2022年全球C++及系统软件技术大会参会报告

因为疫情的原因，C++技术大会时隔一年半之后才得以再次举办。这是我第3次参加该会议了，在前两次会议中，我发现国外专家的主题演讲大概率会有更高的质量，所以这一次我干脆全部听的国外专家演讲。主办方也很贴心，直接把所有的英文演讲全部排在了C会场。

下面介绍我这次会议听的主题：

《现代C++的发展与演化》——Bjarne Stroustrup

C++之父的演讲照例排在第一个。但实际上Bjarne每年讲的几乎都是同样的东西：自己创造C++语言的过程、C++的原则、发展方向、语言特性的发展历程、C++成功的原因……也容易理解这些东西不得不讲，因为每年都会有新人参会，他们还是很需要听一遍这些知识的。要说今年讲的和往年的最大区别，就是介绍了C++23和26两个版本预计会有什么特性。

在提问环节，Bjarne回答呈现的一些观点反而比较有意思：

首先是语言战争（language war）。面对这个话题，Bjarne直截了当的表示自己早就“身经百战”了，一路从Fortran、LISP、Java、Go、Rust……等众多语言的围追堵截中打过来，Bjarne表示根本不care什么语言战争。他说当年Java出现的时候就大肆宣传过要在两年内干掉C++，现在这种言论出现在别的语言上也没什么稀奇。Bjarne说，他私下和Dennis Ritchie等其他语言创造者都是好朋友，正确的态度应该是语言之间互相学习和借鉴，而不是战争。

谈到Google新发布的语言Carbon，Bjarne说那就是一小撮人在弄的玩意儿，我们等着瞧看他们能不能弄出个真正的语言出来。

谈到日益壮大的Rust，Bjarne说未来Rust有发展空间，但C++同样也有发展空间。

有人提问为什么C++不像Java、Go那样背靠一个大公司进行推广。Bjarne开始哭穷，讲述了C++委员会没钱的现状，连个秘书都请不起。Bjarne说C++从来就没有钱做推广，能够壮大都是因为使用C++的用户求着他们一定要维护下去，否则自己巨量的存量代码没法玩了。但是背后没有金主也给C++带来了好处，比如没有一个money manager来干涉语言的发展方向，C++委员会也不用为了市场而追时髦。

有人提了一个技术问题：在嵌入式系统上，怎么解决C++编译出的目标文件很大的问题。听到这个问题，Bjarne觉得不可思议，他说除非你大量使用异常，否则目标文件应该非常小才对，C++是非常适合嵌入式的。主持人补充说是因为模板，Bjarne再次连连摇头，说模板导致的目标文件膨胀，唯一的原因是不当使用虚函数。如果没有在模板中使用虚函数，那么根据他的经验，生成的代码都会被优化掉，不会有目标文件过大的问题。最后Bjarne还强调不要去猜测性能，要实际测试，他说他见到的喜欢猜测性能问题的人太多了。

最后谈到了教育，Bjarne表示现在的C++教育方法是错误的。很多人认为要先学C语言再学C++，这在他看来完全错误。Bjarne认为，学C++要先从语言的主要思想开始学，而不是总想要掌握所有的语言细节。太多人的学习方法是想成为一个语言律师（language lawyer）而不是成为一个开发者。Bjarne自己写的C++教材只有不到200页，他说自己的书直到第17章才讲到指针，因为大多数的C++编码根本用不到指针。

《RCU无锁编程探究与实践》——Paul McKenney

Paul首先讲了物理定律：光（或者电信号）在一个CPU时钟周期内可以跑多远？最后计算出来的，是非常非常短的距离（大约一两厘米）。在之后的多线程代码中，他指出这个物理定律造成了多核编程中的漏洞（loophole），即read发生在store之后，但是数据从一个CPU核跑到另一个CPU核需要传播时间，导致结果仍然非预期。

