C++的沉迷与爱恋
我於今年七月發(fā)表了一本著作《多型與虛擬》和一本譯作《深度探索C++物件模型》,獲得很大的回響。這些作品都不是針對 C++ 的完全初學(xué)者所寫,但從初階到高階為數(shù)眾多的 C++ guy,熱情地表達(dá)了他們對這些主題的喜悅。
在許多來信中,我看到一些有趣的現(xiàn)象,也感受到一些值得整理下來的想法。所以,根據(jù)我個人的學(xué)習(xí)過往、我的教學(xué)經(jīng)驗、以及周遭朋友的心得交流,寫下這篇文章,或可為後學(xué)者戒。
●《多型與虛擬》序言節(jié)錄
首先讓我節(jié)錄《多型與虛擬》一書序言:
《多型與虛擬》序 節(jié)錄(侯俊杰/松崗/1998/07)
一般而言,C++是一個難學(xué)易用的語言。
C++的難學(xué),初始在於其重重的布幕,布幕之中編譯器對我們的程式碼做了太多的手腳,使我們慣於循序思考的工程腦袋一無所措。及長,又面臨新的思維模式,使我們必須扭轉(zhuǎn)慣常的思考習(xí)慣。
C++的易用則在於其巨大的彈性,能夠以多型(polymorphism)、虛擬(virtual)、模板(template)、泛型(generalization)等種種型式,讓既有的碼去處理未知的、未來的資料型態(tài)。
當(dāng)然,易用必須先能用。用不好或不能用的話,「寫 C++ 程式」最後就成了只是「使用 C++ 編譯器」,這是大家常拿來彼此調(diào)侃的笑話。
在「難學(xué)」的背景下,「易用」是使我們依然前仆後繼的動力。愈來愈多的大學(xué)資訊科系把 C++ 開在大一課程,這雖然說明 C++ 是多麼地重要,可也苦了資訊新兵們。
其實「難學(xué)」的最大癥結(jié)在於,很難得有一本書,能夠一針見血地指出多型與虛擬的重要性;在我們粗具語法基礎(chǔ)之後,直接把我們導(dǎo)引到最核心最重要的思想,并且在建立這個思想的過程中,提供足夠的必要基礎(chǔ)。
●困難度之一
「C++ 是個難學(xué)易用的語言」,這句話相信很多人心有戚戚。C++ 的學(xué)習(xí)難度,一在於語言本身太多的「幕」,一在於 "paradigm shift" (思考模式的移轉(zhuǎn))。
傳統(tǒng)循序語言如C,Pascal,Basic,Fortran...,除了模樣看起來稍有不同,基本上都是函式call來call去,大同小異,很容易掌握。你想做的動作,在code中都看得一清二楚。你所看不到的,犖犖大者也不過就是編譯器為你的函式加上用以處理堆疊的一小段碼(prologue和epilogue),這一小段碼基本上做的是housekeeping工作,你沒看到也沒有關(guān)系(更好),并不影響你對程式邏輯的思考。
C++不一樣,C++有太多和程式邏輯息息相關(guān)的動作是編譯器為我們加上去的。換句話說C++編譯器為我們「加碼」。如果不識清這一節(jié),學(xué)習(xí)C++有如霧里看花,霧非霧,花非花。
編譯器為我們的C++程式加了什麼碼呢?很多!物件誕生時ctor會被喚起,物件死亡時dtor會被喚起,這都是加碼的結(jié)果。ctor中設(shè)定vtpr和vtbl,這也是加碼的結(jié)果。new 單一物件時會產(chǎn)生 memory block cookie,new物件陣列時會產(chǎn)生一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)記錄著 object size和 class ctor...,這也都是布幕後的工作??梢哉f,程式碼中看不到而卻必須完成的所有與程式邏輯有關(guān)的動作,統(tǒng)統(tǒng)都是C++編譯器加碼後的結(jié)果。
當(dāng)「繼承」發(fā)生,整個情況變得稍微復(fù)雜起來?!付嘀乩^承」又更復(fù)雜一些,「虛擬繼承」再更復(fù)雜一些。
這些布幕後的主題,統(tǒng)可歸類為所謂的C++ object model(物件模型)。如果不知道這些底層機(jī)制,你就只能夠把"make destructors virtual in base classes"(《Effective C++》, item14)或 "never treat arrays polymorphically" (《More Effective C+》, item 3)這類規(guī)則硬背下來,卻不明白它的道理。
用一樣?xùn)|西,卻不明白它的道理,林語堂如是說:『不高明』。只知道 how,不知道 why,侯捷如是說:『不高明』。
●困難度之二
C++ 的第二個學(xué)習(xí)難度在於 "paradigm shift"(思考模式的移轉(zhuǎn))。別說自己設(shè)計classes了,光使用別人的classes,就都是一種思考模式和行為模式的移轉(zhuǎn)。MFC(或 OWL 或 VCL)programmer 必然甚能夠領(lǐng)略并體會我的意思。
使用所謂的application framework(一種大型的、凝聚性強的、有著物件導(dǎo)向公共基礎(chǔ)建設(shè)的 class library),你的碼和framework之間究竟是怎樣的關(guān)系呢?framework提供的一大堆可改寫的虛擬函式的意義與價值究竟在哪里呢?為什麼framework所設(shè)計的種種美好性質(zhì)以及各式各樣的演算法竟然可以施行於我們自己設(shè)計的class types身上呢?framework被設(shè)計時,并不知道我們的存在呀!
