洗塵齋

過度使用C++模板(overdoing C++ templates)（ZZ）

過度使用C++模板(overdoing C++ templates)

模板類和模板函數(shù)都是非常有用的工具。例如sqr()函數(shù)可以計(jì)算平方數(shù)，任何定義了乘法運(yùn)算的數(shù)據(jù)類型（數(shù)字，矩陣）都適用。標(biāo)準(zhǔn)容器類(如 list)都是模板，這樣對于每個(gè)新類型無需重寫了，這正是使用舊版的C++時(shí)真正頭疼的事情，因此我認(rèn)為ISO的標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)偉大的進(jìn)步。然而，在這個(gè)過程 中有些東西用得過頭了。

例如：標(biāo)準(zhǔn)庫中得string 和iostream 都是使用"character traits"類型作為參數(shù)。這意味著同一個(gè)basic_string<>類可以用于ASCII字符串，也可用于Unicode，甚至用于火 星人的三字節(jié)字符串（原則雖然如此，但許多版本都只是實(shí)現(xiàn)了ASCII字符串，看起來有點(diǎn)滑稽）。標(biāo)準(zhǔn)要求這些常用類必須實(shí)現(xiàn)成模板形式，而這些類幾乎涉 及到所有C++應(yīng)用。

但是這對性能和調(diào)試會(huì)帶來許多麻煩。下面幾個(gè)試驗(yàn)解釋了這個(gè)問題（本試驗(yàn)使用的編譯器為VC++6.0)。編譯器同時(shí)支持新風(fēng)格的 iostream（使用模板）和經(jīng)典風(fēng)格的iostream, 因此我們能比較他們二者的版本實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)測試程序當(dāng)然是使用"Hello, Word"了，新風(fēng)格的編譯時(shí)間是經(jīng)典風(fēng)格的2倍。另一個(gè)更正規(guī)的例子大約有200行，每行輸出10個(gè)變量用于計(jì)數(shù)。這個(gè)測試程序最顯著的結(jié)論是編譯速 度：新風(fēng)格版本花了10秒編譯完成，而舊版本只使用了1.5秒。10秒時(shí)間可并不少，可以完成很多事情。另外，新風(fēng)格版本的可執(zhí)行文件的大小為115K， 而舊版本只有70K。你的測試數(shù)據(jù)可能有些出入，但是整體結(jié)論是一樣的：當(dāng)使用新版本時(shí)，會(huì)有更慢的編譯速度和更大的可執(zhí)行文件。這并不是因?yàn)槲④浌揪? 譯器的問題，使用GCC測試也會(huì)得到同樣的結(jié)論。

當(dāng)然，和過去不一樣，可執(zhí)行文件的大小并不是那么重要，現(xiàn)在，可編程設(shè)備種類正快速增長，包括許多信息應(yīng)用，如遙控、手機(jī)、智能冰箱、基 于藍(lán)牙技術(shù)的咖啡機(jī)等等，在這些應(yīng)用中內(nèi)存近幾年都會(huì)是十分寶貴的資源。使用標(biāo)準(zhǔn)iostream 而產(chǎn)生的額外的二進(jìn)制文件，來源于內(nèi)聯(lián)了整個(gè)模板類的代碼，要是沒有code bload工具，你很難優(yōu)化那些重要的操作。對我來說，編譯時(shí)間問題更嚴(yán)重一些，因?yàn)檫@樣意味著更長的等待，從而失去了開發(fā)中非常重要原則：互動(dòng)原則。

現(xiàn)在我們來考慮調(diào)試的問題。標(biāo)準(zhǔn)庫中string 類的模板實(shí)現(xiàn)非常聰明，但并不適合于調(diào)試。你會(huì)面臨使用超長名字的編譯器和調(diào)試器的信息：

class std::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,class std::allocator<char>>

