01 现代C++

作为一门应用广泛的系统级编程语言，C++已经诞生36年了，其不断演化迭代，经受了时代的考验和锤炼，C++编写的庞大系统软件体系是当今数字世界基础设施的主要构建者。

“现代C++”是指国际C++标准委员会在2006之后发布的4个版本，包括C++11/14/17/20。《现代C++白皮书》由“C++之父”Bjarne Stroustrup和全球C++及系统软件技术大会联合发布，作为公益书籍在中国C++社区发行。本书对现代C++从2006年到2020年间做了百科全书式的回顾，是现代C++发展历史上最重要的文献。

此次直播由Boolan首席软件专家李建忠老师主讲，从现代C++的技术演进、精进路线图以及现代C++的应用生态与发展这三个方面为大家解读《现代C++白皮书》。

02 现代C++的技术演进

抽象思维+机器思维

李建忠老师强调任何编程语言都需要具备两种思维—面向机器底层的机器思维和面向领域和业务的抽象思维。

抽象思维

抽象是计算机科学中最重要的一种思维方式，抽象思维是人类管理复杂性的技术。程序员通常需要具备强大的抽象思维能力来处理复杂的业务逻辑，完成大型软件的构建。抽象思维包括：设计范式、组件封装、设计模式、构架模式等。李建忠老师对现代C++在抽象思维方面的改进做了系统的梳理。

• 设计范式

  概念提升后的泛型编程将进入和OO并驾齐驱的应用开发领域。现代C++设计范式的主要特性有：

  • 面向过程

  • 面向对象

     • enum class

  • 泛型编程

     • 概念

     • 变参模板

  • 函数式编程

     • lambda表达式

  • 模板元编程

  
  

• 易用性改进

  直接表达做什么？而非描述具体怎么做。易用性改进主要包括：

  • auto 和decltype

  • 范围for

  • 类型别名

  • 统一初始化

  • 默认成员初始化器

  • override与final

  • nullptr

  • 用户定义字面量

  • 构造函数模板参数推导

  • 结构化绑定

  • 条件中的显式测试

机器思维

机器思维是指该语言对机器底层的微观构造，机器思维包括：语言构造、编译转换、内存模型、运行时机制等。

• 内存管理

  内存复杂性和自由度是C++的主要心智负担（90%）。现代C++对内存管理进行了大幅度的改进，极大地提升了内存安全和性能：

  • 智能指针

     • unique_ptr

     • shared_ptr

     • weak_ptr

  • 右值引用

  • 移动语义

  • 去除不必要的拷贝（NVO）

• 编译特性

  编译期计算可能是C++又一个极致性能追求的优势领地。现代C++的编译特性包括：

  • 模块

  • constexpr函数

  • 编译期循环

  • 可确保的编译期求值

  • 属性（Attributes）

  • 常量表达式if

  • static_assert编译器断

  
  

• 并发和异构计算

  李建忠老师指出：硬件的发展始终是推动C++语言发展的源动力。随着摩尔定律（Moore's Law）和登纳德缩放定律（Dennard Scaling）的失效，并发和异构计算将是C++的下一个巨大应用领域。

现代C++在这方面的特性改进包括：

• 并发

• 内存模型

• 线程和锁

• future/promise

• 并行算法

• 协程

03 精进路线图

李建忠老师指出”精通没有标准，但研习有路径“，研究掌握C++的路径，从低到高可以分成1～9级：

• 1级：掌握常见C++语法和语言构造 

• 2级：掌握4-5种常用的编程范式

• 3级：清楚编译器在后面干了什么（ under the hood）

• 4级：清楚运行时内存模型（ under the hood）

• 5级：熟悉常用OS 内核和应用API机制，调试工具和方法 

• 6级：对经典库应用熟练，熟悉设计模式

• 7级：熟悉机器模型:CPU, Memery, Cache, GPU, Disk, I/O, Process, TCP/IP...

• 8级：大型类库设计经验，驾驭松耦合、灵活性的设计问题

• 9级：大型系统设计经验，驾驭性能、内存、规模等系统问题

04 现代C++的应用生态与发展

C++已经经历了36年的发展，依然拥有着旺盛的生命力。自2003年以来，在TIOBE编程语言流行榜上常年位于第四位。

C++之父对C++语言的最终目标

• 使用和学习上都要比C或当前的C++容易得多

• 完全类型安全—没有隐式类型违规，没有悬空指针

• 完全资源安全 —没有泄漏，不需要垃圾收集器

• 为其构建工具要相对简单—不要有宏

• 跟当前C++一样快或更快—零开销原则

• 性能可预测—适用于嵌入式系统

• 表达力不亚于当前的C++—很好地处理硬件

现代C++语言的空间巨大

C++语言的发展取决于系统软件的需求。随着计算机体系结构迎来范式转换，系统级软件将迎来爆发式增长，现代C++相关生态将迎来巨大的发展机会：

• 异构计算带来的巨大机会 

• 人工智能对性能只会索要更多 

• 嵌入式系统软件规模越来越大 

• 大型工业软件计算需求井喷

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