C++資源之不完全導引 [下] / 曾毅 陶文

聲明: .本文2004年5月首發於《CSDN開發高手》,版權歸該雜誌與《程序員》雜誌社所有。雜誌限於篇
幅部分內容有所刪節,此處版本爲相對完整版本。 .本文爲介紹性文章,會隨筆者學習C++語言不斷更新。

 


    在C++中,庫的地位是非常高的。C++之父 Bjarne Stroustrup先生多次表示了設計庫來擴充功能要好過設
計更多的語法的言論。現實中,C++的庫門類繁多,解決的問題也是極其廣泛,庫從輕量級到重量級的都
有。不少都是讓人眼界大開,亦或是望而生嘆的思維傑作。由於庫的數量非常龐大,而且限於筆者水平,其
中很多並不瞭解。所以文中所提的一些庫都是比較著名的大型庫。

標準庫
    標準庫中提供了C++程序的基本設施。雖然C++標準庫隨着C++標準折騰了許多年,直到標準的出臺才正
式定型,但是在標準庫的實現上卻很令人欣慰得看到多種實現,並且已被實踐證明爲有工業級別強度的佳
作。
    1、 Dinkumware C++ Library 參考站點
http://www.dinkumware.com/    P.J. Plauger編寫的高品質的標準庫。P.J.
Plauger博士是Dr. Dobb's程序設計傑出獎的獲得者。其編寫的庫長期被Microsoft採用,並且最近Borland也
取得了其OEM的license,在其C/C+ +的產品中採用Dinkumware的庫。
    2、 RogueWave Standard C++ Library 參考站點
http://www.roguewave.com/    這個庫在Borland C++ Builder的早期版本中曾經被採用,後來被其他的庫給
替換了。筆者不推薦使用。
    3、 SGI STL 參考站點
http://www.roguewave.com/    SGI公司的C++標準模版庫。
    4、 STLport 參考站點
http://www.stlport.org/    SGI STL庫的跨平臺可移植版本。

準標準庫——Boost
    Boost庫是一個經過千錘百煉、可移植、提供源代碼的C++庫,作爲標準庫的後備,是C++標準化進程的
發動機之一。 Boost庫由C++標準委員會庫工作組成員發起,在C++社區中影響甚大,其成員已近2000人。
Boost庫爲我們帶來了最新、最酷、最實用的技術,是不折不扣的“準”標準庫。
    Boost中比較有名氣的有這麼幾個庫: Regex 正則表達式庫 Spirit LL parser framework,用C++代碼直
接表達EBNF Graph 圖組件和算法 Lambda 在調用的地方定義短小匿名的函數對象,很實用的functional功
能 concept check 檢查泛型編程中的concept Mpl 用模板實現的元編程框架 Thread 可移植的C++多線程庫
Python 把C++類和函數映射到Python之中 Pool 內存池管理 smart_ptr 5個智能指針,學習智能指針必讀,
一份不錯的參考是來自CUJ的文章: Smart Pointers in Boost,哦,這篇文章可以查到,CUJ是提供在線瀏
覽的。中文版見筆者在《Dr. Dobb's Journal軟件研發雜誌》第7輯上的譯文。 Boost總體來說是實用價值很
高,質量很高的庫。並且由於其對跨平臺的強調,對標準C++的強調,是編寫平臺無關,現代C++的開發者
必備的工具。但是 Boost中也有很多是實驗性質的東西,在實際的開發中實用需要謹慎。並且很多Boost中
的庫功能堪稱對語言功能的擴展,其構造用盡精巧的手法,不要貿然的花費時間研讀。Boost另外一面,比
如Graph這樣的庫則是具有工業強度,結構良好,非常值得研讀的精品代碼,並且也可以放心的在產品代碼
中多多利用。
    參考站點:http://www.boost.org(國內鏡像:http://www.c-view.org/tech/lib/boost/index.htm

