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 文章标题 : C++程序设计之四书五经 上编[转]
帖子发表于 : 2007-04-01 13:24 
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C++程序设计之四书五经 上编
C++是一门广泛用于工业软件研发的大型语言。它自身的复杂性和解决现实问题的能力,使其极具学术研究价值和工业价值。和C语言一样,C++已经在许多重要的领域大获成功。

然而,一个不可否认的现实是,在低阶程序设计领域,C++挤压着C同时也在承受着C的强烈反弹,而在高阶程序设计领域,Java和C#正在不断蚕食着C++ 的地盘。也许C++与C合为一体永远都是一个梦想,也许Java和C#的狂潮终将迫使C++回归本位 — 回到它有着根本性优势的开发领域:低级系统程序设计、高级大规模高性能应用设计、嵌入式程序设计以及数值科学计算等。果真如此,我认为这未尝不是一件好事。

C++吸引如此之多的智力投入,以至于这个领域的优秀作品,包括重量级的软件产品、程序库以及书籍等,数不胜数。文题“C++程序设计之四书五经”一个不太严格的含义是:C++程序设计之四书 ⅹ 五经。是的,在本文(及其下篇)中,我将分门别类推荐20多本C++好书,你可以根据自己的需要选读。

TCPL和D&E

TCPL 和D&E分别是《The C++ Programming Language》和《The Design and Evolution of C++》的简称,均出自Bjarne Stroustrup之手。我将它们单列出来,首先是因为Bjarne是C++语言的创建者,然后是因为比“首先”那个原因更重要的原因:这两本书是C+ +领域毋庸置疑的杰作。说它们是C++语言圣经,并不为过。

Bjarne Stroustrup, The C++ Programming Language (Special 3rd Edition)
《C++程序设计语言(特别版)》,机械工业出版社
《C++程序设计语言(特别版)(英文影印版)》,高等教育出版社

迄今为止,TCPL是除了C++标准文献之外最权威的C++参考手册。和大多数人的看法不大一样,我认为Bjarne的文字语言并不逊色于他所创建的程序语言,至少我喜欢这种学院气息浓厚的作品。本书对C++语言的描述轮廓鲜明、直截了当。它从C++语言创建者的角度来观察C++,这是任何别的作者和书籍做不到的 — 没有任何人比Bjarne自己更清楚该怎么来使用C++。

这是一本严肃的著作,以中、高级C++开发人员为目标读者。如果你是一名有经验的C++程序员,需要了解更加本质的C++知识,本书正是为你而写。它不是那种让你看了会不断窃喜的小书,需要用心体会,反复咀嚼。在阅读过程中,请特别留心Bjarne先生强调了什么,又对什么一语带过。我个人比较喜欢这本书的第四部分“使用C++做设计”,这样的内容在类似的程序设计语言书籍中很难看到 — 我甚至认为Bjarne应该将这部分独立出来单独写一本书。

Bjarne Stroustrup, The Design and Evolution of C++
《C++语言的设计和演化》,机械工业出版社
《C++语言的设计和演化(英文版)》,机械工业出版社

D& E是一本关于C++语言设计原理、设计决策和设计哲学的专著。它清晰地回答了C++为什么会成为今天这个样子而没有变成另外一种语言。作为C++语言的创建者,Bjarne淋漓尽致地展示了他独到而深刻的见解。除了广受赞誉的语言特性外,Bjarne没有回避那些引起争议的甚至被拒绝的C++特性,他一一给出了逻辑严密、令人信服的解释。内容涵盖C++的史前时代、带类的C、C++的设计规则、标准化、库、内存管理、多重继承、模板等,对包括异常机制、运行时类型信息和名字空间在内的重要的新特性都分别进行了深入探讨。每一名C++程序员都应该可以从Bjarne的阐释中加深对手中这门语言的认识。

需要再次提醒的是,这两本书知识浓缩,信息量极大,请不要错过Bjarne每一句看似漫不经意的话。

入门教程

学习任何一门语言都需要一个从入门到精通、从新手到高手循序渐进的过程。不过,对于一个所谓的新手而言,究竟是一个完完全全的新手,还是一个熟悉某种别的语言的“新手”,甚至是在某种语言程序设计领域已经颇有建树的高手,很难一概而论?不同的C++新手需要不同的入门书籍。