這正是物件導(dǎo)向中的多型(polymorphism)的威力。
稍早所說的C++物件模型,偏屬程式設(shè)計的低層面;這里所說的思考模式移轉(zhuǎn),則是程式設(shè)計的高層面。能夠把新思維模式的威力發(fā)揮得最淋漓盡致的,當(dāng)推物件導(dǎo)向的polymorphism(多型)和 generalization(泛型)。如果你沒有使用這兩項特性,等於入 C++ 寶山而空手返。
●反覆煉,循環(huán)震蕩
想像 C++ 是一把用來解決程式問題的刀,要它堅軔,要它鋒利,就必須經(jīng)過多次的回火,在高熱和驟冷之間煉。
初學(xué) C++ 語法(syntax)之後,你應(yīng)該盡快嘗試體驗 polymorphism (大致而言也就是虛擬函式的運用)。等到對 OOP 的精神有了大局掌控的能力,但對 C++ 的許多小細(xì)節(jié)不甚清楚,就是回到C++ 物件模型煉的時機(jī)。
成長,是在高階(polymorphism)和低階(object model)之間反覆震蕩,才能夠震蕩到更高的位階,而不是平平庸庸於中階(C++ syntax)的一灘死水。
●不要沉淪於 C++ syntax
100個人跟我說他懂 C++/OOP,只有10% 不到可以讓我認(rèn)為他沒有胡吹大氣。太多的人,上嘛上不到 polymorphism,下嘛又下不到object model。就這樣不上不下地卡在 C++ 語法層面。大一學(xué)了C++,到大四快畢業(yè)了,連 virtual functions 是怎麼回事都期期艾艾支支吾吾說不出個道理。
有時候我覺得,太苛責(zé)同學(xué)也於心不忍,因為同學(xué)們事實上處於一種無知的狀態(tài),既不知道 C++/OOP 該怎麼學(xué),也不知道哪些書可以教他們那麼學(xué)。所以,苛責(zé)同學(xué),不如責(zé)怪老師。
眾所周知,大學(xué)教授泰半是動口不動手,普遍的心態(tài)是「論文第一,升等為要;程式語言?哎,末流!」。「末流」課程通常由教授們輪流教,誰倒楣誰來教;於是就 常常有「下學(xué)期要教 C++ 語言了,這學(xué)期寒(暑)假趕快去要本書來惡補」的情況發(fā)生。偏偏程式語言這東西,只動口不管用,一定要動手,而且要常動手。老師自己沒有摸到C++/OOP的精神,學(xué)生又能學(xué)到什麼?
有些學(xué)校資訊系并不教特定的程式語言,老師們的態(tài)度是「語言是一種自己學(xué)就好了的東西嘛,拿到大學(xué)殿堂來,哎,不入流」!於是應(yīng)該好好為學(xué)生打下實際基礎(chǔ)的課程,卻天馬行空地騰云駕霧起來,大談抽象意念。飽讀經(jīng)書的老師們可能忽略了,一個完全沒有技術(shù) 基礎(chǔ)的學(xué)子,要的不是形而上的道,而是形而下的器。
我們是先能夠欣賞具象畫,還是先能夠欣賞抽象畫?我們不都是先對畢卡索的畫大罵「這是什麼東西」,直到自己的藝術(shù)涵養(yǎng)夠豐富了、人生閱練更飽滿了、能夠舉一隅以三隅反了、能夠接觸類旁通左右逢源了,才轉(zhuǎn)而能夠欣賞甚至進(jìn)入畢卡索的抽象意境嗎?
老師們各有專長,要老師們來教非彼專長的大班課、基礎(chǔ)課,我又覺得似乎也太為難老師了。那麼,苛責(zé)老師,不如責(zé)怪學(xué)校當(dāng)局。如果學(xué)校當(dāng)局能夠聘請經(jīng)驗老道又有教學(xué)熱誠的工程師來教這類實務(wù)學(xué)科,不是三方皆大歡喜嗎?不要說什麼制度僵化啦,難以突破啦,大學(xué)是高度自治區(qū),禮聘幾位兼任老師,不全都是系上的權(quán)責(zé)范圍內(nèi)嗎?
當(dāng)學(xué)子們在課程上學(xué)不到他要的東西,就只好閉門自修。但是,循序性(sequential)語言尚有自修學(xué)會的可能,物件導(dǎo)向語言嘛,以大學(xué)生的程度來講,我認(rèn)為自修實在困難,只會修出個四不像、半瓶水。
管不到學(xué)校!管不到教授!自求多福的情況下,希望看到這篇文章的你,知道 C++/OOP 該怎麼學(xué)。
●不要沉迷於 C++ semantics 和 C++ object model
對 於底層知識有濃厚興趣的朋友,下探到 object model 領(lǐng)域,一定會非常開心地在 object size、object layout、vptr/vtbl、以及許多布幕後的技術(shù)之間玩將起來。了解這些東西,當(dāng)然是好的,但是由於一探究竟得其奧秘的快感與成就感,使得一些朋 友們在這個層面里「玩」起來了,小地方玩得很精,玩得不亦樂乎,玩得忽略了 C++/OOP 的最終目標(biāo)。
最終目標(biāo)是 polymorphism!