GUI
    在衆多C++的庫中,GUI部分的庫算是比較繁榮,也比較引人注目的。在實際開發中,GUI庫的選擇也
是非常重要的一件事情,下面我們綜述一下可選擇的GUI庫,各自的特點以及相關工具的支持。
    1、 MFC 大名鼎鼎的微軟基礎類庫(Microsoft Foundation Class)。大凡學過VC++的人都應該知道這
個庫。雖然從技術角度講,MFC是不大漂亮的,但是它構建於Windows API 之上,能夠使程序員的工作更容
易,編程效率高,減少了大量在建立 Windows 程序時必須編寫的代碼,同時它還提供了所有一般 C++ 編程
的優點,例如繼承和封裝。MFC 編寫的程序在各個版本的Windows操作系統上是可移植的,例如,在
Windows 3.1下編寫的代碼可以很容易地移植到 Windows NT 或 Windows 95 上。但是在最近發展以及官
方支持上日漸勢微。
    2、 QT 參考網站http://www.trolltech.com/ Qt是Trolltech公司的一個多平臺
的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所用功能。
Qt是完全面向對象的很容易擴展,並且允許真正地組件編程。自從1996年早些時候,Qt進入商業領域,它已
經成爲全世界範圍內數千種成功的應用程序的基礎。Qt 也是流行的Linux桌面環境KDE 的基礎,同時它還支
持Windows、Macintosh、Unix/X11等多種平臺。
    3、WxWindows 參考網站http://www.wxwindows.org/ 跨平臺的GUI庫。因爲其類層次極像MFC,所以
有文章介紹從MFC到WxWindows的代碼移植以實現跨平臺的功能。通過多年的開發也是一個日趨完善的
GUI庫,支持同樣不弱於前面兩個庫。並且是完全開放源代碼的。新近的C++ Builder X的GUI設計器就是基
於這個庫的。
    4、Fox 開放源代碼的GUI庫。作者從自己親身的開發經驗中得出了一個理想的GUI庫應該是什麼樣子的感
受出發,從而開始了對這個庫的開發。有興趣的可以嘗試一下。 參考網站:http://www.fox-toolkit.org/
    5、 WTL 基於ATL的一個庫。因爲使用了大量ATL的輕量級手法,模板等技術,在代碼尺寸,以及速度優
化方面做得非常到位。主要面向的使用羣體是開發COM輕量級供網絡下載的可視化控件的開發者。
    6、 GTK 參考網站http://gtkmm.sourceforge.net/ GTK是一個大名鼎鼎的C的開源GUI庫。在Linux世界
中有Gnome這樣的殺手應用。而GTK就是這個庫的C++封裝版本。

網絡通信
   
 ACE 參考網站http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/ACE.html C++庫的代表,超重量級的網絡通信開發
框架。ACE自適配通信環境(Adaptive Communication Environment)是可以自由使用、開放源代碼的面
向對象框架,在其中實現了許多用於併發通信軟件的核心模式。ACE提供了一組豐富的可複用C++ 包裝外
觀(Wrapper Facade)和框架組件,可跨越多種平臺完成通用的通信軟件任務,其中包括:事件多路分離
和事件處理器分派、信號處理、服務初始化、進程間通信、共享內存管理、消息路由、分佈式服務動態
(重)配置、併發執行和同步,等等。
    StreamModule 參考網站http://www.omnifarious.org/StrMod/ 設計用於簡化編寫分佈式程序的庫。嘗試
着使得編寫處理異步行爲的程序更容易,而不是用同步的外殼包起異步的本質。
    SimpleSocket 參考網站http://home.hetnet.nl/~lcbokkers/simsock.htm 這個類庫讓編寫基於socket的
客戶/服務器程序更加容易。
    A Stream Socket API for C++ 參考網站http://www.pcs.cnu.edu/~dgame/sockets/socketsC++/sockets.html
又一個對Socket的封裝庫。

