C++程序設計之四書五經

2019-11-17 05:27:21

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供稿：網友

　　C++是一門廣泛用于工業軟件研發的大型語言。它自身的復雜性和解決現實問題的能力，使其極具學術研究價值和工業價值。和C語言一樣，C++已經在許多重要的領域大獲成功。

　　然而，一個不可否認的現實是，在低階程序設計領域，C++擠壓著C同時也在承受著C的強烈反彈，而在高階程序設計領域，java和C#正在不斷蠶食著C++的地盤。也許C++與C合為一體永遠都是一個夢想，也許Java和C#的狂潮終將迫使C++回歸本位—回到它有著根本性優勢的開發領域：低級系統程序設計、高級大規模高性能應用設計、嵌入式程序設計以及數值科學計算等。果真如此，我認為這未嘗不是一件好事。

　　C++吸引如此之多的智力投入，以至于這個領域的優秀作品，包括重量級的軟件產品、程序庫以及書籍等，數不勝數。文題“C++程序設計之四書五經”一個不太嚴格的含義是：C++程序設計之四書五經。是的，在本文（及其下篇）中，我將分門別類推薦20多本C++好書，你可以根據自己的需要選讀。

　　TCPL和D&E

　　TCPL和D&E分別是《The C++ PRogramming Language》和《The DesignandEvolution ofC++》的簡稱，均出自BjarneStroustrup之手。我將它們單列出來，首先是因為Bjarne是C++語言的創建者，然后是因為比“首先”那個原因更重要的原因：這兩本書是C++領域毋庸置疑的杰作。說它們是C++語言圣經，并不為過。

　　Bjarne Stroustrup, The C++ Programming Language (Special3rdEdition)

　　《C++程序設計語言（非凡版）》，機械工業出版社

　　《C++程序設計語言（非凡版）（英文影印版）》，高等教育出版社

　　迄今為止，TCPL是除了C++標準文獻之外最權威的C++參考手冊。和大多數人的看法不大一樣，我認為Bjarne的文字語言并不遜色于他所創建的程序語言，至少我喜歡這種學院氣息濃厚的作品。本書對C++語言的描述輪廓鮮明、直截了當。它從C++語言創建者的角度來觀察C++，這是任何別的作者和書籍做不到的—沒有任何人比Bjarne自己更清楚該怎么來使用C++。

　　這是一本嚴厲的著作，以中、高級C++開發人員為目標讀者。假如你是一名有經驗的C++程序員，需要了解更加本質的C++知識，本書正是為你而寫。它不是那種讓你看了會不斷竊喜的小書，需要專心體會，反復咀嚼。在閱讀過程中，請非凡留心Bjarne先生強調了什么，又對什么一語帶過。我個人比較喜歡這本書的第四部分“使用C++做設計”，這樣的內容在類似的程序設計語言書籍中很難看到—我甚至認為Bjarne應該將這部分獨立出來單獨寫一本書。

　　Bjarne Stroustrup, The Design and Evolution of C++

　　《C++語言的設計和演化》，機械工業出版社

　　《C++語言的設計和演化（英文版）》，機械工業出版社

　　D&E是一本關于C++語言設計原理、設計決策和設計哲學的專著。它清楚地回答了C++為什么會成為今天這個樣子而沒有變成另外一種語言。作為C++語言的創建者，Bjarne淋漓盡致地展示了他獨到而深刻的見解。除了廣受贊譽的語言特性外，Bjarne沒有回避那些引起爭議的甚至被拒絕的C++特性，他一一給出了邏輯嚴密、令人信服的解釋。內容涵蓋C++的史前時代、帶類的C、C++的設計規則、標準化、庫、內存治理、多重繼續、模板等，對包括異常機制、運行時類型信息和名字空間在內的重要的新特性都分別進行了深入探討。每一名C++程序員都應該可以從Bjarne的闡釋中加深對手中這門語言的熟悉。　　需要再次提醒的是，這兩本書知識濃縮，信息量極大，請不要錯過Bjarne每一句看似漫不經意的話。

　　入門教程

　　學習任何一門語言都需要一個從入門到精通、從新手到高手循序漸進的過程。不過，對于一個所謂的新手而言，究竟是一個完完全全的新手，還是一個熟悉某種別的語言的“新手”，甚至是在某種語言程序設計領域已經頗有建樹的高手，很難一概而論？不同的C++新手需要不同的入門書籍。