我要說,在 C++ syntax 以及相對低階的 C++ semantics 里,不要玩得太過火。過猶不及,會傷身的。C++ 經(jīng)典名書內(nèi)附的一些習(xí)題,在我看來頗有點玩得過火的味道。至於什麼百題精選、題庫大成,除了修練基本功之外,都滿無趣的東西。
Programming 應(yīng)該是一種天馬行空的想像力與創(chuàng)意的組合;如果你能夠自己想題目,譬如說實作一個天體運行的 class 體系、或是實作一個生物分類(界門綱目科屬種)體系,不是很有趣嗎?準(zhǔn)備資料的過程中,查查百科全書,你也因此查到了太陽系九大行星的幾何資料,哈雷慧星 的軌道周期,或是黑面琵鷺的「界門綱目科屬種」英文名稱,這難道不比鉆研於 ++++i 或 ----i 或 *&*&p 之類的頭腦體操題目有趣嗎?(看過不少這類好笑題目,沒一個記下來,只好胡亂寫幾個運算式。諸位應(yīng)該知道我說的那種頭腦體操題目)
固然,在科學(xué)與工程的領(lǐng)域里頭,無技術(shù)無以為立,但別把自己弄得過於僵化,過於匠氣。僵化與匠氣是我們教育體系的最大沉疴。到了高專層次,敗象顯露無遺。
●名書推薦
如果沒有介紹幾本好書,我就是為德不卒。
讓我再節(jié)錄 《多型與虛擬》 的二刷感言:
《多型與虛擬》一版二刷感言(侯俊杰/松崗/1998/08)... C++ 相關(guān)書籍,如天上繁星,如過江之鯽。廣博如四庫全書者有之(如 The C++ Programming Language、C++ Primer),深奧宛如山重水復(fù)有之(如 Inside The C++ Object Model),獨沽一味者有之(如 C++ Programming Style、More Effective C++),獨樹一幟者有之(如 The Design and Evolution of C++),另辟蹊徑者亦有之(如 STL tutorial Reference Guide)。...?
以下是我認(rèn)為你應(yīng)該要擁有的書籍。有趣的是,我才在自己班上做了一個調(diào)查 (我教的是物件導(dǎo)向 Windows 程式設(shè)計,學(xué)生應(yīng)該要有良好的 C++/OO 基礎(chǔ)),擁有以下 1~5 本書的人舉手。舉手人數(shù)都很少,而且老是那幾位(最高記錄是擁有四本)。這讓我感覺,強者恒強,弱者恒弱。悲夫!
1. C++ Primer (3/e), Lippman/A.W./1998?
(聽說 1999 將有中譯本)
2. The C++ Programming Language (3/e), Bjarne/A.W./1997?
(聽說 1999 將有中譯本)
以上兩本書是 C++ 經(jīng)典百科。就內(nèi)容水平而言,我認(rèn)為同為瑜亮。 普遍的印象是,第一本較易接受,第二本澀味稍重。第二本書 作者 Bjarne 是 C++ 語言的創(chuàng)造者,所以有其權(quán)威性。我認(rèn)識的多 位 C++/OOP 高手,都是兩書齊具。
3. Inside The C++ Object Model, Lippman/A.W./1996?
(中譯本 <深度探索 C++ 物件模型>)
全書講解 C++ object model,上窮碧落下黃泉。內(nèi)容很好,層次也高, 可惜原文書大大小小的錯誤繁如晨星,閱讀時需小心。
4. Effective C++, Meyers/A.W./1992?
(印象似有中譯本,名稱忘了,誰可補充說明?)
5. More Effective C++, Meyers/A.W./1996?
(有中譯本嗎?我不知道,誰可補充說明?)
同一作者的這兩本書,專講 C++ programming 的重要觀念,使你的程式 更穩(wěn)健更有效率。書中許多觀念涉及 C++ object model,與 (3) 書混合看, 如魚得水。
6. Polymorphism in C++ <多型與虛擬> 侯俊杰/松崗/1998?
(沒有中譯本 -- 它本身就是中文書)
在語法粗具的基礎(chǔ)上,直接把讀者導(dǎo)引到最核心最重要的思想,并且 在建立這個思想的過程中,提供足夠的必要基礎(chǔ)。
注意,這些都只是強本固元用來扎基礎(chǔ)的書籍而已,要觀摩大型程式經(jīng)驗,還有諸如 Large Scale C++ Software Design(John Lakos/A.W./1996)可以閱讀。
OO 的世界,不止 OOP,還有 OOA/OOD,那又是一缸子的學(xué)問和一缸子的書。 參考:http://blog.csdn.net/kenlinyh/article/details/458044 分類:?C/C++編程
總結(jié)
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