【老万】后C++演义第三回：蛮生长亟待拨乱返正，勤整治方得服人归心

后C++演义：
第一回 比雅尼喜降生奥胡斯港，老修士神预言救世秃头
第二回 离英伦情切切欲成霸业，入贝尔喜加加初出江湖

第三回 蛮生长亟待拨乱返正 勤整治方得服人归心

上回书咱说到天将降大任于奥胡斯人比雅尼⋅斯特劳斯特鲁普也，必先令其师从面向对象编程之一代宗师克利斯登·奈加特修得硕士学位，又使之远渡英伦潜心修学，获剑桥大学之电脑博士。那比雅尼君年少得志，离了象牙塔，只身前往美利坚合众国之贝尔实验室，埋头苦干，脚踏巨人德尼斯·里奇之肩，身登青云之梯，独力发明 C++ 语言，为 C 程序引入对象，曰：C++，C 之超集也。一时之间风头无双，顿成世间最网红之编程语言。

古人云：萝卜快了不洗泥，柿子软了不剥皮。果不其然，C++ 御风而行之际，正是各 C++ 编译器鱼龙混杂，乱花渐欲迷人眼之时，令那比雅尼好不烦恼。

你道为何？盖创世之初，天崩地裂，开辟鸿蒙，世间一片混沌，饺子尚未有型。那各家之 C++ 编译器，竞相展示奇技淫巧，以招徕客户为能事，与今日之主播抢粉丝有得一比。为能脱颖而出，各村有各村之高招，竟对那 C++ 施以各种微创手术，或隆胸，或削骨，虽贯 C++ 之名，却藏私货之实。

或曰：百家争鸣，百花齐放，不亦乐乎？非也，非也，凡事皆有度，过犹不及。观那各家之变法，多有不合比雅尼理念者，亦有自相矛盾之处。虽众人拾柴火焰高，火烧眉毛亦非幸事。

那 C++ 编译器比不得《哈姆雷特》，断无千人千面之理。若语言不能统一，则一部《红楼梦》小说，需曹公写出重庆话、成都话、河南话、山东话、广东话、客家话版之满纸荒唐言，方可放之四海，如此不出五回曹公必喷血玉殒矣。是以标准化之重要性，不容小觑。

且各家编译器自行演化，难保向后兼容。用户每欲升级编译器，便有不兼容之虞，常需耗数月之功，方能使软件重新编译。即便编译成功，亦难免因编译器行为之变化而引入新 bug，需程序员加班赶工捉虫。升级之痛，如同流感。每年来一回，年年皆不同。是以好事者戏言光头导致电费多，真个气杀比雅尼也。

天下大势合久必分分久必合。比雅尼慧眼识出症结所在，曰：吾当如秦始皇，一统天下之 C++编译器，惠及黎民。旋联手国际标准化组织 ISO，启动 C++ 之标准化进程。依比君规划，C++ 首个标准化之版本将于西元 1998 面世。来吧，来吧，相约 98。

98 版 C++ 之目的，非为创新，乃是对其旁逸斜出之枝痛下杀手，悉数剪去。所谓慈不掌兵，不破不立。下得狠心，日后方能枝繁叶茂。

时间仓促，错误在所难免。C++98 未获比雅尼青睐，不足之处如鲠在喉。比君遂马不停蹄启动勘误。历五年，完成 C++03，与 C++98 并无大异，可谓 C++98 修订版也。

至此统一霸业达成，各编译器无不唯 C++03 标准马首是瞻，四海归心，众皆贺之。比雅尼曰：此万里长征之第一步耳。吐槽 C++ 之论，仍时有所闻，令吾不得安睡。吾当悬梁刺股，放大招于 C++0X，以德服人。

X 者，未知数也。盖标准委员会之官僚拖沓，概莫能外。聪明如比雅尼，亦无力操控，故以 X 名之。或五六，或七八，天知地知。

然造化弄人，至 2010 年，C++0X 仍未完工。比雅尼仰天太息：X 这么大，我想去数数，奈何母上仅赐余十个指头。越明年，新版始出，更名为 C++11，距前一次重大版本 C++98 已 13 岁矣。