Andrew Koenig, Barbara E. Moo, Accelerated C++: Practical Programming by Example
《Accelerated C++中文版》,中国电力出版社

和市面上大多数C++教程不同,本书不是从“C++中的C”开始讲解,而是始于地道的C++特性。从一开始就使用标准库来写程序,随着讲述的逐渐深入,又一一解释这些标准库组件所依赖的基础概念。另外,和其他C++教材不同的是,这本书以实例拉动语言和标准库的讲解,对后两者的讲解是为了给实例程序提供支持,而不是像绝大多数C++教材那样,例子只是用作演示语言特性和标准库用法的辅助工具。

作者在C++领域的编程实践、教育培训以及技术写作方面都是世界一流水准。我喜欢这种大量使用标准库和C++语言原生特性的清新的写作风格。在这本教材面前,几乎迄今为止的所有C++教材都黯然失色或显得过时。尽管这本教材也许对于国内的高校教育来说有些前卫,不过我仍然极力向我的同行们推荐。顺带一提,在Bjarne和我最近的一封通信里,他这样评价本书:对于有经验的程序员学习C++而言,这本书可能是世界上最好的一本。

Stanley B.Lippman, Josee Lajoie, C++ Primer (3rd Edition)
《C++ Primer (3RD)中文版》,中国电力出版社

这本书的名字多少有点让人误解。尽管作者声称这本书是为C++新手而写,但无论是它的厚度还是讲解的深度都暴露了似乎并非如此。也许说它是一本“从入门到精通”的C++教程会更合适一些。我个人认为它并不适合完全不懂C++的初学者 — 在阅读这本书之前,你至少应该先有那么一点C或C++的背景知识,或者至少要具有一些其他语言的编程经验。

尽管这本书省略了一些高级 C++特性的讨论,但仍然可以称得上是迄今为止最全面的C++学习教程。事实上,如果一名C++初学者能够扎扎实实地读完本书并对照《C++ Primer Answer Book》完成全部习题的话,他的水平肯定可以进入职业C++程序员的行列。我个人认为,即使你已经拥有了TCPL,这本书依然有拥有的价值,因为在许多方面它比TCPL来得更详细、更易懂。

Stanley B. Lippman, Essential C++
《Essential C++中文版》,华中科技大学出版社
《Essential C++(影印版)》,中国电力出版社

可以不太严格地认为这本书是《C++ Primer》的精简版。本书一一讲述了C++中最具代表性的主题,包括过程式编程、泛型编程、基于对象编程、面向对象编程、模板编程以及异常处理等。 Stanley将门槛调低到“具有其他语言程序设计经验”的C++新手所能接受的最基本的层次,使他们能够迅速开始使用C++编程而又免于阅读《C++ Primer》那样的大部头。它以实例引导学习,力图使读者在最短的时间内把握C++的精粹。

也许换一个人来概述C++编程范型(paradigm)的方方面面需要好几百页才能说清楚,但这本小书不可思议地做到了这一点。我个人非常喜欢这种满是技术、简明扼要并且“有话好好说”的书。这本书同样具有一个明显的风格:所有程序例子全部采用标准库组件,让人耳目一新。

以上三本书都不是为了完完全全的编程新手而写。完全的C++编程新手可以阅读Francis Glassborow的新书(尚未出版):《A Beginners Introduction to Computer Programming : You Can Do It!》。这也是Bjarne的推荐。Francis Glassborow是ACCU主席,多年来他对几乎每一本C++经典名著评头论足,他自己的这一本自然会引起C++社群的极大兴趣。

高效、健壮编程

两年前我在负责一个省级电力调度系统项目时编写了一个网关程序,它从SCADA系统获取电力实时信息。通讯接口采用了不常用的数据库直连方式(这个网关程序一端连接SQL Server 6.5,另一端连接Oralce 8.1.6)。由于实时测点近万,每次将全部取样更新或插入一遍显然是低效的。我在网关程序里建了一个内存库,获取到的数据首先在其中进行比较,然后决定是否更新物理数据库(同时还做了别的更复杂的事情……),从而在效率和资源占用两方面达到了预期效果。