XML
     Xerces 參考網站http://xml.apache.org/xerces-c/ Xerces-C++ 是一個非常健壯的XML解析器,它提供了
驗證,以及SAX和DOM API。XML驗證在文檔類型定義(Document Type Definition,DTD)方面有很好的支
持,並且在2001年12月增加了支持W3C XML Schema 的基本完整的開放標準。
    XMLBooster 參考網站http://www.xmlbooster.com/ 這個庫通過產生特製的parser的辦法極大的提高了
XML解析的速度,並且能夠產生相應的GUI程序來修改這個parser。在DOM和SAX兩大主流XML解析辦法之
外提供了另外一個可行的解決方案。
    Pull Parser 參考網站http://www.extreme.indiana.edu/xgws/xsoap/xpp/ 這個庫採用pull方法的parser。
在每個SAX的parser底層都有一個pull的parser,這個xpp把這層暴露出來直接給大家使用。在要充分考慮速
度的時候值得嘗試。
    Xalan 參考網站http://xml.apache.org/xalan-c/ Xalan是一個用於把XML文檔轉換爲HTML,純文本或者
其他XML類型文檔的XSLT處理器。
    CMarkup 參考網站http://www.firstobject.com/xml.htm 這是一種使用EDOM的XML解析器。在很多思路
上面非常靈活實用。值得大家在DOM和SAX之外尋求一點靈感。
    libxml++ http://libxmlplusplus.sourceforge.net/ libxml++是對著名的libxml XML解析器的C++封裝版本

科學計算
    Blitz++ 參考網站http://www.oonumerics.org/blitz/ Blitz++ 是一個高效率的數值計算函數庫,它的設計目
的是希望建立一套既具像C++ 一樣方便,同時又比Fortran速度更快的數值計算環境。通常,用C++所寫出的
數值程序,比 Fortran慢20%左右,因此Blitz++正是要改掉這個缺點。方法是利用C++的template技術,程
序執行甚至可以比Fortran更快。 Blitz++目前仍在發展中,對於常見的SVD,FFTs,QMRES等常見的線性
代數方法並不提供,不過使用者可以很容易地利用Blitz++所提供的函數來構建。
    POOMA 參考網站http://www.codesourcery.com/pooma/pooma POOMA是一個免費的高性能的C++
庫,用於處理並行式科學計算。POOMA的面向對象設計方便了快速的程序開發,對並行機器進行了優化以
達到最高的效率,方便在工業和研究環境中使用。
    MTL 參考網站http://www.osl.iu.edu/research/mtl/ Matrix Template Library(MTL)是一個高性能的泛型組
件庫,提供了各種格式矩陣的大量線性代數方面的功能。在某些應用使用高性能編譯器的情況下,比如Intel
的編譯器,從產生的彙編代碼可以看出其與手寫幾乎沒有兩樣的效能。
    CGAL 參考網站http://www.cgal.org Computational Geometry Algorithms Library的目的是把在計算幾
何方面的大部分重要的解決方案和方法以C++庫的形式提供給工業和學術界的用戶。

遊戲開發
    Audio/Video 3D C++ Programming Library 參考網站http://www.galacticasoftware.com/products/av/
AV3D是一個跨平臺,高性能的C++庫。主要的特性是提供3D圖形,聲效支持(SB,以及S3M),控制接口
(鍵盤,鼠標和遙感),XMS。
    KlayGE 參考網站http://home.g365.net/enginedev/ 國內遊戲開發高手自己用C++開發的遊戲引擎。
KlayGE是一個開放源代碼、跨平臺的遊戲引擎,並使用Python作腳本語言。KlayGE在LGPL協議下發行。感
謝龔敏敏先生爲中國遊戲開發事業所做出的貢獻。
    OGRE 參考網站http://www.ogre3d.org OGRE(面向對象的圖形渲染引擎)是用C++開發的,使用靈活
的面向對象3D引擎。它的目的是讓開發者能更方便和直接地開發基於3D硬件設備的應用程序或遊戲。引擎
中的類庫對更底層的系統庫(如:Direct3D和OpenGL)的全部使用細節進行了抽象,並提供了基於現實世
界對象的接口和其它類。

線程
    C++ Threads 參考網站http://threads.sourceforge.net/ 這個庫的目標是給程序員提供易於使用的類,這
些類被繼承以提供在Linux環境中很難看到的大量的線程方面的功能。
    ZThreads 參考網站http://zthread.sourceforge.net/ 一個先進的面向對象,跨平臺的C++線程和同步庫。

序列化
    s11n 參考網站:http://s11n.net/ 一個基於STL的C++庫,用於序列化POD,STL容器以及用戶定義的類
型。
    Simple XML Persistence Library 參考網站http://sxp.sourceforge.net/ 這是一個把對象序列化爲XML的
輕量級的C++庫。

