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            huaxiazhihuo

             

            再議c++的面向對象能力之上

            C++的面向對象設計能力,與javaC#這兩個雜碎相比,一直都是一個大笑話,現在誰敢正兒八經地用c++搞面向對象的框架系統,業界都用javaC#搞設計模式,那關C++什么事情了。而C++也很有自知之明,很知趣,98年之后,就不怎么對外宣稱自己是面向對象的語言,就不怎么搞面向對象研究了(難道是c++下的面向對象已經被研究透徹?),一直在吃template的老本,一直到現在,template這筆豐厚的遺產,貌似還夠c++吃上幾十年。今時今日,virtual早就淪落為template的附庸,除了幫助template搞點類型擦除的行為藝術之外,就很難再見到其身影了。有那么幾年,業界反思c++的面向對象范式,批斗virtual,特別是function出現之后,要搞動態行為,就更加不關virtual的什么事情了。而那幾年,本座也學著大神忌諱virtual關鍵字。現在大家似乎已經達成共識,c++里頭的面向對象能力很不完善,要玩面向對象就應該找其他語言,比如javaC#雜碎;或者更動態類型的語言,好比pythonRuby;或者干脆就是原教旨的面向對象(消息發送),object Csmalltalk

            是啊,1、沒有垃圾回收;2、沒有原生支持的完善反射能力;3、多繼承、虛繼承導致的復雜內存布局。這三座大山面前,c++的碼猿哪敢染指什么面向對象,只在迫不得已的情況下,小心翼翼地使用virtual。但是,事實上,要玩面向對象,c++原來也可以玩得很炫,甚至,可以說,關于面向對象的能力,c++是最強的(沒有之一)。這怎么可能?

            所謂的面向對象,說白了,就是對動態行為的信息支持,能在面向對象設計上獨領風騷的語言,都是有著完善的運行時類型信息,就連lisp,其運行時元數據也都很完備。靜態強類型語言(javaC#)與動態語言比,顯然有著強大的靜態類型能力(這不是廢話嗎),能在編譯期就提前發現類型上的諸多錯誤,但是也因此帶上靜態約束,導致呆板、繁瑣的代碼,java的繁文縟節,就是最好證明;而動態語言恰好相反,代碼簡潔,廢話少,但是喪失靜態信息,所謂重構火葬場,那都是血和淚的教訓。靜態語言與動態語言真是一對冤家,如同光的波粒性,己之所長恰是彼之所短,己之所短又是彼之所長,魚與熊掌不可兼得。而C++竟然能集兩家之所長,在靜態語言的領域中玩各種動態行為藝術,比如動態修改類型的反射信息,千奇百怪的花樣作死(喪心病狂的類型轉換);在動態范疇里面,又可以在編譯期榨取出來靜態類型信息,比如,消息發送的參數信息,想想win32的無類型的wparam和lparam,每次都要猿猴對照手冊解碼,從而最大限度地挖掘編譯器的最大潛力。所以說,c++是最強大的面向對象語言,沒有之一。而把靜態和動態融為一體之后,c++的抽象能力也到達一個全新的高度,自動代碼生成,以后再發揮,這是一個龐大的課題。C++令人發指的強大,絕對遠遠超乎等閑猿猴的想象,特別是那批c with class的草覆蟲原始生物。C++只在部分函數領域的概念上表現令人不滿,比如lambda表達式的參數類型自動推導,monad表達式,缺乏原生的延遲求值等。當然,c++整個的設計理念非常繁雜隨心所欲,但是,卻可以在這一塊混沌里面整理出來一些舉世無雙的思想體系,就是說,c++是一大堆原材料,還有很多廚房用具,包括柴火,讓猿猴自行下廚,做出來的菜肴可以很難吃,也可以是滿漢全席,全看猿猴的手藝。

            當然,要在c++里頭搞面向對象,多繼承,虛繼承的那一套,必須徹底拋棄。最大的問題是,多繼承會導致混亂未知的二進制內存布局,虛函數表也一塌糊涂,十幾年前,c++設計新思維的基于policy的范式,雖然令人耳目一新,也因為這種范式下對象的內存布局千奇百怪,所以,即便是最輕微的流行也沒有出現過。當然,也不可能大規模搞消息發送這種很geek的套路,功能太泛化了,其實,消息發送就是動態的給對象添加成員函數,并且可以在運行時知道對象有多少成員函數,那個成員函數可以對該消息做出反應,消息可以是字符串,整型ID(原子), MFC的消息映射表(BEGIN_MESSAGE_MAP…)就是一個功能嚴重縮水版的好例子,c++下支持消息映射的庫,絕對可以比破mfc的那一套要好上千百倍,不管是性能、類型安全、使用方便上。目前除了在gui這種變態的場合下才需要大搞消息發送,其他場景,完全可以說用不上,雖然說消息發送很強大很靈活,但也因為其殺傷力太厲害,反而要更加慎重。這好比goto,好比指針,好比stl的迭代器,什么都能做的意思,就是什么都盡量不讓它做。