为了解决数据同步造成的不确定结果，需要经常使用同步原语，但这又带来了性能开销。RCU库使用了一种同时利用时间和空间的方法：复制数据，在新副本中修改，再释放旧数据。这种方法在一定条件下相比传统的同步有了显著更好的性能。

有人提问：你怎么保证删除旧数据的时候，其他线程都已经读完了？Paul表示这依赖于Linux内核中的很多dirty detail，因此RCU不是C++标准中的方法。

《大规模软件性能设计与实践》——Fedor Pikus

Fedor是EDA软件的架构师，他指出性能评估必须基于度量，但是软件设计必须考虑性能，接下来就产生了悖论：设计阶段还没有代码，怎么度量？接下来的例子中，Fedor展示了软件设计需要注意的性能影响点：确定主要性能目标、考虑数据组织方式、接口定义、为实现优化留下空间。他指出：虽然设计阶段没法直接度量性能，但是你的API设计直接影响了后续的性能优化空间。因此做设计时，一定要确定合理的API，尽可能多的隐藏数据细节，这样后续才有充分的自由度做优化。

《拥抱C++20元编程》——Kris Jusiak

Kris的演讲几乎全是代码，首先介绍了C++20中怎么实现fix_string（把string作为模板非类型参数），然后讲了怎么用全模板编程的方法做一个状态机定义DSL。通过C++20的Ranges特性，编译器可以对类型进行计算。因此把状态、动作、消息全部类型化以后，结合操作符重载，最后就可以像写DSL一样的写状态机。而且由于所有的状态定义都在编译期模板运算后生成代码，因此性能非常好，远高于传统的状态查表、函数指针等状态机实现手段。

恰好我这段时间也在想能否用元编程来做状态机，Kris大神弄出的这套玩意儿在很多业务场景下应当会有市场。

《高质量代码生命周期的思考与实践》——Phil Nash

Phil的主题是讲软件质量，但是他的质量定义方法和国内很多专家截然不同：他从头到尾不提任何指标，也没说编程规范和静态检查，反而把重点放在了代码的设计方式上。Phil对比了代码处理异常输入的各种方式：参数检查、抛出异常、强类型……最后他提出可以用提供两套接口的方式——一套不进行参数检查，信任调用者；令一套进行全面的检查。这有点类似memcpy和memcpy_s两个接口同时提供的思路。

之后，Phil指出软件质量中很重要的一个方面：简洁（simplicity）。他说，只有简洁的代码才能有效的校验逻辑。要做到简洁，有多线程、可变性、依赖、抽象泄露等很多方面需要考虑。Phil重点用可变性举了几个例子，他认为大多数人声明变量时没有默认加const，这是非常不好的习惯。一旦你的变量是可变的，那么逻辑复杂度会立刻高很多，我们应该尽可能使用不可变的常量。

最后总结时，Phil摘出一篇文章中的话：有一些方法的确可以提高软件质量，当我们观察这些方法时，我们发现这些方法的共同点是：所有这些方法都迫使我们反思自己的代码（reflect on our code）。

《风险指针(Hazard Pointer)无锁编程精要》——Maged Michael

Maged在讲座中介绍了一种读写锁的替代品：使用风险指针。其原理是当线程要改写对象时，复制一份，修改新副本，然后在老副本被使用完后自动销毁。这个工具在folly开源库中实现了，且其中一部分已经提交给C++26标准。我乍一看时感觉：这不是昨天讲过的RCU么？到了结尾，Maged还真的把风险指针和RCU做了比较——他们各自适合的场景略有区别。

风险指针不需要任何同步机制，因此速度非常快，但是它用了专门的线程定时的检查废弃资源并释放，这和GC的方式异曲同工。非GC语言果然是常常向GC语言借鉴特性。以后C++标准中出现成型的GC特性估计也不会让人意外。