字符串
    C++ Str Library 參考網站http://www.utilitycode.com/str/ 操作字符串和字符的庫,支持Windows和支持
gcc的多種平臺。提供高度優化的代碼,並且支持多線程環境和Unicode,同時還有正則表達式的支持。
    Common Text Transformation Library 參考網站http://cttl.sourceforge.net/ 這是一個解析和修改STL字
符串的庫。CTTL substring類可以用來比較,插入,替換以及用EBNF的語法進行解析。
    GRETA 參考網站http://research.microsoft.com/projects/greta/ 這是由微軟研究院的研究人員開發的處
理正則表達式的庫。在小型匹配的情況下有非常優秀的表現。

綜合
    P::Classes 參考網站http://pclasses.com/ 一個高度可移植的C++應用程序框架。當前關注類型和線程
安全的signal/slot機制,i/o系統包括基於插件的網絡協議透明的i/o架構,基於插件的應用程序消息日誌框
架,訪問sql數據庫的類等等。
    ACDK - Artefaktur Component Development Kit 參考網站http://acdk.sourceforge.net/ 這是一個平臺無
關的C++組件框架,類似於Java或者.NET中的框架(反射機制,線程,Unicode,廢料收集,I/O,網絡,實
用工具,XML,等等),以及對Java, Perl, Python, TCL, Lisp, COM 和 CORBA的集成。
    dlib C++ library 參考網站http://www.cis.ohio-state.edu/~kingd/dlib/ 各種各樣的類的一個綜合。大整
數,Socket,線程,GUI,容器類,以及瀏覽目錄的API等等。
    Chilkat C++ Libraries 參考網站http://www.chilkatsoft.com/cpp_libraries.asp 這是提供zip,e-mail,編
碼,S/MIME,XML等方面的庫。
    C++ Portable Types Library (PTypes) 參考網站http://www.melikyan.com/ptypes/ 這是STL的比較簡單
的替代品,以及可移植的多線程和網絡庫。
    LFC 參考網站http://lfc.sourceforge.net/  哦,這又是一個嘗試提供一切的C++庫

其他庫
    Loki 參考網站http://www.moderncppdesign.com/ 哦,你可能抱怨我早該和Boost一起介紹它,一個實
驗性質的庫。作者在loki中把C++模板的功能發揮到了極致。並且嘗試把類似設計模式這樣思想層面的東西
通過庫來提供。同時還提供了智能指針這樣比較實用的功能。
    ATL ATL(Active Template Library)是一組小巧、高效、靈活的類,這些類爲創建可互操作的COM組件提供
了基本的設施。
    FC++: The Functional C++ Library 這個庫提供了一些函數式語言中才有的要素。屬於用庫來擴充語言的
一個代表作。如果想要在OOP之外尋找另一分的樂趣,可以去看看函數式程序設計的世界。大師Peter
Norvig在 “Teach Yourself Programming in Ten Years”一文中就將函數式語言列爲至少應當學習的6類
編程語言之一。
    FACT! 參考網站http://www.kfa-juelich.de/zam/FACT/start/index.html 另外一個實現函數式語言特性的庫
Crypto++ 提供處理密碼,消息驗證,單向hash,公匙加密系統等功能的免費庫。

    還有很多非常激動人心或者是極其實用的C++庫,限於我們的水平以及文章的篇幅不能包括進來。在對於
這些已經包含近來的庫的介紹中,由於並不是每一個我們都使用過,所以難免有偏頗之處,請讀者見諒。