　　Andrew Koenig, Barbara E. Moo, Accelerated C++:PracticalProgramming by Example

　　《Accelerated C++中文版》，中國電力出版社

　　和市面上大多數C++教程不同，本書不是從“C++中的C”開始講解，而是始于地道的C++特性。從一開始就使用標準庫來寫程序，隨著講述的逐漸深入，又一一解釋這些標準庫組件所依靠的基礎概念。另外，和其他C++教材不同的是，這本書以實例拉動語言和標準庫的講解，對后兩者的講解是為了給實例程序提供支持，而不是像絕大多數C++教材那樣，例子只是用作演示語言特性和標準庫用法的輔助工具。

　　作者在C++領域的編程實踐、教育培訓以及技術寫作方面都是世界一流水準。我喜歡這種大量使用標準庫和C++語言原生特性的清新的寫作風格。在這本教材面前，幾乎迄今為止的所有C++教材都黯然失色或顯得過時。盡管這本教材也許對于國內的高校教育來說有些前衛，不過我仍然極力向我的同行們推薦。順帶一提，在Bjarne和我最近的一封通信里，他這樣評價本書：對于有經驗的程序員學習C++而言，這本書可能是世界上最好的一本。

　　Stanley B.Lippman, Josee Lajoie, C++ Primer (3rd Edition)

　　《C++ Primer (3RD)中文版》，中國電力出版社

　　這本書的名字多少有點讓人誤解。盡管作者聲稱這本書是為C++新手而寫，但無論是它的厚度還是講解的深度都暴露了似乎并非如此。也許說它是一本“從入門到精通”的C++教程會更合適一些。我個人認為它并不適合完全不懂C++的初學者—在閱讀這本書之前，你至少應該先有那么一點C或C++的背景知識，或者至少要具有一些其他語言的編程經驗。

　　盡管這本書省略了一些高級C++特性的討論，但仍然可以稱得上是迄今為止最全面的C++學習教程。事實上，假如一名C++初學者能夠扎扎實實地讀完本書并對照《C++PrimerAnswerBook》完成全部習題的話，他的水平肯定可以進入職業C++程序員的行列。我個人認為，即使你已經擁有了TCPL，這本書依然有擁有的價值，因為在許多方面它比TCPL來得更具體、更易懂。

　　Stanley B. Lippman, Essential C++

　　《Essential C++中文版》，華中科技大學出版社

　　《Essential C++（影印版）》，中國電力出版社

　　可以不太嚴格地認為這本書是《C++Primer》的精簡版。本書一一講述了C++中最具代表性的主題，包括過程式編程、泛型編程、基于對象編程、面向對象編程、模板編程以及異常處理等。Stanley將門檻調低到“具有其他語言程序設計經驗”的C++新手所能接受的最基本的層次，使他們能夠迅速開始使用C++編程而又免于閱讀《C++Primer》那樣的大部頭。它以實例引導學習，力圖使讀者在最短的時間內把握C++的精粹。

　　也許換一個人來概述C++編程范型（paradigm）的方方面面需要好幾百頁才能說清楚，但這本小書不可思議地做到了這一點。我個人非常喜歡這種滿是技術、簡明扼要并且“有話好好說”的書。這本書同樣具有一個明顯的風格：所有程序例子全部采用標準庫組件，讓人耳目一新。　

　　以上三本書都不是為了完完全全的編程新手而寫。完全的C++編程新手可以閱讀FrancisGlassborow的新書（尚未出版）：《ABeginners IntrodUCtion to ComputerProgramming : You Can DoIt!》。這也是Bjarne的推薦。FrancisGlassborow是ACCU主席，多年來他對幾乎每一本C++經典名著評頭論足，他自己的這一本自然會引起C++社群的極大愛好。

　　高效、健壯編程

　　兩年前我在負責一個省級電力調度系統項目時編寫了一個網關程序，它從SCADA系統獲取電力實時信息。通訊接口采用了不常用的數據庫直連方式（這個網關程序一端連接SQLServer6.5，另一端連接Oralce8.1.6）。由于實時測點近萬，每次將全部取樣更新或插入一遍顯然是低效的。我在網關程序里建了一個內存庫，獲取到的數據首先在其中進行比較，然后決定是否更新物理數據庫（同時還做了別的更復雜的事情……），從而在效率和資源占用兩方面達到了預期效果。

　　這個程序一直運行得很好，但在離開現場之后的某一天，系統治理員打來電話，說大概因為網絡故障等原因，有時這個網關程序會崩潰掉—它自己崩掉也就罷了，問題是它還會把windows 2000AdvancedServer搞成“藍屏”！坦白地說，我還從來沒看過哪個非蓄意的程序有這個“能耐”。由于當時正忙于另外一個大項目，無法去現場調試，最后只有憑經驗對內存庫代碼小心翼翼地封裝以異常處理代碼（同時也做了一些別的修改……）。這樣，雖然沒有徹底解決問題，但程序終究不再死得那么難看了。

