如何成为一名合格的 C/C++ 开发者?

写在前面的话

在大多数开发或者准开发人员的认识中,C/C++ 是一门非常难的编程语言,很多人知道它的强大,但因为认为“难”造成的恐惧让很多人放弃。

笔者从学生时代开始接触 C/C++,工作以后先后担任过 C++ 客户端和服务器的开发经理并带队开发,至今已经有十多年了。虽然时至今日哪种编程语言对我来说已经不再重要(我目前主要从事 Java 开发),但 C/C++ 仍然是笔者最喜欢的编程语言。在我看来,C/C++ 一旦学成,其妙无穷,就像武侠小说中的“九阳神功”一样,有了这个基础,您可以快速学习任何语言和编程技术。

C/C++ 的当前应用领域

需要注意的是本文不细分 CC++ 的区别,通常情况下,C++ 可以看成是 C 的一个超集,在古典时期,可以认为 C++ 就是 C with classes。虽然如今的 C++ 从功能层面上来看,离 C 越来越远了;但是从语法层面来上来看,大多数 C++ 语法还是与 C 基本一致的——所谓 C++ 的面向对象特性,如果细究 C++ 类方法的具体语法还是 C 的过程式语法。当然,面向对象是一种思想,语言本身对其支持的程度固然重要,能否熟练使用更要看开发者的水平。

C 语言目前主要用于像操作系统一类偏底层的应用开发,包括像 Windows/Linux 这样的大型商业操作系统,以及嵌入式操作系统、嵌入式设备上的应用。还有一些开源的软件,也会选择 C 开发,这些系统主要优先考虑程序执行效率和生成的可执行文件的体积(C 代码生成的可执行文件体积相对更小),当然还有一些是历史技术选型问题,这类软件像 Redis、libevent、Nginx,目前像国内的电信服务商所使用的电话呼叫系统,一般也是基于一款叫 FreeSWITCH 的开源 C 程序做的二次开发(项目地址:https://freeswitch.com/)。

C++ 面向对象的语法与 C 相比较起来,在将高级语言翻译成机器二进制码的时候,C++ 编译器在背后偷偷地做了大量工作,生成了大量的额外机器码,而这种机器码相对于 C 来说不是必须的。例如,对于一个 C++ 类的实例方法,编译器在生成这个方法的机器码时,会将函数的第一个参数设置成对象的 this 指针地址,以此来实现对象与函数的绑定。正因为如此,许多开发者会优化和调整编译器生成的汇编代码。

我们再来说说 C++。C++ 的应用领域目前有三大类,第一类就是我们目前见到的各种桌面应用软件,尤其 Windows 桌面软件,如 QQ、安全类杀毒类软件(如金山的安全卫士,已开源,其代码地址:http://code.ijinshan.com/source/source.html)、各种浏览器等;另外就是一些基础软件和高级语言的运行时环境,如大型数据库软件、Java 虚拟机、C# 的 CLR、Python 编译器和运行时环境等;第三类就是一些业务型应用软件的后台,像游戏的服务器后台,如魔兽世界的服务器(代码地址:https://github.com/azerothcore/azerothcore-wotlk)和一些企业内部的应用系统。笔者在某交易所从事后台开发,其交易系统和行情系统就是基于 C++ 开发的。

C++ 与操作系统平台

从上面的介绍可以看出,与 Java、Python 等语言相比,C/C++ 语言是离操作系统最近的一种高级语言,因此其执行效率也比较高。但是有得必有失,因为如此,C/C++ 这门语言存在如下特点。

C/C++ 整套的语法不具备“功能完备性”,单纯地使用这门语言本身提供的功能无法创建任何有意义的程序,必须借助操作系统的 API 接口函数来达到相应的功能。当然,随着 C++ 语言标准和版本的不断更新升级,这种现状正在改变;而像 Java、Python 这类语言,其自带的 SDK 提供了各种操作系统的功能。

举个例子,C/C++ 语言本身不具备网络通信功能,必须使用操作系统提供的网络通信函数(如 Socket 系列函数);而对于 Java 来说,其 JDK 自带的 java.net 和 java.io 等包则提供了完整的网络通信功能。我在读书的时候常常听人说,QQ、360 安全卫士这类软件是用 C/C++ 开发的,但是当我学完整本 C/C++ 教材以后,仍然写不出来一个像样的窗口程序。许多过来人应该都有类似的困惑吧?其原因是一般 C/C++ 的教材不会教你如何使用操作系统 API 函数的内容。

C/C++ 语言需要直接使用操作系统的接口功能,这就造成了 C/C++ 语言繁、难的地方。如操作内存不当容易引起程序宕机,不同操作系统的 API 接口使用习惯和风格也不一样。接口函数种类繁多,开发者如果想开发跨平台的程序,必须要学习多个平台的接口函数和对应的系统原理。

在应用层开发,直接使用操作系统接口的函数,往往执行效率高、控制力度大。而开发能力仅仅限制于操作系统本身,Java 这类语言,很多功能即使操作系统提供了,如果 Java 虚拟机不提供,开发人员也无法使用。正如著名的编程大师 Charles Petzold 所说:

“显而易见,究竟用哪种方式编写应用程序最好,其实并无一定之规。应用程序本身的特性应该是决定采用何种编程工具的最主要因素,但是无论将来你采用什么样的编程工具,通过了解操作系统 API 从而深入理解操作系统的工作原理,这本身就有很重要的意义。操作系统是一个非常复杂的系统,在 API 之上加一层编程语言并不能消除其复杂性,最多不过是把复杂性隐藏起来而已。说不定什么时候,复杂的那一面迟早会蹦出来拖你的后腿,懂得系统 API 能让你到时候可以更快地挣脱困境。

在基本操作系统 API 之上的任何软件层或多或少都会限制你使用操作系统的全部功能。比如,你或许发现采用 Visual Basic 来编写你的应用程序非常理想,但是就有那么一两项非常基本的功能 Visua

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