書籍
    以前熊節先生曾撰文評論相對於Java程序設計語言,C++的好書多如牛毛。榮耀先生在《程序員》雜誌上
撰文《C++程序設計之四書五經》也將本領域內幾乎所有的經典書籍作了全面的介紹,任何關於書的評論此時
看來便是很多餘的了。個人淺見,除非你打算以C++作爲唯一興趣或者生存之本,一般讀者確實沒有足夠的
時間和必要將20餘本書籍全部閱讀。
    更有參考價值的是榮耀先生的另一篇文章:《至少應該閱讀的九本C++著作》,可以從下面的地址瀏覽到
此文: http://www.royaloo.com/articles/articles_2003/9CppBooks.htm 下面幾本書對於走在C++初學之路
上的讀者是我們最願意推薦給大家的:
    《C++ Primer》 哦,也許你會抱怨我們爲什麼不先介紹TCPL,但對於走在學習之路上的入門者,本書內
容更爲全面,更爲詳細易懂,我們稱它爲“C++的超級寶典”並不過分。配有一本不錯的習題解答《C++
Primer Answer Book》可以輔助你的學習之路。
    《Essential C++》 如果說《C++ Primer》是C++領域的超級寶典,那麼此書作爲掌握C++的大局觀當之
無愧。正如《.NET大局觀》一書能夠讓讀者全攬.NET,本書講述了C++ 中最核心的全部主題。書雖不厚,內容精煉,不失爲《C++ Primer》讀者茶餘飯後的主題回顧之作。
    《The C++ Programming Language》 Bjarne爲你帶來的C++教程,真正能夠告訴你怎麼用才叫真正的
C++的唯一一本書。雖然如同“某某程序設計語言”這樣的書籍會給大家一個內容全攬,入門到精通的感
覺,但本書確實不太適合初學者閱讀。如果你自認爲是一名很有經驗的C++程序員,那至少也要反覆咀嚼
Bjarne先生所強調的若干內容。
    《Effective C++》,《More Effective C++》 是的,正如一些C++愛好者經常以讀過與沒有讀過上述兩本
作品來區分你是否是C++高手。我們也極力推崇這兩本著作。在各種介紹C++專家經驗的書籍裏面,這兩本
是最貼近語言本質,看後最能夠有脫胎換骨感覺的書,讀此書你需每日三省汝身。 技術書籍仁者見仁,過
多的評論反無太多意義,由讀者喜好選擇最適合自己的書方爲上策。 資源網站 正如我們可以通過計算機歷
史上的重要人物瞭解計算機史的發展,C++相關人物的網站也可以使我們得到最有價值的參考與借鑑,下面
的人物我們認爲沒有介紹的必要,只因下面的人物在C++領域的地位衆所周知,我們只將相關的資源進行羅
列以供讀者學習,他們有的工作于貝爾實驗室,有的工作於知名編譯器廠商,有的在不斷推進語言的標準
化,有的爲讀者撰寫了多部千古奇作……

  Bjarne Stroustrup http://www.research.att.com/~bs/
  Stanley B. Lippman http://blogs.msdn.com/slippman/
          (中文版http://www.zengyihome.net/slippman/index.htm)
  Scott Meyers http://www.aristeia.com/
  David Musser http://www.cs.rpi.edu/~musser/
  Bruce Eckel http://www.bruceeckel.com
  Nicolai M. Josuttis http://www.josuttis.com/
  Herb Sutter http://www.gotw.ca/
  Andrei Alexandrescu ://www.moderncppdesign.com/
  侯捷先生 http://www.jjhou.com'>http://www.jjhou.com 
  孟巖先生 先生繁忙於工作,癡迷於技術,暫無個人主頁,關於先生的作品可以通過CSDN的專欄和侯先
生的主頁訪問到。
  榮耀先生 http://www.royaloo.com/
  潘愛民先生 http://www.icst.pku.edu.cn/panaimin/pam_homepage.htm

除了上述大師的主頁外,以下的綜合類C++學習參考站點是我們非常願意向大家推薦的:
  CodeProject http://www.codeproject.com
  CodeGuru http://www.codeguru.com
  Dr. Dobb's Journal http://www.ddj.com
  C/C++ Users Journal http://www.cuj.com
  C維視點 http://www.c-view.org
  allaboutprogram http://www.allaboutprogram.com

其他資料
    ISO IEC JTC1/SC22/WG21 - C++:標準C++的權威參考 http://anubis.dkuug.dk/jtc1/sc22/wg21/
    C++ FAQ LITE — Frequently Asked Questions:最爲全面的C++FAQ 
      http://www.sunistudio.com/cppfaq/index.html
    C/C++ 新聞組: 你不妨嘗試從這裏提問和回答問題,很多不錯的Q&A資源...... .
      alt.comp.lang.learn.c-c++ 這個簡單些,如果你和我一樣是個菜鳥
      .comp.lang.c++.moderated 嗯,這個顯然水平高一些
      .comp.std.c++ 如果你需要討論標準C++相關話題的話