这个程序一直运行得很好,但在离开现场之后的某一天,系统管理员打来电话,说大概因为网络故障等原因,有时这个网关程序会崩溃掉 — 它自己崩掉也就罢了,问题是它还会把Windows 2000 Advanced Server搞成“蓝屏”!坦白地说,我还从来没看过哪个非蓄意的程序有这个“能耐”。由于当时正忙于另外一个大项目,无法去现场调试,最后只有凭经验对内存库代码小心翼翼地封装以异常处理代码(同时也做了一些别的修改……)。这样,虽然没有彻底解决问题,但程序终究不再死得那么难看了。

在这儿讲这么一段花絮有什么意思呢(当初为那个可怕的bug朝思暮想时我可不认为这是一个“花絮”)?我想说的是,对于任何软件而言,离开强健,效率也就无从谈起。而对于C++程序员来说,也许编写一个高效的程序并不难,但要编写一个需要7 ⅹ 24小时持续运行的服务端软件就不是那么容易了,需要考虑许多因素,有时这些因素甚至远远超出C++语言和开发工具的本身。作为一名开发实际项目软件的程序员,并非非得自己碰钉子才能积累经验,只要我们足够虚心,别人的经验往往都是我们很好的借鉴。鉴于此,我推荐以下几本书供你选读,它们可以让你从强健和效率两方面受益(当然了,它们涵盖的内容远不限于异常处理J)。

Scott Meyers, Effective C++: 50 Specific Ways to Improve Your Programs and Design (2nd Edition)
Scott Meyers, More Effective C++: 35 New Ways to Improve Your Programs and Designs
《Effective C++中文版》,华中科技大学出版社
《More Effective C++中文版》,中国电力出版社
《Effective C++(影印版)》,中国电力出版社

如果说《Effective C++》主要讨论C++中一些相对基础的概念和技巧的话,那么《More Effective C++》则着重探讨了包括异常处理在内的一系列高级技术。与前者相比,后者具有两大主要区别:其一,它包含很多时新的标准C++的内容;第二,它讨论的主题倾向于“战略化”而非“战术化”,并且讨论得更深入、更彻底。尤其是对虚析构函数、智能指针、引用计数以及代理类(proxy classe)等技术和模式论述的深入程度,让人很难想象是出现于这样的一本小书之中。

游刃有余的技术,高超的写作技巧,Scott 无疑是世界上最优秀的C++技术作家之一。在简洁、清晰、易读等方面,这两本书都卓尔不群。总之,Scott提供的这85个可以改善编程技术和设计思维的方法,都是中、高级C++程序员必备的技能。我强烈推荐这两本书(实际上还有一本,稍后就会看到)。

Herb Sutter, Exceptional C++: 47 Engineering Puzzles, Programming Problems, and Solutions
Herb Sutter, More Exceptional C++: 40 New Engineering Puzzles, Programming Problems, and Solutions
《Exceptional C++中文版》,中国电力出版社
《More Exceptional C++中文版》,华中科技大学出版社

你自认为是一名C++语言专家吗?读一读ISO C++标准委员会秘书长的这两本书再回答。在这两本书中,Herb采用了“问答”的方式指导你学习C++语言特性。对于每一个专题,Herb首先合理地设想出你的疑问和困惑,接着又猜测出你十有八九是错误的解答,然后给你以指点并提出最佳解决方案,最后还归纳出解决类似问题的普适性原则。

这两本书是典型的深究C++语言细节的著作,很薄,但内容密集,远远超过Scott的那两本书,读起来很费脑筋 — 我个人认为它们要比Scott的书难懂得多。若要研习这薄薄的两本书所包含的知识,至少需要花费数月的时间!(在Scott的荐序中,他坦陈不止一次陷入 GotW问题的陷阱,你应该知道这意味着什么)对于语言细节的深究有什么好处呢?尽管在大多数情况下,我们不必关心C++代码幕后的动作,然而当我们不得不关心时,这两本书可以为我们提供很好的线索,因为它们揭示了C++语言中微妙而又至关重要的东西。

Stephen C. Dewhurst, C++ Gotchas: Avoiding Common Problems in Coding and Design
《C++程序设计陷阱》,中国青年出版社

Stephen 的理论素养和实践经验注定这是一本值得一读的好书。Stephen曾经是贝尔实验室中第一批C++使用者。他已经使用C++成功解决了包括编译器、证券交易、电子商务以及嵌入式系统等领域中的问题。本书汇集了作者来自开发一线的99条编程真知灼见,洞悉它们,你可以避免几乎所有常见的C++设计和编程问题。