            那么,c++下搞面向對象,還有什么法寶可用呢?當然,在此之前,我們先要直面內存分配。內存既是c++的安身立命之本,又是c++淪落為落水狗喪家犬之幕后大黑手。假如不能為所欲為的操作內存,那么c++的折騰法子,奇技淫巧,起碼要死掉一大半以上。而由于要支持各種花樣作死的內存操作,c++的垃圾回收遲遲未曾出現,就連以巨硬之大能整出來的.net那么好的gc,霸王硬上弓,在給原生c++強硬加上托管功能(垃圾回收),都出力不討好。可見未來垃圾回收,對c++來說,嗯,想想就好了。內存是資源,沒錯,用raii來管理,也無可厚非。但是,內存卻是一種很特殊的資源,1、內存時對象的安身立命之所;2、不同于普通資源,內存很多,不需要馬上用完就急急忙忙啟動清理工作,只要系統還有大把空余的內存,就算還有很多被浪費了的內存,都不要緊,gc也是因為這個原因才得以存在。相比內存,普通資源給人的感覺就是數量及其有限,然后要提交工作結果,否則之前所做努力就廢了。所以,對于內存,應該也要特別對待。就算raii,也要采用專門的raii

            假設我們的程序里面使用多種內存分配器,比如說,每個線程都有自己專有的內存allocator對象,然后,線程之間的共享數據由全局的內存分配器分配,線程的內部對象都用線程的專屬allocator來分配,那么,內存分配器就是一個線程局部變量(tlsthread local storage)。于是,可以規定,所有的內存分配都通過GetTlsAllocator()new對象,當然,確定是全局共享變量的話,沒辦法,就只能用GetGlobalAllocator()new對象。那么,有理由相信,啟動一個任務時,我們先定義一個arena allocator變量,并令其成為當前線程的專屬內存分配器,那么這個任務后面的所有new 出來的對象,包括循環引用,都不必關心。只要任務一結束,這個arena allocator變量一釋放,所有寄生在它身上的對象,全部也都消失得干干凈凈,沒有任何一點點的內存泄露。就算任務內部有大量的內存泄露,那又如何,任務一結束,所有跟此任務有關的一切內存,全部成塊清空。總之,不要以常規raii來解決內存困境,解放思想,在內存釋放上,我們可以有九種辦法讓它死,而不是僅僅靠shared_ptrunique_ptrweak_ptr這些狹隘的思維。

            其次,完善的面向對象設計,避免不了完備的反射,用以在運行時提供動態類型信息,無參模板函數可以把靜態類型映射成全局唯一變量,好比,TypeOf<vector<int>>,返回vector<int>的全局唯一的const TypeInfo*對象,這個對象包含了vector<int>的所有靜態類型信息,可以這么說,在靜態類型層面上vector<int>所能做的任何事情,比如定義一個vector<int>的變量,也即是創建對象;遍歷、添加元素、析構、復制賦值、元素數量等等一切操作,與vector<int>對應的TypeInfo對象,統統都可以做到。所不同的是,vector<int>的靜態類型代碼,只能用于vector<int>自身的情況(這樣子可放在源文件中),又或者是通過template,表現行為類似于vector<int>的數據類型(代碼必須在頭文件上)。而用TypeInfo*做的事情,全部都在運行時發生,所有的靜態類型信息,全部被帶到運行時來做,所以這些代碼全部都可以處在源文件里面,甚至動態庫里頭,只不過是TypeInfo*操作的對象是一個二進制內存布局和vector<int>一模一樣的內存塊,可以通過強制類型轉換,把運行時的內存塊轉換成靜態編譯時的vector<int>。其實這里的思想,就是想方設法將豐富多彩的靜態類型信息無損的保存到運行時中,讓編譯時能做的事情,運行時也可以做。差別在于,一個是用靜態類型信息來做事情,這里,任何一點點類型上的錯誤,都會讓編譯器很不高興;一個則是用動態類型信息來做事情,這里,顯然只能讓猿猴人肉編譯器。這里,可見動態類型信息和靜態類型信息的表達能力是等價的,也即是同等重要性的意義,而靜態類型信息的意義有多大,相信大家都知道。