不得不寫的結束語
    結束的時候也是總結現狀,展望未來的時候。雖然C++從脫胎於C開始,一路艱難坎坷的走過來,但是無論如何C++已經取得了工業基礎的地位。文章列舉的大量相關資源就是最好的證明,而業界的大量用C++寫
成的產品代碼以及大量的C++職業工程師則是最直接的證明。同時,我們可以看到各個高校的計算機專業都
開設有C++這門課程,網絡上對於C++的學習討論也從來都沒有停過。但是,在Java和.NET兩大企業開發平
臺的圍攻下,給人的感覺是C++越來越 “不行”了。 C++在面向企業的軟件開發中,在開發便捷性等方面
的確要比Java和C#差很多,其中一個問題是C++語言本身比較複雜,學習曲線比較陡峭,另外一個問題是
C++標準化的時間太長,喪失了很多的壯大機會,耗費了很多精力在廠商的之間的鬥爭上,而C++的標準庫
離一個完善的程序開發框架還缺少太多太多的內容,各個第三方的類庫和框架又在一致性和完整性上沒法和
隨平臺提供的框架相提並論。難道C++真的要退出歷史舞臺了? 從C++目前的活躍程度,以及應用現狀來說
是完全能夠肯定C++仍然是軟件工業的基礎,也不會退出歷史舞臺的。另外從Boost,Loki這些庫中我們也
能夠看到C++的發展非常活躍,對於新技術新思維非常激進,C++仍然廣泛受到關注。從ACE在高性能通信
領域的應用,以及MTL這樣的庫在數值計算領域的出色表現,我們可以看到C++在高性能應用場合下的不可
替代的作用,而嵌入式系統這樣的內存受限開發平臺,比如Symbian OS上,C++已經發揮着並且將發揮更
大的作用。可以預見的是以後的軟件無論上層的應用怎麼變,它的底層核心都會是由C/C++這樣的系統級軟
件編寫的,比如Java虛擬機,.NET Framwork。因爲只有這樣的系統級軟件才能完全徹底的發揮機器的功
能。

    要看到的是兩個趨勢,一個趨勢是C++變得更加複雜,更加學院派,通過模板等有潛力的語法因素構造越
來越精巧的庫成爲了現代C++的熱點,雖然在利用庫實現新的編程範式,乃至設計模式等方面很有開創意
義,也確實產生了一些能夠便捷開發的工具,但是更多的是把C++變得更加強大,更加複雜,也更加難懂,
似乎也更加學院派,不得不說它正在向邊緣化道路發展。另一個趨勢是C++在主流的企業應用開發中已經逐
漸退出了,ERP這樣的企業軟件開發中基本上不會考慮 C++,除非需要考慮性能或者和遺留代碼的集成這
些因素。C++退守到系統級別語言,成爲軟件工業的基礎是大勢所趨。然而反思一下,真的是退守麼?自從 STL出現,無數的人風起雲涌的開始支持C++,他們狂呼“我看到深夜消失了,目標軟件工程的出現。我看到
了可維護的代碼。”是的,STL在可維護性下做得如此出色。但是又怎樣呢?STL爲C++鋪平了現代軟件工
程的道路,而在上層應用程序軟件開發領域這塊場地早不單獨屬於C++,很多程序設計語言都做得很出色,瘋
狂的支持者會毫不猶豫地說我們應當支持C++,因爲它是世界上最棒的語言。而坦率地說,你的腰桿真的那麼
硬麼?也許只是在逃避一些事實。C++ 是優秀的,這不可否認,STL的出現讓C++一度走上了最輝煌的時
刻,然而現在看來……我的一位恩師曾言:真正能夠將STL應用得淋漓盡致的人很保守地說國內也不超過
200人,或許不加入STL能夠使C++向着它應當發展的方向發展的更好,而現在看來,C++也應當回首到真
正屬於他的那一片聖地上……

參考資料
本文成文時參考了以下資源:
1、《程序員》2004年2月,3月,“C++ 程序設計之四書五經” 榮耀
2、水木清華BBS C++版精華區
3、http://jjhou.csdn.net
4、http://www.royaloo.com
5、http://www.zengyihome.net
6、C/C++ 開發人員:充實您的 XML 工具箱   
       http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/x-ctlbx/index.shtml

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