C++认知

如何成为一名合格的C/C++开发者

C/C++ 的当前应用领域

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。

C++ 与操作系统平台

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。

总结起来,C/C++ 语言的开发核心建立在直接调用操作系统 API 的基础上,优点是执行效率高、发挥空间大;缺点是,需要经过系统深入的学习,学习周期长,编写代码较复杂,容易出错。

Linux C++ 与 Windows C++ 领域之争

我之所以把这个标题单独列出来,是想纠正现在很多 C/C++ 新人和初学者一些不当的认识,一般有以下几种观点:

  1. Linux C++ 开发就是后台开发,而 Windows C++ 开发就是客户端开发;
  2. 后端开发比客户端开发(前端)高级,因此后端开发行业薪资水平比客户端开发薪资要高;
  3. 我只学 Linux,不学 Windows。

从编程的角度来说,Windows 的代码风格是所谓的匈牙利命名法,而 Linux 是短小精悍的连字符风格。例如同一个表示屏幕尺寸的整型变量,Windows 上可能被命名为 iScreen 或 cxScreen ,而 Linux 可能是 screen;再例如 Windows 上创建线程的函数叫 CreateThread,Linux 下叫 pthread_create。有时候,我觉得 Windows 的匈牙利命名法反而更容易理解代码。

这里既然提到前端(客户端)开发和后端开发,这里不得不提一下,这二者没有优劣之分。其侧重点和开发思维是不一样的,前端(客户端)开发一般有较多的界面逻辑,它们是直接与用户打交道,因而一款客户端软件的好坏很大程度上取决于其界面的易用性和流畅性,开发者只要把这一端的“一亩三分地”给管理好即可;而后端服务,对于普通用户是透明的,开发者的程序必须尽量体现“服务”这个字眼,即更有效地为更多的客户端服务,这就要求兼顾请求响应的正确性及时性流畅性

由于服务软件也是运行在某台物理机器上的程序,鉴于 CPU、内存、网络带宽资源有限,而服务程序一般是长周期运行的,因此必须合理地分配和使用资源(如尽量回收不再使用的各种资源)。开发者应从全局考虑,不能在某个“客户端”这一棵树上“吊死”。

从个人的职业发展来看,建议从事客户端开发的人员适当地了解一下服务器开发的思路,反过来也建议从事后端开发的人员去学习一下客户端开发,二者相得益彰。从个人的技术提高来说,也是很有帮助的。

例如您要学习一套开源的软件代码,如果您熟悉客户端和服务器的基本开发和调试技巧,您可以更好地学习它。而在工作上,一个项目,往往是由客户端和服务器程序组成,如果您都熟悉,您可以站在一个更高的角度去审视它、规划它,这也是架构师的基本要求之一。

最后就是很多读者关心的客户端和服务器的薪资问题,这个没有绝对的谁高谁低,因人而异,因能力而异,因岗位而异。

如何看待 C++ 11/14/17 新标准

关于 C++11 常用一些知识点,这里也简单地给读者列举一下。

  • auto 关键字
  • for-each 循环
  • 右值及移动构造函数 + std::forward + std::move + stl 容器新增的 emplace_back() 方法
  • std::thread 库、std::chrono 库
  • 智能指针系列(std::shared_ptr/std::unique_ptr/std::weak_ptr),智能指针的实现原理一定要知道,最好是自己实现过
  • 线程库 std::thread + 线程同步技术库 std::mutex/std::condition_variable/std::lock_guard 等
  • Lamda 表达式(Java 中现在也常常考察 Lamda 表达式的作用)
  • std::bind/std::function 库

其他的就是一些关键字的用法(override、final、delete),还有就是一些细节如可以像 Java 一样在类成员变量定义处给出初始化值。

C++ 语言基础与进阶

这里说的基础不是狭义上的 C++ 语言基础,而是包括 C++ 开发这一生态体系的基础,笔者认为的基础包括:

  1. C++ 语言本身熟练使用程度。
  2. 前面也介绍了单纯的 C++ 您啥也干不了,您必须结合一个具体的操作系统平台,所以得熟悉某个操作系统平台的 API 函数,比如Linux,以及该操作系统的原理。这里说的操作系统的原理不局限于您在操作系统原理图书上看的知识,而是实实在在与系统 API 关联起来的,如熟练使用各种进程与线程函数、多线程资源同步函数、文件操作函数、系统时间函数、窗口自绘与操作函数(这点针对 Windows)、内存分配与管理函数、PE 或 ELF 文件的编译、链接原理等等。
  3. 网络通信,网络通信在这里具体一点就是 Socket 编程。这里的 Socket 编程不仅要求熟练使用各种网络 API 函数,还要求理解和灵活运用像三次握手四次挥手等各种基础网络通信协议与原理。关于 Socket 编程实践,《TCP/IP 网络编程》这本书是非常好的入门教材。

一款 C++ 软件 = C++ 语法 + 操作系统 API 函数调用

进阶

如果您达到了我上面说的三点后,可以再找一些高质量的开源项目去实战一下。需要注意的是,最好找一些没有复杂业务或者您熟悉其业务的开源项目(如开源的 IM 系统)。如果你不熟悉其业务,不仅要学习其业务(软件功能),还需要再去学习它的源码,最后可能让我们迷失了最初学习这款软件的目的。