宝剑锋从磨砺出，卧梅闻花达春绿。比雅尼十年磨一剑，一出天下惊。C++11 精妙之处，不一而足。比君亦颇自得，引为傲事，逢人便夸：C++11 比之 C++98，何止锦上添花，实已脱胎换骨，俨然全新之一语言也，相当 very good，当浮一大白。

列位看官，那比雅尼秃头人不打诳语，头顶无毛，办事必牢。吾当历数 C++11 革新之处，以证比氏诚不我欺也。

C++11 新添之功能，不止百余处，然令人击节赞叹之变革，吾以为有二：一曰函数式编程，使程序员工作效率倍增；二曰搬家语义，使程序执行效率并正确性倍增。

何为函数式编程（functional programming）？

函数（function）者，“含”数也。函数非数，乃变数间之关系。此一名词，由清朝之数学大家李善兰君译出。其《代数学》书中释曰：“凡此变数中函（包含）彼变数者，则此为彼之函数”。换言之，若给定彼一组变数，按某规则可算出此一组变数，则可称此特定规则为一函数。

程序员周知，函数乃代码组织之基本单位。以此 C++ 代码为例：

double square(double x) {
  return x*x;
}

定义一函数曰 square，可求平方也。

甫经定义，此函数便可用于定义其它函数。用者只需知其然，不必知其所以然，是谓“抽象”。如此例：

double cube(double x) {
  return square(x)*x;
}

此间，cube 乃一新定义之函数，可求立方，其定义之中引用 square 函数，只需直呼其名，不必知晓其定义也。

是以，程序员可将世间任何繁复逻辑庖丁解牛，分为函数，大函数又可分为小函数，直至简无可简，不必再分。此乃抽象之道，程序设计之第一要义也。世间一切编程技巧，皆为抽象，切记，切记。

某曰：吾欲将数组中各数皆换为彼之平方，何解？

答：循环可解。

// {1, 2, 3, …} ⇒ {1, 4, 9, …}
void square_all(
    std::vector<double>& values) {
  for (double& v : values) {
    v = square(v);
  }
}

某又曰：吾欲将数组中各数皆换为彼之立方，又何解？

答：可依前次之计策类推。

// {1, 2, 3, …} ⇒ {1, 8, 27, …}
void cube_all(
    std::vector<double>& values) {
  for (double& v : values) {
    v = cube(v);
  }
}

噫，此解虽正，过于唠叨也。吾生也有涯，对数组元素所做之操作也无涯，若每一操作需新写一循环，恰似以有涯随无涯，殆已！

欲破此局，必当以函数为参数。如此：

void transform_all(
    std::function<double(double)> transform,
    std::vector<double>& values) {
  for (double& v : values) {
    v = transform(v);
  }
}

此间之 std::function<double(double)> 乃 C++11 新引入之类型，意为“参数为 double 类型，返回值亦为 double 类型之函数”。依次类推，std::function<std::string(bool, int)> 为“参数为 bool 与 int 类型，返回值为 std::string 类型之函数“。

既有 transform_all 将循环抽象，便不必每次手写循环，代码可简化为：

transform_all(square, values);
transform_all(cube, values);
…

此 transform_all 非同寻常：其参数 transform 本身亦为函数也。凡参数抑或返回值为函数之函数，谓之“高阶函数（higher-order function）”。使用高阶函数之编程范式，即函数式程序设计。

较之普通编程，函数式编程更为抽象，亦更为简洁，其代码常如秋水文章不染尘，鲜能藏污纳垢。虽初练者难得其门而入，一经掌握融会贯通，便有打通大小周天之通畅，威力无穷。

在 C++03 之中函数式编程，非不能也，处处掣肘举步维艰耳。C++11 引入 std::function 与 lambda，方使函数式编程扬眉吐气，一跃而成一等公民。

