首先說(shuō)指導(dǎo)思想。這是一個(gè)價(jià)值觀問(wèn)題，我們?cè)诖颂岢鋈龡l標(biāo)準(zhǔn)：簡(jiǎn)單，高性能，可移植。
我們?cè)陂_(kāi)篇就對(duì)簡(jiǎn)單性目標(biāo)作了敘述，這里再稍微展開(kāi)討論一下。我們提出的簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)，首先是外部接口簡(jiǎn)單，其次是內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。我們知道，類庫(kù)是提供給上層應(yīng)用程序使用的，也就是按照一定的接口規(guī)范，向上層提供一定的功能服務(wù)。接口設(shè)計(jì)得越簡(jiǎn)單，對(duì)上層用戶來(lái)說(shuō)就越方便，就越不容易產(chǎn)生Bug。我們可以注意到，流行的成功類庫(kù)都是擁有簡(jiǎn)單接口的。為了使接口簡(jiǎn)單，常常不得不把有關(guān)具體實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性封裝于類庫(kù)內(nèi)部，也就是說(shuō)，關(guān)于簡(jiǎn)單性的設(shè)計(jì)原則，外部接口簡(jiǎn)單優(yōu)先于內(nèi)部實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
高性能是C++語(yǔ)言優(yōu)于其它OO語(yǔ)言的一個(gè)特性。C++的高性能應(yīng)該首先歸于它運(yùn)行模式，和大多數(shù)OO語(yǔ)言不同，C++程序編譯后直接產(chǎn)生本地平臺(tái)代碼（Native Code），理論上具備了可能的最大執(zhí)行性能。另外的一個(gè)原因是主流的C++編譯器都被設(shè)計(jì)得非常精巧，具有優(yōu)越的代碼優(yōu)化能力。對(duì)于C++類庫(kù)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，保持C++的高性能是一個(gè)重要目標(biāo)。程序的高性能可以從兩方面來(lái)評(píng)價(jià)，一是時(shí)間性能，以盡量短的時(shí)間來(lái)解決盡量多的業(yè)務(wù)；二是資源性能，以盡量少的資源消耗，包括CPU使用、內(nèi)存占用、網(wǎng)絡(luò)流量、磁盤空間等等，來(lái)維持正常的程序功能。提高性能的主要手段是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)000-861 117-102 。
再說(shuō)可移植性。C++的編譯后輸出代碼是本地平臺(tái)代碼，因此C++本身不具有目標(biāo)代碼可移植性，C++的可移植性只能是源代碼可移植性。源代碼的可移植性是指，同一軟件產(chǎn)品的全部或者部分源代碼可以在不同的編譯環(huán)境中進(jìn)行編譯（不需要編譯的除外），并且其結(jié)果具有相同的品質(zhì)特性（依優(yōu)先順序包括功能性、可靠性、可用性、性能性、可維護(hù)性等）。編譯環(huán)境可以大致分為三個(gè)層次，最底層的是操作系統(tǒng)，也就是平臺(tái)（Platform），其次是對(duì)源代碼直接進(jìn)行處理的編譯器，然后是其它在編譯過(guò)程中必需的中間件物品，如庫(kù)文件等。我們知道C++雖然在語(yǔ)言規(guī)范上獲得了統(tǒng)一（ISO/IEC），其編譯器卻是群雄割據(jù)的局面，具有代表性的有Borland C++系列（已經(jīng)淡出市場(chǎng)），Microsoft的Visual Studio系列的C++編譯器和GNU陣營(yíng)的壓軸產(chǎn)品gc中的g++。源代碼經(jīng)編譯環(huán)境處理后產(chǎn)生的可執(zhí)行代碼的執(zhí)行平臺(tái)稱為目標(biāo)平臺(tái)，不同的編譯器的目標(biāo)平臺(tái)也不同，有的支持多平臺(tái)，如g++，有的是單一平臺(tái)，如Visual C++。對(duì)于類庫(kù)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，想要獲得完全的可移植性是非常困難的（除非是象STL這樣被納入語(yǔ)言規(guī)范的類庫(kù)，因?yàn)椴恢С?/span>STL就是不支持標(biāo)準(zhǔn)的C++。即便如此不同的編譯環(huán)境還是存在不同的STL實(shí)現(xiàn)版本，造成“一個(gè)類庫(kù)多個(gè)實(shí)現(xiàn)”的局面），我們只能有選擇地支持一部分環(huán)境。我們?cè)陂_(kāi)篇就已經(jīng)說(shuō)明，我們選擇g++和Visual C++編譯器，選擇Linux和Windows 32位目標(biāo)平臺(tái)。
接下來(lái)我們來(lái)討論C++類庫(kù)設(shè)計(jì)的方法論。