《C++内存与性能优化最优实践》——Michael Spertus

Michael的演讲风格很受喜欢，语速很慢，发音是标准的美式英语，演讲时都会由浅入深并且充分介绍技术背景，对于水平偏普通的程序员来说更为友好。这一次演讲中，Michael重点介绍了因为cache的存在所带来的性能优化问题，通过一个简单的并发计数器的例子，呈现了cacheline、锁等各种实现变化带来的性能差异。Michael演讲的主要内容都是围绕计算机体系结构中的成熟技术，并没有特别前沿的知识。但是最后提炼出的编码通用原则是很有指导意义的。

《使用内存分配器优化性能》——John Lakos

John的这场演讲很长，因此被分成了两段：上午最后一场和下午第一场。这可苦了在美国的John，他那边都讲到半夜1点了。最后快结束时，明显感觉John已经很困了，还是硬撑着回答提问。

演讲主要是围绕着John所做的大量性能测试，他总结了不同类型的程序在进行内存分配时所具有的不同时间、空间统计特征，从而设计出了多个各种典型的使用场景进行大量的性能测试。测试结果显示，在很多场景下使用局部分配器（local allocator）相比起默认的全局分配器都有显著的性能提升，有些场景甚至快10倍。最后John总结出了若干条内存分配器的选择建议，并且预言未来的C++标准库将会提供更多的分配器可以选择，而且用户接口也会越来越友好，甚至有些时候用户都不需要感知分配器的变化。

《Max功能实践：API设计、悬挂引用以及C++20 constraints》——Amir Kirsh

来自以色列的Amir所作的演讲非常特别，绝大多数时间里都在Compiler Explorer中现场“直播”编码过程。他觉得std::max有一些地方不够好用，比如不能对不同类型进行比较，有时候会返回悬挂引用等等，因此提出了改进的Max函数实现方法。

虽然Max是个很简单的比大小函数，但是一旦把左值、右值、引用、生命周期、类型转换、类型推导这些概念全堆上去，实现逻辑也变得相当复杂。在编码的过程中，有几次Amir甚至遇到了出乎预料的编译错误，自己也不知所措了，偶尔还向观众求助。我当时看的时候心也悬起来了：这家伙不会翻车吧？好在每次Amir最终都找到了问题的原因，顺利完成了演示。至于他展示的“改进版”Max是否一定比std::max好，我觉得很难讲。因为对不同类型做比较、用引用接收返回值等等使用场景并不是很常见，而且通常都有别的办法来解决。Amir更多的是展示了一种模板编程技巧。

《Windows、macOS and the Web:跨平台实践经验》——Sebastian Theophil

Sebastian在演讲中用几个简单例子说明了跨平台的实现是非常困难的事情。虽然Qt等库号称能跨平台，但是在很多常用的功能里，常常出现意想不到的错误。即使一个简单的临时文件操作功能，想提炼出真正好用的跨平台接口都困难重重。Sebastian将各种跨平台开发的经验教训总结成了9条Lesson，比如如何设计跨平台的API，如何在编译期尽可能的检查错误等等。最后他指出：跨平台远比你想的要困难，比起信任各种开源库，真正要做好还是得靠你自己的设计和封装。

《C++类型分类、陷阱与最佳实践》——Nina Ranns

Nina是C++大会上少见的女演讲者，作为国外的女演讲者我更是第一次见到。Nina是精通C++语言规定的标准委员会成员，她在演讲中并没有介绍前沿的创新技术，而是详细讲了从C++98到C++20的各个语言版本对于类型的约定。比如什么是aggregate，什么是trivially copyable等各种类型约定，在语言各个版本中都有些许差异，细究起来非常复杂。演讲中Nina还举出了几个未定义行为的例子，说这些代码虽然有未定义行为，但是事实上所有编译器都支持这么用，因此C++20把它给“修复”了，改为规定成有定义的。这也是C++标准的一个发展方向——逐渐采纳某些事实上的实现标准。

提问时我问Nina：靠人肉去校验标准实在太复杂了，有没有什么工具能检查代码不会有未定义行为？Nina回答没有办法，还是主要靠人。有一些静态检查工具可以查出部分的错误，但是还没有什么工具能保证代码不发生未定义行为。