那 std::function 我等已见过，lambda 又是何物？匿名之函数也。它有何用？试举一例：设吾等欲将数组中各元素增长 N 倍，而编程之时不知此 N 之值，是以需将其设为函数之一参数也：

void times(
    std::vector<double>& values,
    double multiplier) {
  transform_all(???, values);
}

试问：以上代码中之???部分当为何？

若无 lambda，需定义一函子（functor）方可解：

struct multiply {
  double operator()(double x) {
    return x*multiplier;
  }
  double multiplier;
};

void times(
    std::vector<double>& values,
    double multiplier) {
  transform_all(
      multiply{multiplier}, values);
}

若以 C++11 之 lambda 重写，则代码可简化如此：

void times(
    std::vector<double>& values,
    double multiplier) {
  transform_all(
      [=](double x) { return x*multiplier; },
      values);
}

孰美孰丑，一目了然。

再看 C++11 引入之另一伟大变革：搬家语义（move semantics）。此为何物，何以重要？

试想吾等欲定义一函数，给定人名，返回其称号。若已有一函数 get_user_info 可返回关于某人之信息，其中包含人物称号，则可轻松解出：

std::string get_title(
    const std::string& name) {
  UserInfo info = get_user_info(name);
  return info.title;
}

惜乎，此解尚不完美：return 语句会将 info.title 复制一份至返回值中，既费工夫，又费内存。若遇称号冗长之人，尴尬矣：

C++11 之搬家大法，可避免此无用拷贝：

std::string get_title(
    const std::string& name) {
  UserInfo info = get_user_info(name);
  return std::move(info.title);
}

此间 std::move(info.title) 可将 info.title 之内容轻松转移至返回值中，无需复制。如图：

搬家语义之功，不止于程序执行效率之提升，于程序之正确性亦大有裨益。

为何？只因 C++ 之头号大坑乃指针（pointer）之正确使用。

C++ 程序员常需创建新对象。一经创建，需以指针对之，至对象不再有用之时，需借助指针删除之：

// 创建对象。
Object* ptr = new Object;
...
// 使用对象。
ptr->do_something();
...
// 手动销毁对象。
delete ptr;

此之谓始乱终弃三部曲也。

初看之下，此模式平淡无奇。然无数先烈竞相折腰于此，皆因常有忘记销毁对象或重复销毁同一对象之事。前者将致内存泄漏，或令程序崩溃。后者尤为可怖，因其使程序跑飞，如癫人骑疯马，又好比特斯拉司机将刹车错踩成油门，后果不堪设想。

或曰，何不用共享指针（std::shared_ptr），自动记录对象引用者数，待其为零时自动删除对象即可？

此计虽好，却非万全。一则共享指针传递时需调整引用计数，代价较高；二则共享指针常不能及时删除对象，徒靡内存。故 C++11 引入唯一指针（std::unique_ptr），任一时间，仅许一枚 unique_ptr 指向同一对象。

// 创建对象。
std::unique_ptr<Object> ptr =
    std::make_unique<Object>();
...
// 使用对象。
ptr->do_something();
// 下一行无法编译：unique_ptr不能复制。
std::unique_ptr<Object> ptr2 = ptr;
// 但可以搬家。
std::unique_ptr<Object> ptr3 =
    std::move(ptr);
// 搬家之后ptr将为空，ptr3将指向对象。
...
// ptr3出局时自动销毁对象。

因其无需引用计数，亦不可复制，传递 unique_ptr 相当高效。又因无多枚 shared_ptr 人为替对象续命，删除及时，并无浪费内存之虞。是故，程序员当舍 shared_ptr 而取 unique_ptr 也。

如前所述，C++11 改进之处逾百，不再冗述。诸君有意，或可谷歌之。

自 C++11 始，比雅尼立志三年一更，遂有 C++11，C++14, C++17，C++20。C++23亦不远矣。欲知此系列新版 C++ 手感如何，且听下回分解。

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