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            huaxiazhihuo

             

            非完美的stl

                   C++類庫開發之難,舉世公認,最好的證據就是,1983年到現在,面世幾十年,就沒有一個正兒八經的基礎類庫。是啊,零懲罰,要高性能,要跨平臺,要可擴展,要人性化,又沒有垃圾回收的支持,又沒有運行時類型信息可用,……,這些方方面面的因素糾結在一起,就好像一個巨大的意大利面線團,真的是眾口難調至極。相比C#,java,php等,python等雜碎,它們面世不多久,馬上就有官方的標準庫,你要說這些雜碎的標準庫有多好,那也未必,問題是就有大量人馬心悅誠服高高興興地用之于開發,沒有什么所謂的破心智包袱影響開發效率,甚至有人堅持認為直接用c開發,開發速度都可以快過c++。哪像c++的破事一大坨,總之就是沒有一個好的基礎庫,能夠讓所有的c++開發者大爺滿意。你要說這些c++大爺難侍候,也未必,因為的確就是,不管怎么嘔心瀝血搗鼓出來的庫,確實就是是存在這樣那樣的問題,以至于后面的大量使用中,缺陷擴大越來越明顯,難以忍受。

            c++之父一直在重復強調,c++本身美過西施,美得像楊玉環,c++本身沒有問題,只是欠缺好用的基礎庫。問題是好用的基礎庫千喊萬喊,遲遲就是不肯露面。這種情況下,就很讓人懷疑c++的存在意義了。因為很明顯的事實,其他的后生語言早就有龐大嚴謹的標準庫,就你c++諸多借口,搞不出來合格的基礎庫,難道不是c++語言本身就存在重大缺陷,所以才有此困境。很多c++的老殘黨(包括本座),都很贊同c++之父的觀點,c++本身很好,就是欠缺好用的基礎庫。因此大力出奇跡,集整個c++界的精英,花多年的研發,終于奮斗出來stl這個“精品”,另外,還準備了一個候補的boost,以滿足非正常性的需求。

            平心而論,stl還是相當不錯的,高性能,可擴展,零懲罰,跨平臺等,基本上都滿足要求了。除了二進制不能共用,除了編譯速度慢,除了代碼膨脹,除了出錯的時候,可能鋪天蓋地的錯誤,這也是沒有辦法的事情,世上哪有十全十美之事。總之,在基礎設施嚴重施缺乏的c++上面,能夠做出來這么一個玩意,已經很不容易了。最顯然的事實,面對著stl,除了一小撮亂黨,廣大勞動群眾普遍都認可stl。只是,既然stl是c++里面如此官方的基礎庫,就有必要接受更高標準的考驗。而最終,stl整個的設計,也不可避免地,也絕非完美。這由此可見,c++基礎庫開發的難度。

            stl里面的字符串,編碼,iostream,locale,allocator,algorithm里面算法函數的重復(非正交)等的問題,都只是表象。根子上考察,stl的設計思路上犯了左傾和右傾的問題。具體表現如下:
            1、對動態類型的畏懼,對靜態類型的過度擁抱。這個問題在c++11之后,有一定程度的改善(出現了shared_ptr, any, variant,內里用到動態類型,起碼有virtual的關鍵字使用)。最明顯的表現就是,把內存分配器allocator做成靜態類型信息,由此造成的麻煩,真是罄竹難書。同一個整型的vector,因為使用不同類型的allocator,也即是,vector<int, xalloc>和vector<int, yalloc>居然分屬不同的類型,然后有一個函數要處理整型數組,要么只能做成模板函數,放在頭文件上,c++原本就編譯速度龜慢,再這樣玩,簡直雪上加霜;如果函數堅持放在cpp文件里面,就只能處理專門的allocator的整型vector。基本上,用stl打造的公共代碼,都要做成頭文件的共享方式,然后每次小小修改,都要引起連鎖的編譯雪崩,大型的c++項目,對于頭文件的修改,考慮到感人的編譯速度,從來都是非到不得已的時候,能不動就不動。豈有此理,天理何在。c++17,標準庫終于接受多態的allocator,這算是對過去左傾激進的糾正。某種程度可以上改善這個問題,因為到時候就可以只專門接受多態的allocator,只可惜,還不完備。

            考慮批量分配arena類型的allocator,理想情況下,對于在此arena allocator上分配的對象,假如僅僅涉及到內存問題,其實大多數情況下,析構函數做的就只是釋放內存。那么完全就可以不必苦逼的一個一個調用對象的析構函數,僅僅把arena allocator的內存歸還給系統就好了,這對于運行性能的改善,意義重大,本座測過,真是快了很多。問題是,現有stl的體系下,不能保證容器的元素也使用和容器一樣的allocator,或者說,容器的allocator對象無法傳遞給它的元素,讓容器元素也使用同一個allocator對象來分配內存。比如說,vector<string>,vector和string的allocator都用polymorphic_allocator,但是,vector的allocator對象和string的allocator可能不是同一個。這樣子,我們就不能僅僅簡單的歸還allocator對象內存,而必須像過去那樣子,對vector<string>里面的每一個string都調用析構函數來歸還內存了。差評!所以,一開始,allocator就不應該成為模板參數。另外,stl對allocator的粒度也考慮不周。allocator的迥異應用場合起碼有幾種:1、靜態allocator,專門在main函數運行前的使用,用于生成元數據,這些元數據不必一一析構,主函數結束后,統一一次性釋放;2、全局的allocator,考慮多線程考慮并發;3、scope,可以在一個任務下使用,任務完畢,統一釋放,這里包括函數或者協程;4、gui下的allocator等;只可惜,stl的allocator就只關注全局的allocator。

