C++類庫設(shè)計的原理和設(shè)計技巧
前些日子微軟推出了Visual Studio系列的C++類庫和GNU陣營的壓軸產(chǎn)品gc中的g++，這可大大的使編程人員和一些搞開發(fā)的人興奮不已，對于C++類庫的設(shè)計開發(fā)者來說，保持C++的高性能是一個重要目標(biāo)。
我們在開篇就對簡單性目標(biāo)作了敘述，這里再稍微展開討論一下。我們提出的簡單標(biāo)準(zhǔn)，首先是外部接口簡單，其次是內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。我們知道，類庫是提供給上層應(yīng)用程序使用的，也就是按照一定的接口規(guī)范，向上層提供一定的功能服務(wù)。
接口設(shè)計得越簡單，對上層用戶來說就越方便，就越不容易產(chǎn)生Bug。我們可以注意到，流行的成功類庫都是擁有簡單接口的。為了使接口簡單，常常不得不把有關(guān)具體實現(xiàn)的復(fù)雜性封裝于類庫內(nèi)部，也就是說，關(guān)于簡單性的設(shè)計原則，外部接口簡單優(yōu)先于內(nèi)部實現(xiàn)簡單。
高性能是C++語言優(yōu)于其它OO語言的一個特性。C++的高性能應(yīng)該首先歸于它運(yùn)行模式，和大多數(shù)OO語言不同，C++程序編譯后直接產(chǎn)生本地平臺代碼（Native Code），理論上具備了可能的最大執(zhí)行性能。另外的一個原因是主流的C++編譯器都被設(shè)計得非常精巧，具有優(yōu)越的代碼優(yōu)化能力。#t#
對于C++類庫設(shè)計者來說，保持C++的高性能是一個重要目標(biāo)。程序的高性能可以從兩方面來評價，一是時間性能，以盡量短的時間來解決盡量多的業(yè)務(wù)；二是資源性能，以盡量少的資源消耗，包括CPU使用、內(nèi)存占用、網(wǎng)絡(luò)流量、磁盤空間等等，來維持正常的程序功能。提高性能的主要手段是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計000-861 117-102 。
再說可移植性。C++的編譯后輸出代碼是本地平臺代碼，因此C++本身不具有目標(biāo)代碼可移植性，C++的可移植性只能是源代碼可移植性。源代碼的可移植性是指，同一軟件產(chǎn)品的全部或者部分源代碼可以在不同的編譯環(huán)境中進(jìn)行編譯（不需要編譯的除外）。
并且其結(jié)果具有相同的品質(zhì)特性（依優(yōu)先順序包括功能性、可靠性、可用性、性能性、可維護(hù)性等）。編譯環(huán)境可以大致分為三個層次，最底層的是操作系統(tǒng)，也就是平臺（Platform），其次是對源代碼直接進(jìn)行處理的編譯器，然后是其它在編譯過程中必需的中間件物品。
如庫文件等。我們知道C++雖然在語言規(guī)范上獲得了統(tǒng)一（ISO/IEC），其編譯器卻是群雄割據(jù)的局面，具有代表性的有Borland C++系列（已經(jīng)淡出市場），Microsoft的Visual Studio系列的C++類庫和GNU陣營的壓軸產(chǎn)品gc中的g++。
源代碼經(jīng)編譯環(huán)境處理后產(chǎn)生的可執(zhí)行代碼的執(zhí)行平臺稱為目標(biāo)平臺，不同的編譯器的目標(biāo)平臺也不同，有的支持多平臺，如g++，有的是單一平臺，如Visual C++。對于類庫設(shè)計者來說。
想要獲得完全的可移植性是非常困難的（除非是象STL這樣被納入語言規(guī)范的類庫，因為不支持STL就是不支持標(biāo)準(zhǔn)的C++。即便如此不同的編譯環(huán)境還是存在不同的STL實現(xiàn)版本，造成“一個類庫多個實現(xiàn)”的局面），我們只能有選擇地支持一部分環(huán)境。我們在開篇就已經(jīng)說明，我們選擇g++和Visual C++編譯器，選擇Linux和Windows 32位目標(biāo)平臺。
想要獲得完全的可移植性是非常困難的（除非是象STL這樣被納入語言規(guī)范的類庫，因為不支持STL就是不支持標(biāo)準(zhǔn)的C++。即便如此不同的編譯環(huán)境還是存在不同的STL實現(xiàn)版本，造成“一個類庫多個實現(xiàn)”的局面），我們只能有選擇地支持一部分環(huán)境。我們在開篇就已經(jīng)說明，我們選擇g++和Visual C++編譯器，選擇Linux和Windows 32位目標(biāo)平臺。
一個解決辦法是將庫文件保持在源代碼形態(tài)（包括頭文件和源文件），而不編譯成二進(jìn)制文件。比如STL的許多實現(xiàn)版本都是以頭文件形式存在。這樣雖然解決了名稱裝飾所帶來的不可移植問題，但同時又會帶來代碼編譯時間增長，源代碼完全公開等問題。在C++的名稱裝飾規(guī)則未被統(tǒng)一之前，看起來這個問題是很難兩全其美地解決了。
在本系列中，我們也仿照g++的STL實現(xiàn)方式，完全以頭文件形式來編寫類庫。為什么不把代碼放到源文件中去呢？主要原因是，頭文件只需要用戶使用包含指令（#include）就可以處理了，而源文件則需要配置到用戶工程的編譯目標(biāo)列表中，和用戶的源程序形成共同編譯的形式，破壞了用戶工程的編譯目標(biāo)的封閉性，比較麻煩而且不符合軟件開發(fā)的一般習(xí)慣。
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