学习这些项目的同时,读者应该先确定自己的学习目的,如果您的目的是学习和借鉴这款软件的架构,那么先从整体去把握,不要一开始就迷失在细枝末节中,这类我称之为“粗读”;或者您的目的是学习开源软件在一些细节上的处理与做法,这个时候,您可以针对性地去阅读您感兴趣的模块,深入到每一行代码上。

学习开源软件存在一种风气,许多新手喜欢道听途说,一听别人说这个软件不好,那个软件存在某某瑕疵就放弃阅读它的打算了。然后到了实际开发中,因为心中没有任何已有软件开发问题的解决方案,产生挫败感,久而久之就对本来喜欢的 C/C++ 开发失去了兴趣。

学习的过程是先接触,再熟悉,再模仿,再创造。不管什么开源项目,在您心中没有任何思路或者解决方案时,您应该先接触熟悉,不断模仿,做到至少心中有一套对于某场景的解决方案,然后再来谈创新谈批判、改造别人的项目。

我个人学习一套陌生的开源项目时,总是喜欢将程序用调试器正常跑起来,然后再中断下来,统计当前的线程数目,然后通过程序入口 main 函数从主线程追踪其他工作线程是如何创建的;接着,分析和研究每个线程的用途以及线程之间交互的,这就是整体把握,接着找我感兴趣的细节去学习。

这里我以学习 Redis 为例。将 Redis 源码从官网下载下来以后,使用喜欢的代码阅读器进行管理。我这里使用的是 Visual Studio,如下图所示:

image-20240424143040085

在大致了解了 Redis 有哪些代码模块以后,我们把代码拷贝到 Linux 平台,然后编译并使用 GDB 调试器跑起来。如下图所示:

image-20240424143108676

然后按 CTRL+C 将 GDB 中断下来,输入 info threads 查看当前程序的所有线程:

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接着挨个使用 thread + 线程编号bt 命令去查看每个线程的上下文调用堆栈:

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对照每个线程的上下文堆栈,搞清楚其逻辑,并结合主线程,看看每个线程是在何时启动的,端口在何时启动侦听的,等等。做完这一步,关于 redis-server 的框架也基本清楚了。

接着我们可以选择一个自己感兴趣的命令,搞清楚 redis-cliredis-server 命令的交互流程。

最后,如果对 redis-server 源码中各种数据结构和细节感兴趣,我们可以进一步深入到具体的代码细节。

当然,不熟悉 GDB 的读者看笔者这段操作流程比较困难,这是正常的,说明如果想通过调试去研究 Redis 这一款开源软件,您需要去补充一点 GDB 调试的知识。这就是我上文中所说的,针对性地补缺补差。

C++ 面试

需要注意的是,不仅仅是 C++ 面试,其他语言开发面试也是一样。如果您是想进入大型互联网公司的应届生,那么您应该优先好好准备算法和数据结构知识以应对面试,这是大型互联网公司面试频率最高的考察范围。至于其他的基础知识,如操作系统原理、网络通信等(作为计算机相关专业的学生,这些应该是您的专业课),如果您已经在平时的学习中掌握得很好,那就不用担心,这类问题一般对于应届生求职不会问得太深;倘若您尚未学得扎实,而春招或秋招又时间临近,没有足够的时间去准备这些,您应该只是尽量去补,实在来不及也没关系,还是应该把重心放在好好准备算法和数据结构等知识上。

对于社会人士参加的 C++ 职位的面试,如果是大型互联网公司,虽然社会招聘问的更多的是项目经验,适当地为一些基础的算法和数据结构知识做一些准备也是非常有用的。举个例子,如果问到二分查找这一类基础算法,如果答不出来未免会让面试官印象不太好,场面也比较尴尬。另外,C++ 是一门讲究深度的编程技能,对于有一定工作年限的面试者,面试官往往会问很多原理性的细节,这就要求广大 C++ 开发者在平常多留心、多积累、多思考技术背后的原理。

对于大多数小型企业,无论是应届生还是社会人士,只要有能力胜任一定的工作即可。一般只要对所面试的公司项目有类似经验或者相关的技术能力,基本上就可以通过面试。大多数小公司在乎的是您来了能不能干活,所以这类公司对实际项目经验和技能要求更高一点。

关于项目经验,许多人可能觉得项目经验一定是自己参与的项目,其实不然,项目经验也可以来源于您阅读和学习其他人的项目代码或者开源软件,只要您能看懂并理解它们,在面试的时候提及到,能条理清晰、自圆其说即可。当然,如果不熟悉或者只是了解些皮毛,切记不可信口开河、胡编乱造甚至张冠李戴。

我曾经面试过一些开发者,看简历项目经验丰富,实际一问的时候,只是把别人的框架或者库拿来包装调用一下,问及其技术原理时,不是顾左右而言他就是说不清道不明模棱两可含糊不清,这一类人往往比不知道还让人讨厌,面试官一般反感这一类面试者所谓的项目经验。

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