            既然stl對allocator都可以搞成靜態類型的鬼樣子,那么整個stl對運行時類型信息的忽視,逃避,就可想而知了。typeid得到的type_info,除了起到類型的唯一標識符的作用(動態庫下,同一種類型的type_info可能還不一樣),并得到類型的名字之外,就不知道這個type_info還有什么鬼用。即便是這么一點小功能,還是能用于很多地方的,比如,any,variant,雙分派(double dispatch),由此可見運行時類型信息的重要性。

            動態類型信息,也即是反射的重要性,一點都不亞于靜態類型信息。意義重大,有了反射,我們就可以將類型當成變量,到處傳來傳去,也可以保存起來,供后面使用,這里可做的文章,可挖掘的潛力太多了。假如c++的反射信息完善的話,很多頭文件上的模板代碼實現就可以放到源文件里面,模板函數僅僅是提取一下靜態類型的運行時對象,類型擦除,具體實現代碼就可以放到cpp代碼里面去。然后,虛模板函數也可以成為可能了。可以用來創建對象,析構對象,消息發送,非侵入式的接口,序列化……,甚至,連多繼承也都是多余(當然,多繼承還是很有用,只是這貨不應該出現在正式的場合下)。最典型的例子,格式化printf,通過c++11的variadic template,提取類型的運行時類型對象再連同入參的地址,就可以實現現在c庫里面的那個弱雞sprintf,類型安全,緩沖安全,高性能的效果,不但類型可擴展,連同格式化的控制字符都可擴展,甚至還能支持變量名字。stl里面的iostream、locale的設計成這個鬼樣子,也是因為運行時的缺失導致。c++里面要妥當地處理好字符編碼、字符串、文件流、locale這幾者的關系,絕對不是一件容易的事情,所以也難怪stl在這里的一塌糊涂。看過iostream,locale的實現源碼,大家都說不好,大家都很難受,簡直可以和mfc媲美,這是真的。

            c++的反射可以做到零抽象,也即是,只對必要的類型必要的信息做反射,不像java或者C#,不管是什么類型,不管是信息,一些很明顯就是無關緊要的臨時的東西,,不管三七二十一,全部一股腦兒都反射起來。甚至,c++的反射,還能添加用戶自定義的反射信息,甚至,還能運行時修改反射數據。這里,C#、java等,除了attribute或者注解,就別無他法了。反射的意義就在于,它提供了統一的接口,將類型信息全部集中存放在同一個地方,任何關于類型的運行時信息,全部被標準化公理化。有了完善的反射信息,c++里面做一個eval都手到擒來。說白了,反射就是靜態類型語言里把“代碼做成數據”的最重要機制(沒有之一),雖然比之于lisp的“代碼即數據”弱一些,但是已經可以應付99%以上的需求了。甚至可以說,c++的基礎庫遲遲未出現的原因就是因為反射的缺席而導致的(當然,沒有合適的內存管理機制也是重要原因)。而可惜,stl對運行時這一塊的關注,不到%1,這真是令人扼腕嘆息至極。

            2,stl的抽象缺陷:臆造抽象,過度抽象,抽象不足,想當然的抽象,大部分的精力都花在刀背上,或者說是很形式化的學術研究。
            突然發現文章已經很長了,就先打住,以后有空再好好發揮。對了,cppblog人氣太冷清,門可羅雀。再這樣下去,本座只好轉戰知乎了。

            posted on 2017-07-07 16:52 華夏之火 閱讀(1242) 評論(6)  編輯 收藏 引用 所屬分類: c++技術探討

            評論

            # re: 非完美的stl 2017-07-08 09:50 eryar

            mark!
            持續關注中……  回復  更多評論   

            # re: 非完美的stl 2017-07-08 22:57 天下

            文章寫的很好,以前搞C++標準的那些人不接地氣啊。
            從C++ 11 開始,開始重視起來了,從C++17 module,,,,,以后會越來越好了。  回復  更多評論   

            # re: 非完美的stl 2017-07-09 08:02 萬連文

            因為操作系統 api 沒有標準化,所以語言也很難標準化。C++ 門檻高不符合現代主流開發模式,所以人就少了,話題也自然少了。不過轉戰知乎是為了湊熱鬧嘛?  回復  更多評論   

            # re: 非完美的stl 2017-07-09 09:54 華夏之火

            @天下
            從c++17的提案上看,標準會對于stl的保守改進和迷糊認識,個人是徹底失望了。所幸的是,c++在大節上的進化還是可取的  回復  更多評論   

            # re: 非完美的stl 2017-07-09 09:57 華夏之火

            @萬連文
            系統api的標準化是客觀原因,但是stl在二進制層面上的復用之難,真是令人發指。知乎c++板塊上的人氣比cppblog要更熱鬧。  回復  更多評論   

            # re: 非完美的stl 2017-07-10 09:15 ccsdu2009

            cppblog 09-11很熱 現在確實不行了  回復  更多評論   

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