            那么,如何建立完備的反射信息,這個必須只能用宏來配合完成,外部工具生成的反射信息代碼,功能很不完備,另外,c#java等的反射信息全部都是編譯器生成的,可定制性很差。我們需要的是一點都不遜色于靜態行為的動態行為。所以,只有由自己自行管理反射,才能做到真正意義上的完備反射。必要時,我們還可以在運行時修改反射信息,從而動態地增刪對象的行為方式,改變對象的面貌。看到這里,是否覺得很多的設計模式,在這里會有更清晰更簡潔的表達方式呢,甚至,輕而易舉就可以出現新的設計模式。比如,以下定義對象反射信息的代碼。

            c++下,由于全局變量生命周期的隨意性(構造函數調用順序不確定,析構順序也不確定),大家都很忌諱其使用,雖然全局變量功能很強大,很多時候都避免不了。但是,標準上還是規定了全局變量的順序,所有的全局變量必須在main函數之前構造完成,其析構函數也只能在main函數結束后才調用。另外,函數的靜態變量必須在其第一次訪問之前構造完整。基于這兩點,我們就可以在main函數之前構建全部的反射信息,流程是這樣子,所有的類型的反射對象都是以函數內部的靜態指針變量存在,他們都通過調用GetStaticAllocator()的內存分配器來創建,這樣子,提供反射信息的函數,就避免了其內部TypeInfo對象的析構發生。最后,main結束后,由GetStaticAllocator()函數內的內存分配器的析構函數統一釋放所有反射信息占用的內存。最后,附上一個例子

                struct Student
                {
                    
            //ClassCat表示為Student的基類,為空類,所以Student可以繼承它,但是代碼上又不需要明確繼承它,非侵入式的基類。
                    
            //ClassCat提供二進制序列化操作,xml序列化,json序列化,數據庫序列化等操作
                    PPInlineClassTI(ClassCat, Student, ti)
                    {
                        PPReflAField(ti, name);
                        PPReflAField(ti, age);
                        PPReflAField(ti, sex, { kAttrXmlIgnore });    
            //表示不參與xml的序列化操作
                    }
                    AString name;
                    
            int age;
                    
            bool sex;
                };
                
            struct Config : Student
                {
                    PPInlineClassTI(Student, Config, ti)
                    {
                        PPReflAField(ti, map);
                    }
                    HashMap
            <U8String, int> map;
                };
              

            下期的主角是非侵入式接口,徹底替換c++上的多繼承,功能遠遠好過C#java雜碎的弱雞接口,更超越狗語言的不知所謂的非侵入式接口。如果僅僅是完備的反射信息,而缺乏非侵入式接口,在c++下搞面向對象,其實還是很痛苦的。但是,有了非侵入式接口之后,一切豁然開朗。甚至可以說,感覺c++里面搞那么多玩意,都不過是為了給非侵入式接口造勢。然而非侵入式接口一直未曾正式誕生過。

            posted on 2017-07-11 11:56 華夏之火 閱讀(1160) 評論(3)  編輯 收藏 引用 所屬分類: c++技術探討

            評論

            # re: 再議c++的面向對象能力之上 2017-07-12 09:00 天下

            C++標準庫如果實現反射+module 秒殺動態語言
            C++從11開始發力了.  回復  更多評論   

            # re: 再議c++的面向對象能力之上 2017-07-12 13:45 華夏之火

            @天下
            不要天真,動態語言比c++好多了,c++內核就是一團混亂,只有獨特口味的猿猴才會癡迷破爛c++,對這些geek來說,這并不是什么光彩的事情  回復  更多評論   

            # re: 再議c++的面向對象能力之上 2017-07-13 10:44 天下

            @華夏之火
            看你把C++貶的,C++是工業標準,是ISO國際標準,是目前不可缺少的膠水語言...

            不像Java和C#是由oracle,ms 這些大公司維護的私有語言。

            就是因為C++沒有這些大公司商業化的支持和運作,才導致C++的標準庫不盡如人意。正因為如此,這個大公司動不了C++,也沒法動C++,因為他們說了不算,是C++標準委員會說了才算。

            每個語言都是在根據需求而發展、動態進化的,C++也是如此。

            無所謂geek不geek。相同的工作經驗,C++ 能讓猿猴開心,而沉迷其中,比搞Java的,C#多個幾K是很普通的情況。
            Java,C#都已經爛大街了,一抓一大把,但C++不會。

              回復  更多評論   

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