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C++類庫設(shè)計的基本構(gòu)思與方法

開發(fā) 后端
學(xué)習(xí)C++類庫時的一個重要思想:這是一個價值觀問題,于是下面提出三條標(biāo)準(zhǔn):簡單,高性能,可移植。

通常進(jìn)行C++類庫設(shè)計時,大多數(shù)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,希望大家能夠得到自己想要的信息。

我們在開篇就對簡單性目標(biāo)作了敘述,這里再稍微展開討論一下。我們提出的簡單標(biāo)準(zhǔn),首先是外部接口簡單,其次是內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。我們知道,類庫是提供給上層應(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)計得越簡單,對上層用戶來說就越方便,就越不容易產(chǎn)生Bug。我們可以注意到,流行的成功類庫都是擁有簡單接口的。為了使接口簡單,常常不得不把有關(guān)具體實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性封裝于類庫內(nèi)部,也就是說,關(guān)于簡單性的設(shè)計原則,外部接口簡單優(yōu)先于內(nèi)部實(shí)現(xiàn)簡單。

 高性能是C++語言優(yōu)于其它OO語言的一個特性。C++的高性能應(yīng)該首先歸于它運(yùn)行模式,和大多數(shù)OO語言不同,C++程序編譯后直接產(chǎn)生本地平臺代碼(Native Code),理論上具備了可能的***執(zhí)行性能。另外的一個原因是主流的C++編譯器都被設(shè)計得非常精巧,具有優(yōu)越的代碼優(yōu)化能力。

對于C++類庫設(shè)計者來說,保持C++的高性能是一個重要目標(biāo)。程序的高性能可以從兩方面來評價,一是時間性能,以盡量短的時間來解決盡量多的業(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000-861 117-102 。

 再說可移植性。C++的編譯后輸出代碼是本地平臺代碼,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層次,***層的是操作系統(tǒng),也就是平臺(Platform),其次是對源代碼直接進(jìn)行處理的編譯器,然后是其它在編譯過程中必需的中間件物品。

如庫文件等。我們知道C++雖然在語言規(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),Microsoft的Visual Studio系列的C++類庫和GNU陣營的***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)行平臺稱為目標(biāo)平臺,不同的編譯器的目標(biāo)平臺也不同,有的支持多平臺,如g++,有的是單一平臺,如Visual C++。對于類庫設(shè)計者來說。#t#

想要獲得完全的可移植性是非常困難的(除非是象STL這樣被納入語言規(guī)范的類庫,因?yàn)椴恢С諷TL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“一個類庫多個實(shí)現(xiàn)”的局面),我們只能有選擇地支持一部分環(huán)境。我們在開篇就已經(jīng)說明,我們選擇g++和Visual C++編譯器,選擇Linux和Windows 32位目標(biāo)平臺。

一個解決辦法是將庫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的不可移植問題,但同時又會帶來代碼編譯時間增長,源代碼完全公開等問題。在C++的名稱裝飾規(guī)則未被統(tǒng)一之前,看起來這個問題是很難兩全其美地解決了。

在本系列中,我們也仿照g++STL實(shí)現(xiàn)方式,完全以頭文件形式來編寫類庫。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發(fā)的一般習(xí)慣。

責(zé)任編輯:chenqingxiang 來源: CSDN
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