关于C++复杂性的零碎思考(myan)

关于C++复杂性的零碎思考

C++的表面困境来自两方面，一是开发效率低，而是容易犯错，维护难度大。此二者俱是表象，本质就是一个——过度复杂。或有人说C++之关键缺陷是没有统一完整的类库支撑，Bjarne Stroustrup即强调此因素。然而这其实只不过是一个结果，而不是原因。正是因为语言太复杂，才无法在有效期内开发出高质量的大一统的类库。

C++的复杂，并非是其体积庞大之必然结果。复杂是对结构混乱无序程度的描述，规模大，结构不见得必然复杂。

C++的复杂，也并不是如很多人所认为，是若干种编程范式（paradigms）的并存而至。事实上，现代实用编程语言至少有2-3种范式才能登大雅之堂。以范式数量论，Python和Ruby等新型动态语言的范式甚至多于C++，然而它们却以简单和开发效率高著称。

C++复杂的根源在于三大约束：与C的完全兼容、静态类型检查、最高性能。在三大约束下，C++未能完善对于面向对象思想的支持，未能建立强大的动态能力，从而使得C++在OO这个单项上存在本质缺陷。事实上，C++的过程、OB模型相当成熟和稳定，而泛型模型，就单项来说，除了语法丑陋之外也没有大的问题。缺陷集中体现在OO模型的实现，并因此干扰了其他几个范式的完整程度。然而，OO的缺陷绝非设计者的偏执，其原因在于三大约束。如果坚持三大约束，则即使再重新设计一次，结果也与今日相差不远。Stroustrup在多种场合表示，对C++的设计没有大的后悔之处，意思就是这个。侯捷先生早在2001年初即对我说，C++在OO上不及Java，当时体会不深，认为没有大一统的单根类库会使设计更加灵活，后来又认为凭借GP可以抵消OO的不足甚至超越之，现在看来即使不是不可能，这条道路也必然是艰辛异常，成败难以预料。

又因为上述所有因素的综合作用，C++基础类库的建设只能进行到很低的高度上就停下来，因为再往上走就面临重重困境和无穷无尽的争论。C++标准库实际上是一个距离应用相当遥远的非常基础的程序库，其主体部分只相当于Java中System和Util两个package。而C++宁可停在这样的低层次，也不愿意放弃三大约束中的任何一个。这种执着使得高层标准库设施的建立异常困难，使用也不容易。Boost库中相当部分组件的易用性不佳。

模板的复杂语法与三大约束也有直接的关系。另一个原因是Bjarne在发明模板时目标单纯。C#和Java加入泛型机制的时候，没有继承C++最好的经验，却不约而同地继承了C++模板机制中最坏的部分——语法，短期来看，丧失了一次改革的良机。长远来看，必成累赘。

不完善的异常机制则是在木已成舟的情况下迫不得已的设计。

C++中的多种范式并行，是一些最复杂问题的表面原因。以至于Doug Lea建议在一个项目里只坚持一个范式。但是这仍然只是表象。归根结底还是因为OO的缺陷，使得与其它范式合作时困难成倍放大。故自接受Doug Lea思想以来，我的C++（乃至其他现代语言，尤其是Python等多范式语言）的开发设计思路是：

1. 首先选定一种思维方式（即范式），尽可能只用这一种思维方式解决问题；
2. 如果在局部遇到其他思维方式更得力的问题，则经慎重考虑后，可以将另一种风格包装在局部，解决局部问题。但整个系统在某一层次之上看来，应当是统一一致的。一般C++的开发，应以OB为基本风格。除非有类似MFC那样庞大而成熟的OO库支持，不应贸然在整体上使用OO风格。
3. 多种风格混用，除非有已被充分讨论并验证的方案（即成熟模式），可提供单一风格不能提供的较大优势，否则应极力避免。当然鼓励在研究中探索，但实践是另一回事。

C++完全可以在90年左右摆脱C的约束，随后简化模板语法，完善异常模型，接纳可选GC，建立完整的单根类库，付出性能小幅度下降的代价之后，实现语言整体升级。

但是C++选择了另一条路，三大约束坚持到底，坚守系统层面，以替代C为己任。是福是祸，实难判别。如果90年代初选择升级，胜则扼死Java于摇篮之中，败则寸土不保。不过以C++之高性能，胜面应稍大。如今看来，在系统面彻底取代C已无可能。

1994年为STL拖延标准立案时间长达四年，如今来看功过亦存争议。错过黄金时机不说，STL典范一立，库设计风气为之一改。然而在解决应用问题上，泛型较之OO，适应能力远逊之，且应用困难。

总之，C++的三大约束，既是其兴起之要素，也是其衰落之源头，同时，又是其今天得以屹立不倒的重要基石。其是非功过，实难一言以蔽之。

补充：2004年10月20日
C++/CLI之对于C++的意义，其实并不在于使C++重新获得了制胜Java或者C#的机会，而在于巩固了C++作为.NET平台上系统语言的地位。由此知，C++/CLI的发展，的确如Stan Lippman所说，是C++一贯发展思路的延续。三大约束固然已经放弃，但其精神实质仍在，形攻而实守，未来将可作为.NET上唯一最强之系统语言而长命百岁。

C++/CLI决不简单，但在大多数时候，它能够比传统的C++表现的简单些。这就是Andrew Koenig说的，通过复杂实现简单。

C#和Java的繁荣期，则有赖于人们对于大一统的中层次语言的信仰有多坚持。此两种语言无论在系统开发还是在应用开发中都非最优选。目前C#出现一些迹象，引入一些动态语言特性如cmdlet，又强化系统编程能力，想上下通吃。这是一条不归路，必会使C#变得更加复杂怪异。

学习编程语言，通语法能实践，不过十分之一。真正重要的是掌握其多种多样的实用的idioms或模式。这些模式才是体现了语言精神的东西。未掌握各种语言中的主要应用模式，则应羞于用“会”字。常听有人说某某语言一周乃至一两天即可掌握，这个掌握的层次肯定是很低的。真正要“掌握”语言，则我等凡人，诸事缠身，非得集中精力学习实践一两年，将该语言所擅长领域的应用问题熟悉过一遍，才有可能。若论精通，则十年也不容易。Henry Spencer用了30年C，仍乐此不疲；Pragmatic Programmer中评价Ruby说，学上四个小时就可以用它解决实际问题，但是10年之后还为它层出不穷的新意感到惊讶。偶见有人举出自己“精通和掌握”的工具和语言，动辄长达八九上十种，实为笑柄。真正掌握一种，已经是难能可贵，熟练掌握两种层次不同，思维不同的语言，应是有抱负的程序员的自我要求。何况如今之软件开发涉猎甚广，仅通编程层次还显不够。不过总之百招会不如一招精，做什么工作都要有自己的过人之处。