shí)現(xiàn)可在調(diào)試模式檢測(cè)越界)寇僧；使用智能指針也能減少一些原始指針的問(wèn)題摊腋。另外，我最常遇到的Bug嘁傀，就是沒(méi)有初始化成員變量兴蒸，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致崩潰，而且調(diào)試版和發(fā)行版的行為可能不同细办。

C++要手動(dòng)做內(nèi)存管理?

C++同時(shí)提供在堆棧上的自動(dòng)局部變量橙凳，以及從自由存儲(chǔ)(free store)分配的對(duì)象。對(duì)于后者笑撞，程序員需手動(dòng)釋放岛啸，或使用不同的容器和智能指針。 C++程序員經(jīng)常進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)存茴肥，自定義內(nèi)存分配策略以提升效能坚踩，例如使用對(duì)象池、自定義的單向/雙向堆棧區(qū)等炉爆。雖然C++0x還沒(méi)加入GC功能堕虹，但也可以自行編寫或使用現(xiàn)成庫(kù)。此外芬首，C/C++也可以直接使用操作系統(tǒng)提供的內(nèi)存相關(guān)功能赴捞，例如內(nèi)存映射文件、共享內(nèi)存等郁稍。

使用C++常要重造輪子?

我曾參與的C++項(xiàng)目赦政，都會(huì)重造不少標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)已提供的功能，此情況在其他語(yǔ)言中較少出現(xiàn)耀怜。我試圖分析個(gè)中原因恢着。首先，C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)相對(duì)很多語(yǔ)言來(lái)說(shuō)是貧乏的财破，各開(kāi)發(fā)者便會(huì)重復(fù)地制造自訂庫(kù)掰派。從另一個(gè)角度看，C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是用C++編寫的(很多其他語(yǔ)言不用自身而是用C/C++去編寫庫(kù))左痢，在能力和性能上靡羡，自訂庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)并無(wú)本質(zhì)差別系洛；另外，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)為通用而設(shè)略步，對(duì)不同平臺(tái)及多種使用需求作取舍描扯，性能上有所影響，例如EA公司就曾發(fā)表自制的EASTL規(guī)格趟薄，描述游戲開(kāi)發(fā)方面對(duì)STL的性能及功能需求的特點(diǎn)绽诚；此外，多個(gè)C++庫(kù)一起使用杭煎，經(jīng)常會(huì)因規(guī)范不同而引起沖突恩够，又或功能重疊，所以項(xiàng)目可能須自行開(kāi)發(fā)羡铲，或引入其他庫(kù)的概念或?qū)崿F(xiàn)(如Boost/TR1/Loki)玫鸟，改寫以符合項(xiàng)目規(guī)范。

C++編譯速度很慢?

錯(cuò)犀勒，是非常慢屎飘。我認(rèn)為C++可能是實(shí)用程序語(yǔ)言中編譯速度最慢的。此問(wèn)題涉及C++沿用C的編譯鏈接方式贾费，又加入了復(fù)雜的類/泛型聲明和內(nèi)聯(lián)機(jī)制钦购，使編譯時(shí)間倍增。在C++對(duì)編譯方法改革之前(如module提案)褂萧，可使用以下技巧改善：第一押桃，使用pimpl手法，因性能損耗應(yīng)用于調(diào)用次數(shù)不多的類导犹；第二唱凯，僅包含必要頭文件，并盡量使用及提供前置聲明版本的頭文件(如iosfwd)谎痢；第三采用基于接口的設(shè)計(jì)磕昼，但須注意虛函數(shù)調(diào)用成本；第四节猿，采用unity build票从，即把多個(gè)cpp文件結(jié)合在一個(gè)編譯單元進(jìn)行編譯；第五滨嘱，采用分布式生成系統(tǒng)如IncrediBuild峰鄙。

C++缺乏什么功能?

雖然C++已經(jīng)非常復(fù)雜，但仍缺少很多常見(jiàn)功能太雨。 C++0x作出了不少改善吟榴，例如語(yǔ)言方面加入Lambda函數(shù)、閉包囊扳、類型推導(dǎo)聲明等吩翻，而庫(kù)方面則加入正則表達(dá)式梅惯、采用哈希表的unordered_set/unordered_map、引用計(jì)數(shù)智能指針shared_ptr/weak_ptr等仿野。但最值得留意的是C++0x引入多線程的語(yǔ)法和庫(kù)功能，這是C++演進(jìn)的一大步她君。然而脚作，模組、GC缔刹、反射機(jī)制等功能雖有提案球涛，卻未加進(jìn)C++0x。

C++使用建議

為應(yīng)用挑選特性集

我同意Stroustrup關(guān)于使用C++各種技術(shù)的回應(yīng)：“你可以做校镐，不意味著你必須這么做亿扁。(Just because you can do it, doesn't mean that you have to.)” C++充滿豐富的特性，但同時(shí)帶來(lái)不同問(wèn)題鸟廓，例如過(guò)分復(fù)雜从祝、編譯及運(yùn)行性能的損耗。一般可考慮是否使用多重繼承引谜、異常牍陌、RTTI，并調(diào)節(jié)使用模版及模版元編程的程度员咽。使用過(guò)分復(fù)雜的設(shè)計(jì)和功能毒涧，可能會(huì)令部分團(tuán)隊(duì)成員更難理解和維護(hù)。

為團(tuán)隊(duì)建立編程規(guī)范

C++的編碼自由度很高贝室，容易編寫風(fēng)格迥異的代碼契讲，C++本身也沒(méi)有定義一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。而且滑频，C++的源文件物理構(gòu)成捡偏，較許多語(yǔ)言復(fù)雜。因此峡迷，除了決定特性集霹琼，每個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)建立一套編程規(guī)范，包括源文件格式(可使用文件模版)凉当、花括號(hào)風(fēng)格枣申。

盡量使用C++風(fēng)格而非C風(fēng)格

由于C++有對(duì)C兼容的包袱，一些功能可以使用C風(fēng)格實(shí)現(xiàn)看杭，但最好使用C++提供的新功能忠藤。最基本的是盡量以具名常量、內(nèi)聯(lián)函數(shù)和泛型取代宏楼雹，只把宏用在條件式編譯及特殊情況模孩。舊式的C要求局部變量聲明在作用域開(kāi)端尖阔，C++則無(wú)此限制，應(yīng)把變量聲明盡量置于鄰近其使用的地方榨咐，for()的循環(huán)變量聲明可置于for的括號(hào)內(nèi)介却。 C++中能加強(qiáng)類型安全的功能應(yīng)盡量使用，例如避免“萬(wàn)能”指針void *块茁，而使用個(gè)別或泛型類型齿坷；用bool而非int表示布爾值；選用4種C++ cast關(guān)鍵字代替簡(jiǎn)單的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換数焊。

結(jié)合其他語(yǔ)言

如前文所述永淌，C++并非適合所有應(yīng)用情境，有時(shí)可以混合其他語(yǔ)言使用佩耳，包括用C++擴(kuò)展其他語(yǔ)言遂蛀，或在C++程序中嵌入腳本語(yǔ)言引擎。對(duì)于后者干厚，除了使用各種腳本語(yǔ)言的專門API李滴，還可使用Boost或SWIG作整合。