我甚至认为,对于C++编程菜鸟而言,阅读这本书会比阅读Scott和Herb的书更能轻松而立竿见影地获得更大的提高。我个人很喜欢这本书的写作风格 — Stephen的许多观点看似极端却无可辩驳。当然了,这种自信(以及冷幽默)来自于作者深厚的技术素养,而非自大的偏执。

除了上面推荐的书籍外,Dov Bulka和 David Mayhew合著的《Efficient C++: Performance Programming Techniques》(《提高C++性能的编程技术》,清华大学出版社)也值得一看。这本超薄小书聚焦于高性能C++应用程序开发。两位作者都是IBM 软件专家,都工作于对性能要求极高的系统构建领域,本书是他们的经验之谈。也有人不喜欢这本书,因为它花了不少的篇幅讲述和C++无关的东西,我却恰恰因为这一点而对这本书产生好感,正是这些东西让我开阔了眼界。

模板和泛型编程

模板和基于模板的泛型编程无疑是当今发展最活跃的C++程序设计技术。模板的第一个革命性的应用是STL,它将模板技术在泛型容器和算法领域的运用展现得淋漓尽致,而Boost、Loki等现代程序库则将模板技术的潜能不断发挥到极致。在模板和泛型编程领域,我推荐以下两本重量级著作:

David Vandevoorde, Nicolai M. Josuttis, C++ Templates: The Complete Guide
《C++ Templates全览(繁体版)》,台湾碁峰资讯股份有限公司
《C++ Templates全览(简体版)》,人民邮电出版社

有一种老套的赞美一本书的手法,大致是“没有看过这本书,你就怎么怎么地”,这里面往往夸张的成分居多。不过,倘若说“没有看过《C++ Templates: The Complete Guide》,你就不可能精通C++模板编程”,那么这个论断对于世界上绝大多数C++程序员来说是成立的。

这本书填补了C++模板书籍领域由来已久的空白。此前,上有《Modern C++ Design》这样的专注于模板高级编程技术和泛型模式的著作,下有《The C++ Standard Library》这样的针对特定模板框架和组件的使用指南。然而,假如对模板机制缺乏深入的理解,你就很难“上下”自如。鉴于此,我向每一位渴望透彻理解 C++模板技术的朋友推荐这本书。

这本书在内地、台湾各有一个译本,但出自不同的译者之手。当你看到这篇文章时,两个译本应该都已经上市,对于读者来说当然也就多了一种选择。侯捷先生个人网站上开放了繁体译本大部分章节,不妨先睹为快。

Andrei Alexandrescu, Modern C++ Design: Generic Programming and Design Patterns Applied
《C++设计新思维:泛型编程与设计模式之应用》,华中科技大学出版社
《C++设计新思维(影印版)》,中国电力出版社

你自认为是C++模板编程高手吗?请看过这本书再回答J 这是一本出自天才之手令人敬畏的杰作。泛型模式,无限延伸你的视野,足以挑战任何一名C++程序员的思维极限。

这本书共分为两大部分,第一部分讨论了 Loki程序库采用的基础技术以及一些高级语言特性,包括基于策略的类设计、模板局部特化、编译期断言、Typelist以及小型对象分配技术等。第二部分则着重介绍了Loki中的重要组件和泛型模式技术,包括泛化仿函数(Generalization Functor)、单件(Singleton)、智能指针、对象工厂(Object Factory)、抽象工厂(Abstract Factory)、访问者(Visitor)以及多方法(Multimethods)等。每一种技术都让人大开眼界,叹为观止。

在C++的学习方面,过犹不及往往成了不求甚解的借口。然而,面向对象并非C++的全部,模板和泛型编程亦占半壁江山。对于“严肃”的C++程序员而言,及时跟进这项早经例证的成功技术,不失为明智之举。

结语

这些著作是如此大名鼎鼎,也许根本不缺我一个推荐。然而,纵然C++程序员队伍的发展壮大速度不像其他更时髦的语言那样迅速,新人进总是多于旧人出。除了热忱地欢迎新人,我个人认为到了对C++书籍进行“盘点”的时候了,并且希望这样的“盘点”有益于感兴趣的读者。请保持耐心和宽厚。在下篇中,我将继续介绍标准库、网络编程以及其他方面的C++好书。有好书相伴,这个冬天不会冷。

荣耀
2004年1月
南京师范大学
www.royaloo.com


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