首先，我們采用僅用頭文件的類庫(kù)設(shè)計(jì)方式（Header-only，STL的大多數(shù)實(shí)現(xiàn)版本都是采用Header-only的方式），也就是在頭文件（.h）中聲明和定義類，將其成員函數(shù)全部定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，而不使用源程序文件（.cpp）。
我們知道在C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，所謂庫(kù)文件包含兩個(gè)部分，頭文件部分和二進(jìn)制文件部分。根據(jù)二進(jìn)制文件和用戶目標(biāo)文件結(jié)合方式的不同，又可分為靜態(tài)鏈接文件和動(dòng)態(tài)鏈接文件。這種庫(kù)的構(gòu)成模式已成為事實(shí)上的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)平臺(tái)、絕大多數(shù)編譯器都使用這種模式 117-301 190-721 。
然而C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，這種庫(kù)構(gòu)成模式遭遇到一個(gè)重大問(wèn)題，就是符號(hào)命名問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，C++允許多個(gè)函數(shù)可以被重載(Overload)，可以具有相同的名稱，而通過(guò)參數(shù)列表不同被予以區(qū)別。這樣就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，編譯完成的目標(biāo)代碼中怎樣來(lái)區(qū)別這些在源代碼中具有相同名稱的函數(shù)？常見(jiàn)的做法是在編譯器輸出的函數(shù)的符號(hào)名稱中加入描述類型信息的字符串，這種方法通常被稱為名稱裝飾（Name decoration）或者名稱糟化（Name mangling，這個(gè)術(shù)語(yǔ)真不好翻譯，筆者的感覺(jué)是發(fā)明這個(gè)詞的人覺(jué)得編譯器把本來(lái)簡(jiǎn)單干凈的符號(hào)給搞亂了）。比如說(shuō)，g++3.4.4對(duì)于函數(shù)void func(int),其編譯輸出符號(hào)名稱為_Z1funci，對(duì)于函數(shù)void func(int, int)，其輸出符號(hào)名稱為_Z1funcii，等等。但是，這種名稱裝飾規(guī)則沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范，也就是說(shuō)不同的編譯器有各自不同的名稱裝飾規(guī)則，這樣就導(dǎo)致不同的C++編譯器只能識(shí)別自己的輸出文件，而沒(méi)有辦法處理其他編譯器的輸出文件。因此，如果將C++程序制作成二進(jìn)制的庫(kù)文件，則其能夠支持的開(kāi)發(fā)環(huán)境只能限于原始的開(kāi)發(fā)環(huán)境，基本上不具有多種開(kāi)發(fā)環(huán)境間的通用性。
一個(gè)解決辦法是將庫(kù)文件保持在源代碼形態(tài)（包括頭文件和源文件），而不編譯成二進(jìn)制文件。比如STL的許多實(shí)現(xiàn)版本都是以頭文件形式存在。這樣雖然解決了名稱裝飾所帶來(lái)的不可移植問(wèn)題，但同時(shí)又會(huì)帶來(lái)代碼編譯時(shí)間增長(zhǎng)，源代碼完全公開(kāi)等問(wèn)題。在C++的名稱裝飾規(guī)則未被統(tǒng)一之前，看起來(lái)這個(gè)問(wèn)題是很難兩全其美地解決了。
在本系列中，我們也仿照g++的STL實(shí)現(xiàn)方式，完全以頭文件形式來(lái)編寫類庫(kù)。為什么不把代碼放到源文件中去呢？主要原因是，頭文件只需要用戶使用包含指令（#include）就可以處理了，而源文件則需要配置到用戶工程的編譯目標(biāo)列表中，和用戶的源程序形成共同編譯的形式，破壞了用戶工程的編譯目標(biāo)的封閉性，比較麻煩而且不符合軟件開(kāi)發(fā)的一般習(xí)慣。
其次我們來(lái)討論如何支持多平臺(tái)。我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)在本系列中我們的線程庫(kù)支持Linux平臺(tái)的Posix線程和Windows 32位平臺(tái)的線程模式。我們可以參考C++的Pimpl“慣語(yǔ)”(Pimpl idiom，在Herb Sutter的《Exceptional C++》中有介紹)，采用2層類構(gòu)造方式。上次類亦即接口類，為用戶提供統(tǒng)一的類接口，在用戶看來(lái)具有唯一的類行為定義；下層類亦即實(shí)現(xiàn)類，將接口類的行為定義轉(zhuǎn)化為某個(gè)平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)。