Question

ANSI C++ 委员会是 1989 年 12 月在华盛顿特区的一次会议上成立的，距离第一次使用带类的 C这个名称仅仅 10 年多的时间。大约有 25 名 C++ 程序员出席了会议。我出席了会议，还有另外一些近些年来依然活跃的 ISO C++ 标准委员会成员当时也在。

经过了惯例性的、大约十年的工作，该委员会终于发布了第一个标准：C++98。我和许多其他人自然更愿意更快地输出一个标准，但是委员会规则、过度的雄心和各种各样的延迟使我们在时间表方面与 Fortran、C 和其他正式标准化的语言站在了同一起跑线上。

形成 C++98 的工作是 HOPL3 论文的核心 [Stroustrup 2007]，所以这里我只简单总结一下。

2.2.1 语言特性

C++98 的主要语言特性是

• 模板——无约束的、图灵完备的、对泛型编程的编译期支持，在我早期工作（§2.1）的基础上进行了许多细化和改进；这项工作仍在继续（§6）。
• 异常——一套在单独（不可见的）路径上返回错误值的机制，由调用方栈顶上的在别处的代码处理；见（§7）。
• dynamic_cast 和 typeid——一种非常简单的运行期反射形式（运行期类型识别，又名 RTTI）。
• namespace——允许程序员在编写由几个独立部分组成的较大程序时避免名称冲突。
• 条件语句内的声明——让写法更紧凑和限制变量作用域。
• 具名类型转换——（static_cast、reinterpret_cast 和 const_cast）：消除了 C 风格的类型转换中的二义性，并使显式类型转换更加显眼。
• bool：一种被证明非常有用和流行的布尔类型；C 和 C++ 曾经使用整数作为布尔变量和常量。

让我们看一个简单的 C++98 例子。dynamic_cast 是面向对象语言中常被称为类似是某种的概念的 C++ 版本：

void do_something(Shape* p)
{
    if (Circle* pc = dynamic_cast<Circle*>(p)) { // p 是某种 Circle？
        // ... 使用 pc 指向的 Circle ...
    }
    else {
        // ... 不是 Circle，做其他事情 ...
    }
}

dynamic_cast 是一个运行期操作，依赖于存储在 Shape 的虚拟函数表中的数据。它通用、易用，并且与其他语言类似的功能一样高效。然而，dynamic_cast 变得非常不受欢迎，因为它的实现往往是复杂的，特殊情况下手动编码可能更高效（可以说这导致 dynamic_cast 违反了零开销原则）。在条件语句里使用声明很新颖，不过当时我认为我只是沿用了 Algol68 里的这个主意而已。

一种更简单的变种是使用引用而不是指针：

void do_something2(Shape& r)
{
    Circle& rc = dynamic_cast<Circle&>(r);  // r 是某种 Circle！
    // ... 使用 rc 引用的 Circle ...
}

这简单地断言 r 指代一个 Circle，如果不是则抛出一个异常。思路就是，错误能够在本地被合理地处理时，使用指针和测试，如果不能则依赖引用和异常。

C++98 中最重要的技术之一是 RAII（Resource Acquisition Is Initialization, 资源获取即初始化）。那是我给它取的一个笨拙的名字，想法就是每个资源都应该有一个所有者，它由作用域对象表示：构造函数获取资源、析构函数隐式地释放 它。这个想法出现在早期的带类的 C中，但直到十多年后才被命名。这里有一个我经常使用的例子，用来说明并非所有资源都是内存：

void my_fct(const char* name)  // C 风格的资源管理
{
    FILE* p = fopen(name, "r");  // 打开文件 name 来读取
    // ... 使用 p ...
    fclose(p);
}

问题是，如果（在 fopen() 和 fclose() 的调用之间）我们从函数 return 了，或者 throw 了一个异常，或者使用了 C 的 longjmp，那么 p 指向的文件句柄就泄漏了。文件句柄泄漏会比内存泄漏更快地耗尽操作系统的资源。这个文件句柄是非内存资源的一个例子。