當(dāng)然，在許多應(yīng)用中我們都需要這種std::string提供的靈活性，例如，需要同時(shí)處理ASCII 和Unicode字符串，或者需要定制自己的allocator 等等。但這并不是普遍需求(通常程序員要么只處理ASCII，要么只處理Unicode ), 看起來對于程序員承擔(dān)這種范型機(jī)制有些不公平。這種機(jī)制確實(shí)讓標(biāo)準(zhǔn)庫的設(shè)計(jì)者覺得很有意思，但增加了應(yīng)用開發(fā)程序員使用的復(fù)雜度。這似乎顛倒了這個(gè)原則： 良好的標(biāo)準(zhǔn)庫設(shè)計(jì)應(yīng)該隱藏其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，而讓用戶直接使用。但std::string 對其實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度隱藏得并不夠，導(dǎo)致在用戶使用過程中不斷的遇到設(shè)計(jì)中的問題。我們不能要求標(biāo)準(zhǔn)庫的用戶都是專家。標(biāo)準(zhǔn)堅(jiān)持要求這種特定的實(shí)現(xiàn)方式，和標(biāo) 準(zhǔn)庫的設(shè)計(jì)初衷相違背，其初衷是只提供公共的接口和包含一些特定功能的類庫。自然，這種范型模板對于那些真正去要他們的人是一直有效的。

這些細(xì)節(jié)考慮同樣應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)容器，例如list<>容器，list 有一些額外的默認(rèn)模板參數(shù)，用于定義了默認(rèn)的allocator。當(dāng)然自己定義allocator 十分有用，但絕大多數(shù)人不需要自己去實(shí)現(xiàn)。這些泛化的版本完全可以作為單獨(dú)的模板提供。我承認(rèn)這樣做會(huì)讓標(biāo)準(zhǔn)庫的設(shè)計(jì)在技術(shù)上變得沒有以前有意思，但這些 庫在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮到最終用戶。篡改一下C++的頌歌：用戶不應(yīng)該為他們不需要的東西買單。

當(dāng)我們不需要模板的時(shí)候，我們不得不使用模板。除此之外，在C＋＋中用范型編程還會(huì)遇到另一個(gè)的問題。大多數(shù)人都同意，標(biāo)準(zhǔn)的algorithm 十分有用。如果你有一個(gè)整型的vector, 你可以直接使用下面的語句來排序：

sort(v.begin(),v.end());

但有些應(yīng)用理解起來十分晦澀：

copy_if(v.begin(),v.end(),ostream_iterator<int>(cout) bind2nd(greater<int>(),7));

vector<int>::iterator li;
for (li = v.begin(); li != v.end(); ++li)
if (*li > 7) cout << *li;

for_each(ls.begin(),ls.end(),
bind2nd(mem_fun(&Shape::draw),canvas));

ShapeList::iterator li;
for (li = ls.begin(); li != ls.end(); ++li)
(*li)->draw(canvas);

for_each(ls.begin(),ls.end(),
void lambda(Shape *p) { p->draw(canvas); }); 

C++ 是一種不可思議的編程語言，小到手機(jī)，大到跨國際網(wǎng)絡(luò)，都有其應(yīng)用。它非常靈活，能夠支持多種編程風(fēng)格，但這種靈活同樣也是其問題所在。編程的藝術(shù)在于為 特定的問題選擇合適編程風(fēng)格，就像老師總提醒寫作文是要選擇好的風(fēng)格一樣。我并不想詆毀 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫，這里面包含了許多人的辛勤勞動(dòng)，并為大家提供了一個(gè)公共平臺(tái)。我對于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度是，它和范型編程聯(lián)系過于緊密，從而變成了在說明什么風(fēng)格是好 的編程風(fēng)格(例如，算法中明顯傾向于不要使用顯式循環(huán)), 同時(shí)它也讓程序員們不得不介入一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)(如basic_string<>)，這樣做讓人們更加覺得C++ 是只是內(nèi)核工程師們的編程語言。

posted on 2006-04-19 14:30 芥之舟 閱讀(821) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C/C++