　　在這兒講這么一段花絮有什么意思呢（當初為那個可怕的bug朝思暮想時我可不認為這是一個“花絮”）？我想說的是，對于任何軟件而言，離開強健，效率也就無從談起。而對于C++程序員來說，也許編寫一個高效的程序并不難，但要編寫一個需要724小時持續運行的服務端軟件就不是那么輕易了，需要考慮許多因素，有時這些因素甚至遠遠超出C++語言和開發工具的本身。作為一名開發實際項目軟件的程序員，并非非得自己碰釘子才能積累經驗，只要我們足夠虛心，別人的經驗往往都是我們很好的借鑒。鑒于此，我推薦以下幾本書供你選讀，它們可以讓你從強健和效率兩方面受益（當然了，它們涵蓋的內容遠不限于異常處理J）。

　　Scott Meyers, Effective C++: 50 Specific Ways to ImproveYourPrograms and Design (2nd Edition)

　　Scott Meyers, More Effective C++: 35 New Ways to ImproveYourPrograms and Designs

　　《Effective C++中文版》，華中科技大學出版社

　　《More Effective C++中文版》，中國電力出版社

　　《Effective C++（影印版）》，中國電力出版社

　　假如說《Effective C++》主要討論C++中一些相對基礎的概念和技巧的話，那么《MoreEffectiveC++》則著重探討了包括異常處理在內的一系列高級技術。與前者相比，后者具有兩大主要區別：其一，它包含很多時新的標準C++的內容；第二，它討論的主題傾向于“戰略化”而非“戰術化”，并且討論得更深入、更徹底。尤其是對虛析構函數、智能指針、引用計數以及代理類（proxyclasse）等技術和模式論述的深入程度，讓人很難想象是出現于這樣的一本小書之中。

　　游刃有余的技術，高超的寫作技巧，Scott無疑是世界上最優秀的C++技術作家之一。在簡潔、清楚、易讀等方面，這兩本書都卓爾不群。總之，Scott提供的這85個可以改善編程技術和設計思維的方法，都是中、高級C++程序員必備的技能。我強烈推薦這兩本書（實際上還有一本，稍后就會看到）。

　　Herb Sutter, Exceptional C++: 47 Engineering Puzzles,ProgrammingProblems, and Solutions

　　Herb Sutter, More Exceptional C++: 40 New EngineeringPuzzles,Programming Problems, and Solutions

　　《Exceptional C++中文版》，中國電力出版社

　　《More Exceptional C++中文版》，華中科技大學出版社

　　你自認為是一名C++語言專家嗎？讀一讀ISOC++標準委員會秘書長的這兩本書再回答。在這兩本書中，Herb采用了“問答”的方式指導你學習C++語言特性。對于每一個專題，Herb首先合理地設想出你的疑問和困惑，接著又猜測出你十有八九是錯誤的解答，然后給你以指點并提出最佳解決方案，最后還歸納出解決類似問題的普適性原則。

　　這兩本書是典型的深究C++語言細節的著作，很薄，但內容密集，遠遠超過Scott的那兩本書，讀起來很費腦筋—我個人認為它們要比Scott的書難懂得多。若要研習這薄薄的兩本書所包含的知識，至少需要花費數月的時間?。ㄔ赟cott的薦序中，他坦陳不止一次陷入GotW問題的陷阱，你應該知道這意味著什么）對于語言細節的深究有什么好處呢？盡管在大多數情況下，我們不必關心C++代碼幕后的動作，然而當我們不得不關心時，這兩本書可以為我們提供很好的線索，因為它們揭示了C++語言中微妙而又至關重要的東西。

　　Stephen C. Dewhurst, C++ Gotchas: Avoiding Common ProblemsinCoding and Design

　　《C++程序設計陷阱》，中國青年出版社

　　Stephen的理論素養和實踐經驗注定這是一本值得一讀的好書。Stephen曾經是貝爾實驗室中第一批C++使用者。他已經使用C++成功解決了包括編譯器、證券交易、電子商務以及嵌入式系統等領域中的問題。本書匯集了作者來自開發一線的99條編程真知灼見，洞悉它們，你可以避免幾乎所有常見的C++設計和編程問題。