解决方案是将文件句柄表示为带有构造函数和析构函数的类：

class File_handle {
    FILE* p;
public:
    File_handle(const char* name,const char* permissions);  // 打开文件
    ~File_handle();  // 关闭文件
    // ...
};

我们现在可以简化我们的用法：

void my_fct2(const char* name)  // RAII 风格的资源管理
{
    File_handle p(name,"r");    // 打开文件 name 来读取
    // ... 使用 p ...
} // p 被隐式地关闭

随着异常的引入，这样的资源句柄变得无处不在。特别的，标准库文件流就是这样一个资源句柄，所以使用 C++98 标准库，这个例子变成：

void my_fct3(const string& name)
{
    ifstream p(name);    // 打开文件 name 来读取
    // ... 使用 p ...
} // p 被隐式的关闭

请注意，RAII 代码不同于传统的函数使用，它允许在库中一劳永逸地定义清理内存，而不是程序员每次使用资源时都必须记住并显式编写。至关重要的是，正确和健壮的代码更简单、更短，并且至少与传统风格一样高效。在接下来的 20 年里，RAII 已遍布 C++ 库。

拥有非内存资源意味着垃圾收集本身不足以进行资源管理。此外，RAII 加上智能指针（§4.2.4）消除了对垃圾收集的需求。另见（§10.6）。

2.2.2 标准库组件

C++98 标准库提供了：

• STL——创造性的、通用的、优雅的、高效的容器、迭代器和算法框架，由 Alexander Stepanov 设计。
• 特征（trait）——对使用模板编程有用的编译期属性集（§4.5.1）。
• string——一种用于保存和操作字符序列的类型。字符类型是一个模板参数，其默认值是 char。
• iostream——由 Jerry Schwartz 和标准委员会精心制作，基于我 1984 年的简单的数据流，处理各种各样的字符类型、区域设置和缓冲策略。
• bitset——一种用于保存和操作比特位集合的类型。
• locale——用来处理不同文化传统的精致框架，主要与输入输出有关。
• valarray——一个数值数组，带有可优化的向量运算，但遗憾的是，未见大量使用。
• auto_ptr——早期的代表独占所有权的指针；在 C++11 中，它被 shared_ptr（共享所有权）和 unique_ptr（独占所有权）（§4.2.4）替代。

毫无疑问，STL 框架是最为重要的标准库组件。我认为可以说，STL 和它开创的泛型编程技术挽救了 C++，使它成长为一种有活力的现代语言。像所有的 C++98 功能一样，STL 在其他地方已经有了广泛的描述（例如 [Stroustrup 1997, 2007]），所以在这里我只会给出一个简单的例子：

void test(vector<string>& v, list<int>& lst)
{
    vector<string>::iterator p
        = find_if(v.begin(), v.end(), Less_than<string>("falcon"));
    if (p != v.end())  {  // p 指向 'falcon'
        // ... 使用 *p ...
    }
    else {                // 没找到 'falcon'
        // ...
    }

    list<int>::iterator q
        = find_if(lst.begin(), lst.end(), Greater_than<int>(42));
    // ...
}

标准库算法 find_if 遍历序列（由 begin/end 定界）寻找谓词为真的元素。该算法在三个维度上都是通用的：

• 序列元素的存储方式（这里是 vector 和 list）
• 元素的类型（这里是 string 和 int）
• 用于确定何时找到元素的谓词（此处为 Less_than 和 Greater_than）

注意这里没有用到任何面向对象的方法。这是依赖模板的泛型编程，有时也被称为编译期多态。

模板的写法仍然很原始，但是从 2017 年左右开始，我可以使用 auto（§4.2.1）、范围（§9.3.5）和 lambda 表达式（§4.3.1）来简化代码：

void test2(vector<string>& v, list<int>& lst)
{
    auto p = find_if(v,[](const string& s) { return s<"falcon"; })
    if (p!=v.end()) {
        // ...
    }
    // ...
    auto q = find_if(lst,[](int x) { return x>42; })
    if (q!=lst.end()) {
        // ...
    }
    // ...
}