罗剑锋的 C++ 实战笔记
罗剑锋
前奇虎 360 技术专家,Nginx/OpenResty 开源项目贡献者
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罗剑锋的 C++ 实战笔记
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04 | 编译阶段能做什么:属性和静态断言

你好,我是 Chrono。
前面我讲了 C++ 程序生命周期里的“编码阶段”和“预处理阶段”,它们的工作主要还是“文本编辑”,生成的是人类可识别的源码(source code)。而“编译阶段”就不一样了,它的目标是生成计算机可识别的机器码(machine instruction code)。
今天,我就带你来看看在这个阶段能做些什么事情。

编译阶段编程

编译是预处理之后的阶段,它的输入是(经过预处理的)C++ 源码,输出是二进制可执行文件(也可能是汇编文件、动态库或者静态库)。这个处理动作就是由编译器来执行的。
和预处理阶段一样,在这里你也可以“面向编译器编程”,用一些指令或者关键字让编译器按照你的想法去做一些事情。只不过,这时你要面对的是庞大的 C++ 语法,而不是简单的文本替换,难度可以说是高了好几个数量级。
编译阶段的特殊性在于,它看到的都是 C++ 语法实体,比如 typedef、using、template、struct/class 这些关键字定义的类型,而不是运行阶段的变量。所以,这时的编程思维方式与平常大不相同。我们熟悉的是 CPU、内存、Socket,但要去理解编译器的运行机制、知道怎么把源码翻译成机器码,这可能就有点“强人所难”了。
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全部留言(29)

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  • Luca
    1. 因为属性标签都在编译器里内置,自定义的属性标签编译器无法识别。 2. 静态断言可以作为编译期的一种约定,配合错误提示能够更快发现编译期的错误。

    作者回复: very nice。

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  • yelin
    斐布那契还可以这么玩,期待老师后面对于模版类的课程,我可能从来没都没学会过

    作者回复: 模板元编程比较复杂,属于屠龙之术,这次我先不讲,如果感兴趣的同学多可以以后单独开一个课程。

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  • 逸清
    老师,自己C++基础知识还算了解,但代码写的太少,拿到一个需求无从下手,老师有没有比较好的方法或者适合练手的项目推荐?

    作者回复: 建议先学习一下标准库,了解里面的那些工具,现在开发很少有白手起家的了,用好工具,知道它们能解决哪些问题,写应用也就比较容易了。 比如string/regex处理字符串、map/set集合、线程库等等,跟着课程逐步学吧。

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  • eletarior
    看到老师的斐波那契数列实现,我还是挺惊讶的,代码虽都看得懂,但是从没想过这么写,我有两个问题想请教下: 1.按本节的主题,编译阶段能做什么,所以说后面的那几个斐波那契数列在编译器就有结果了吗?如果是这样的话,肯定是需要cpu压栈计算的,这和真实的运行期有哪些不同呢?2.模板编程在哪些场景下使用比较好?模板编程 和 编译 阶段 似乎关联更大些

    作者回复: 1.是的,这些代码都是模板类,自然会由编译器去解析处理,最后出来的也是编译期数值,也就是静态常量,省去了运行期的技术成本,运行期直接用就行。 2.模板元编程和预处理编程有点像,由编译器来改变源码的形态,但它的规则更复杂,难以理解,你首先要了解泛型编程,之后才能尝试模板元编程。 对于80%的C++程序员来说,我不建议尝试模板元编程,可以参考第1讲。

    11
  • jxon-H
    第三次学习这节课的内容,感觉自己总算明白了罗老师的苦心。 与一般的C++课不同,罗老师完全不讲语法要素这些百度一大把,而是从工作的原理和本质去剖析C++。 我记得开课的第一讲,罗老师就这么说过,当时没啥体会,现在越发觉得这样的编排确实很高级。 虽然对于我这种没怎么用过C++的人来说,接受所有信息有点吃力,但反而使我开阔视野,学习C++的时候,不会被限制语法语义的规则上,你还可以和预处理器、编译器打交道,让你的代码更好的让人和机器读懂。 什么场景应该和预处理器沟通一下,什么时候和编译器沟通一下,这些都是高级的编程技巧。这些沟通也许是非必要的,但是掌握这些沟通技巧,在编程的时候将如鱼得水。 对C++的钻研还不够深,功力不够,没发对老师的思考题发表有营养的见解,就这么表达一下自己的感受吧。

    作者回复: 有点过誉了,受之有愧。 因为C++比较复杂,所以我划出了四个生命周期,方便特性的归类和理解,不然混在一起很容易把思路弄乱。 C++需要在实践中学,要花的时间和精力还是挺多的,不过乐趣也自在其中。

    10
  • EncodedStar
    老师可以在每讲开始讲讲上一讲提到的问题吗?很多疑惑~ 用“静态断言”,是不是在代码严格要求是32位系统或者64位系统的时候也比较有用呢?32位系统和64位系统本身有的类型所占字节数不同。

    作者回复: 1.课程都是预先录好的,所以不能及时回答,有问题写在留言里,我可以回复,还是希望自己思考得到答案。 2.静态断言的用处很多,判断32/64只是个最简单的例子,只要能够在编译阶段计算出的结果就可以断言,不过这就需要对编译阶段有比较多的认识了。 不用着急,慢慢学C++,了解了泛型后再看静态断言可能就会好懂一些。

    3
  • tt
    受语言的限制,编译阶段编程就只能“魔改”那些传统的语法要素了:把类当成函数,把模板参数当成函数参数,把“::”当成 return 返回值。 这个说法真形象,那些乱七八糟的语法一下就不面目可憎了。

    作者回复: 嗯,这也是我反复思考才得出的经验。

    3
  • EncodedStar
    预处理可以自定义是直接将定义好的内容写到源码里,而标签不能自定义是因为编译器需要识别标签名

    作者回复: good

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    2
  • 牙医
    模版元编程,劝退多少c++码农啊

    作者回复: 模板元编程比较复杂,不会也没关系,用面向对象+泛型也可以写得很开心。

    2
  • Carlos
    不得不说这节课让我回忆起了自己刚学会 vim macros 的感觉: 原来是我的想象力限制了 vim... 现在我想说: 原来是我的想象力限制了 c++...🧠 今天两个问题我都不是很懂, 希望老师指正. 1. 预处理阶段就是简单的文字替换, 编译阶段的属性标签应该需要编译器对这个标签进行 "一系列" 的配合, 过于复杂, 自己写容易翻车. 2. 要写简洁易懂的备注, 告诉别人为什么我要在这里终止编译对你进行提醒.

    作者回复: 1.回答沾点边。实际上是因为属性标签必须要由编译器解释,而自定义标签编译器是不认识的,所以只能等编译器开发者去加,而不能是自己加。 2.说的比较好。 静态断言是一种对编译环境的“前提”“假设”,要求在编译阶段必须如何如何,可以结合第1讲的生命周期,考虑一下应该如何发挥它的作用。

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