　　我甚至認為，對于C++編程菜鳥而言，閱讀這本書會比閱讀Scott和Herb的書更能輕松而立竿見影地獲得更大的提高。我個人很喜歡這本書的寫作風格—Stephen的許多觀點看似極端卻無可辯駁。當然了，這種自信（以及冷幽默）來自于作者深厚的技術素養，而非自大的偏執。

　　除了上面推薦的書籍外，Dov Bulka和 David Mayhew合著的《Efficient C++:PerformanceProgrammingTechniques》（《提高C++性能的編程技術》，清華大學出版社）也值得一看。這本超薄小書聚焦于高性能C++應用程序開發。兩位作者都是IBM軟件專家，都工作于對性能要求極高的系統構建領域，本書是他們的經驗之談。也有人不喜歡這本書，因為它花了不少的篇幅講述和C++無關的東西，我卻恰恰因為這一點而對這本書產生好感，正是這些東西讓我開闊了眼界。

　　模板和泛型編程

　　模板和基于模板的泛型編程無疑是當今發展最活躍的C++程序設計技術。模板的第一個革命性的應用是STL，它將模板技術在泛型容器和算法領域的運用展現得淋漓盡致，而Boost、Loki等現代程序庫則將模板技術的潛能不斷發揮到極致。在模板和泛型編程領域，我推薦以下兩本重量級著作：

　　David Vandevoorde, Nicolai M. Josuttis, C++ Templates:TheComplete Guide

　　《C++ Templates全覽（繁體版）》，臺灣峰資訊股份有限公司

　　《C++ Templates全覽（簡體版）》，人民郵電出版社

　　有一種老套的贊美一本書的手法，大致是“沒有看過這本書，你就怎么怎么地”，這里面往往夸張的成分居多。不過，倘若說“沒有看過《C++Templates:The CompleteGuide》，你就不可能精通C++模板編程”，那么這個論斷對于世界上絕大多數C++程序員來說是成立的。

　　這本書填補了C++模板書籍領域由來已久的空白。此前，上有《ModernC++Design》這樣的專注于模板高級編程技術和泛型模式的著作，下有《The C++StandardLibrary》這樣的針對特定模板框架和組件的使用指南。然而，假如對模板機制缺乏深入的理解，你就很難“上下”自如。鑒于此，我向每一位渴望透徹理解C++模板技術的朋友推薦這本書。

　　這本書在內地、臺灣各有一個譯本，但出自不同的譯者之手。當你看到這篇文章時，兩個譯本應該都已經上市，對于讀者來說當然也就多了一種選擇。侯捷先生個人網站上開放了繁體譯本大部分章節，不妨先睹為快。

　　Andrei Alexandrescu, Modern C++ Design: Generic ProgrammingandDesign Patterns Applied

　　《C++設計新思維：泛型編程與設計模式之應用》，華中科技大學出版社

　　《C++設計新思維（影印版）》，中國電力出版社

　　你自認為是C++模板編程高手嗎？請看過這本書再回答J這是一本出自天才之手令人敬畏的杰作。泛型模式，無限延伸你的視野，足以挑戰任何一名C++程序員的思維極限。

　　這本書共分為兩大部分，第一部分討論了Loki程序庫采用的基礎技術以及一些高級語言特性，包括基于策略的類設計、模板局部特化、編譯期斷言、Typelist以及小型對象分配技術等。第二部分則著重介紹了Loki中的重要組件和泛型模式技術，包括泛化仿函數（GeneralizationFunctor）、單件（Singleton）、智能指針、對象工廠（ObjectFactory）、抽象工廠（AbstractFactory）、訪問者（Visitor）以及多方法（Multimethods）等。每一種技術都讓人大開眼界，嘆為觀止。

　　在C++的學習方面，過猶不及往往成了不求甚解的借口。然而，面向對象并非C++的全部，模板和泛型編程亦占半壁江山。對于“嚴厲”的C++程序員而言，及時跟進這項早經例證的成功技術，不失為明智之舉。

　　結語

　　這些著作是如此大名鼎鼎，也許根本不缺我一個推薦。然而，縱然C++程序員隊伍的發展壯大速度不像其他更時髦的語言那樣迅速，新人進總是多于舊人出。除了熱忱地歡迎新人，我個人認為到了對C++書籍進行“盤點”的時候了，并且希望這樣的“盤點”有益于感愛好的讀者。請保持耐心和寬厚。在下篇中，我將繼續介紹標準庫、網絡編程以及其他方面的C++好書。有好書相伴，這個冬天不會冷。

　　作者：榮耀

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