被误解的C++——学习和使用


学习和使用
C++太复杂了。我猜想你一定是在计算机屏幕前不住地点头。其实我也在使劲的点头。没错，C++着实复杂，大概是迄今为止最复杂的语言。于是，便产生了一个推论：C++难学难用。
这句话也相当准确，但并非所有时候都这样。C++的学习和使用可以分为若干个层面，这些层面由简到繁，由易到难，分别适合不同层次的学习者和使用者。
先让我们来看看C++究竟有多复杂。我大致列了个清单，包括C++的主要语言特性。基本的一些特性，象变量、条件、选择等等，都掠去了，主要集中在体现C++复杂性的方面：
1.指针。包括变量指针、函数指针等。可以计算。
2.引用。包括变量的引用、函数的引用等。
3.自由函数。
4.类。包括具体类和抽象类。
5.重载。包括函数重载和操作符重载。
6.成员数据。包括static和非static的。
7.成员函数。包括static和非static的。
8.虚函数。包括对虚函数的override。
9.继承。包括多继承、虚继承等。
10.多态。包括动多态和静多态。
11.类型转换。包括隐式的和显式的，以及臭名昭著的强制转换。
12.模板。包括类模板和函数模板。
13.模板特化。包括完全特化和部分特化。
14.非类型模板参数。
15.模板-模板参数。
我对照了C#的特性清单。C++比C#多的特性主要是：1、2、3、9的多继承、10的静多态、13、14、15。
而C#比C++多的特性主要有（这里没有考虑C++/CLI，C++/CLI补充了标准C++）：
1.for each关键字。
2.as、is关键字。
3.seal关键字。
4.abstract关键字。
5.override/new关键字。
6.using关键字的一些补充用法。
7.implicit/explicit关键字。（C++有explicit关键字，但只用于构造函数）
8.inte易做图ce关键字。
9.property。
10.delegate。
我们来分析一下。C++比C#所多的特性集中在编程技术方面，特别是编程模式，如由模板带来泛型编程和元编程机能。在OOP方面，C++走得更远，更彻底，主要表现在多继承和操作符重载方面。在传统的编程技术上，C++区分了对象和对象的引用（指针和引用）。而C#所有引用对象所持的都是引用。最后，C++拥有自由函数。
反过来再看C#，C#所多的都是些关键字。这些关键字都集中在OOP方面，并且都是以使编程技术易于理解为目的的。很多人（包括我在内）都希望C++也拥有C#的这些关键字（至少部分）。但与一般人的理解不同，C++标准委员会实际上是被编译器开发商所把持着，他们对引入关键字尤其神经过敏。没有办法，现实总是有缺憾的。
从这些方面可以看出，C++在编程机制上远远多于C#（Java的机制甚至更少）。对于新入行的人而言，一口气吞下这些内容，足以把他们撑死。相反，C#增加的关键字有助于初学者理解代码的含义。这些就是C#和Java比C++易于学习（易于理解）的真正原因。
但是，必须要强调的是，C#和Java中易于学习和理解的是代码，而不是这些代码背后的技术原理和背景。
我看到过的绝大多数C#代码都充满了重复代码和大量switch操作分派。如果这些程序员充分利用C#和Java的OOP机制，这些严重的代码冗余可以消除一半。（如果C#和Java具备C++那样的泛型编程能力，则另一半也可以消除。）这些程序员都是在没有充分理解语言机制和OOP技术的情况下编写软件，事倍功半。
这种情况在C++也有发生，但相对少些。这大概是因为C++足够复杂，使得学习者产生了“不彻底理解C++就学不会C++，就用不了C++”的想法。这种想法有利有弊，利在于促使学习者充分理解语言和语言背后的技术，而弊在于它吓跑了很多人。实际上，我们一会儿就会看到，C++可以同C#和Java一样，可以在不理解其中原理的情况下，仅仅按照既定规则编程。当然我们不希望这样，这是不好的做法。但鉴于现在业界
的浮躁心态，我们也就入乡随俗吧。
注意了！下面这句话是最关键的，最重要的，也是被长期忽略的：C++之所以复杂，是为了使用起来更简单。听不明白！自相矛盾！胡说！别急，且听我慢慢道来。
(限于篇幅，我这里只给出最后一部分案例代码，完整的案例在我的blog里：)
有三个容器，c1、c2、c3。容器的类型和元素的类型都未知。要求写一个算法框架，把c1里的元素同c2里的元素进行某种运算，结果放到c3里。
由于容器类型未知，必须使用所有容器公共的接口。所以，我写下了如下的C#代码：
public delegate void alg<T1, T2, R>(T1 v1, T2 v2， R r);
public static void Caculate_Contain<C1, T1, C2, T2, C3, T3>
(C1 c1, C2 c2, C3 c3, alg<T1, T2, T3> a )
where C1: IEnumerable<T1>
where C2 : IEnumerable<T2>
where C3 : IEnumerable<T3>
{
IEnumerator<T1> eai1 = c1.GetEnumerator();
IEnumerator<T2> eai2 = c2.GetEnumerator();
IEnumerator<T3> eai3 = c3.GetEnumerator();
while (eai1.MoveNext() && eai2.MoveNext() && eai3.MoveNext())
{
a(eai1.Current, eai2.Current，eai3.Current);
}
}
//使用
public static void CaculThem(int v1, int v2，int r) {
    r=v1*v2;
}
Caculate_Contain(ai1, ai2, ai3, new alg<int, int, int>(CaculThem));
public static void CaculThem2(float v1, int v2，double r) {
    r=v1*v2;
}
Caculate_Contain(af1, ai2, ad3, new alg<float, int, double>(CaculThem2));
我使用了一个委托，作为传递处理容器元素的算法的载体。使用时，用具体的算法创建委托的实例。但具体的算法CaculThem()必须同相应的容器元素类型一致。
下面轮到C++：
template<typename C1, typename C2, typename C3, typename Alg>
Caculate_Container(const C1& c1, const C2& c2, C3& c3, Alg a)
{
transform(c1.begin(), c1.end(), c2.begin(), c3.begin(), a);
}
//使用
template<typename T1, typename T2, typename R>
R mul_them(T1 v，T2 u) {
returnv*u;
}
Caculate_Container(ai1, ai2, ai3, mul_them<int, int, int>);
Caculate_Container(af1, ad2, ad3, mul_them<float, double, double>);
如果容器元素有所变化，C#代码必须重写算法CaculThem()。但C++不需要，由于mul_them<>()本身是个函数模板，那么只需将这个函数模板用新的类型实例化一下即可。
C++的代码相对简单些，灵活性也更高些。但这还不是全部，C++还有一个最终极的解法，不需要循环，不需要创建模板算法，不需要写操作函数：
transform(c1.begin(), c1.end(), c2.begin(), c3.begin(), _1*_2);
 没看明白？我一开始也看不明白。这里用到了boost库的Lambda表达式。_1占位符对应c1的元素，_2的占位符对应c2的元素，_1*_2表示才c1的元素乘上c2的元素，其结果放在c3里。表达式可以写得更复杂，比如(_1*_2+3*_1)/(_1-_2)。Lambda表达式可以用在所有需要操作的算法中，比如我要去掉字符串中的“-”，可以这样写：
remove_if(s.begin(), s.end(), _1==’-’);
Lambda表达式基于一种叫做“模板表达式”的技术，通过操作符重载，将一个表达式一层一层地展开，构成一个解析树。然后作为一个函数对象传递给算法，算法在循环内调用函数对象，执行相应的计算。
没有比这更简单的了吧。原理是够复杂的，但我们可以完全不理睬其中复杂的原理，只管用就是了。别看只是一个小小的算法，要知道，再庞大的软件（象JSF的代码有1900万行之多）都是由这些渺小的算法构成的。C++提供的算法和简化算法使用的库几乎对所有的程序算法都有帮助，不仅仅对这种底层算法有效，在更高层次的算法作用更大。
这里我就不再给出C#的代码了，因为C#还不支持Lambda表达式，也无法模拟。如果想要的话，等C#3.0吧。
好了，应该是做小结的时候了。从上面的这些例子可以看出，在最基本的语句上，C#有时比C++简单些，因为C#提供了更多的关键字。但是，随着算法的逐步复杂，C++的抽象能力渐渐发挥作用。一旦需要建立抽象的算法和代码时，C++的泛型编程能力立刻爆发出巨大的能量。最后，我们利用boost::lambda库最大限度简化了算法的使用。更重要的，Lambda表达式的实现极其复杂，但是使用却异常简单。
这便是开头所说的：“C++之所以复杂，是为了使用起来更简单”这句话的含义。C++提供的那些复杂的机制，是为了构建库，以提供语言没有实现的功能，这些功能可以大幅简化开发工作。如标准库里的容器、算法，boost库的Lambda表达式、BGL的命名参数、智能指针等等。
也就是说，一个程序员可以仅仅学习最基本的C++编程技术，便可以利用现成的各种库开发软件。只管用，别问为什么。在这种情况下，学习和使用C++的难度同C#和Java相比没有本质的差别。但由于C++可以提供更灵活高效的库，在不少情况下，反而比C#和Java更好用。
要达到这种程度，程序员所需的训练的确会比C#和Java多一些。所需的训练主要集中在：标准库的使用；区别对象、指针和引用；指针、内存、资源的处理方法，智能指针的使用；类使用的一些特别要点（构造函数、隐式转换等等）；多态的正确处理；模板的用法。另外还需要给学习者定下一些“规矩”，避免误用一些敏感的语言机制。这些“规矩”只需遵守，不要问为什么。一旦这些“规矩”成了本能的一部分（强化训练可以达到这种效果），程序员就成熟了。即便回过头使用C#或Java，也能很容易做到趋利避害，扬长避短。（要小心，这时候程序员很可能会骂人的。我是个比较斯文的人，一般不骂人，除了开车的时候和使用C#的时候）。
这些内容只要编排得当，用法标准，学习者不需要花费很长的时间即可掌握，大概两三个月即可，如有半年的时间，便可以纯熟。这样训练出来的程序员基础非常扎实，无论将来学习什么语言或技术，都可以驾轻就熟。如

补充：软件开发 , C++ ,