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Oct 27, 2021

在拥挤和变化的世界中茁壮成长:C++ 2006–2020

这是 C++ 之父 Bjarne Stroustrup 的 HOPL4 论文的中文版。

HOPL 是 History of Programming Languages(编程语言历史)的缩写,是 ACM(Association of Computing Machines,国际计算机协会)旗下的一个会议,约每十五年举办一次。Bjarne 的这篇论文是他为 2021 年 HOPL IV 会议准备的论文,也是他的第三篇 HOPL 论文。在这三篇前后间隔近三十年的论文里,Bjarne 记录了 C++ 的完整历史,从 1979 年到 2020 年。这篇 HOPL4 论文尤其重要,因为它涵盖了 C++98 之后的所有 C++ 版本,从 C++11 直到 C++20。如果你对更早期的历史也感兴趣的话,则可以参考他的其他 HOPL 论文,及他在 1994 年出版的《C++ 语言的设计和演化》(The Design and Evolution of C++)。

鉴于这篇论文对于 C++ 从业者的重要性,全球 C++ 及系统软件技术大会的主办方 Boolan 组织了一群译者,把这篇重要论文翻译成了中文,让 C++ 开发人员对 C++ 的设计原则和历史有一个系统的了解。下面是论文的完整摘要:

到 2006 年时,C++ 已经在业界广泛使用了 20 年。它既包含了自 1970 年代初引入 C 语言以来一直没有改变的部分,又包含了在二十一世纪初仍很新颖的特性。从 2006 年到 2020 年,C++ 开发者人数从约 300 万增长到了约 450 万。在这段时期里,有新的编程模型涌现出来,有硬件架构的演变,有新的应用领域变得至关重要,也有好些语言在争夺主导地位,背后有雄厚的资金支持和专业的营销。C++——一种没有真正商业支持的、老得多的语言——是如何在这些挑战面前继续茁壮成长的?

本文重点关注 ISO C++ 标准在 2011 年、2014 年、2017 年和 2020 年的修订版中的重大变化。标准库在篇幅上约占 C++20 标准的四分之三,但本文的主要重点仍是语言特性和它们所支持的编程技术。

本文包含了长长的特性清单,其中记录了 C++ 的成长。我会对重要的技术要点进行讨论,并用简短的代码片段加以说明。此外,本文还展示了一些失败的提案,以及导致其失败的讨论。它提供了一个视角,如何看待这些年来令人眼花缭乱的事实和特性。我的重点是塑造语言的想法、人和流程。

讨论主题包括各种方向上的努力,包括:通过演进式变化保留 C++ 的本质,简化 C++ 的使用,改善对泛型编程的支持,更好地支持编译期编程,扩展对并发和并行编程的支持,以及保持对几十年前的代码的稳定支持。

ISO C++ 标准是通过一个共识流程演化而来的。无可避免,在方向、设计理念和原则方面,不同的提案间存在竞争和(通常是礼貌性的)冲突。委员会现在比以往任何时候都更大、更活跃,每年有多达 250 人参加三次为期一周的会议,还有更多的人以电子方式参加。我们试图(并不总是成功)减轻各种不良影响,包括“委员会设计”、官僚主义,以及对各种语言时尚的过度热衷。

具体的语言技术话题包括内存模型、并发并行、编译期计算、移动语义、异常、lambda 表达式和模块。要设计一种机制来指定模板对其参数的要求,既足够灵活和精确,又不会增加运行期开销,实践证明这很困难。设计“概念”来做到这一点的反复尝试可以追溯到 1980 年代,并触及到 C++ 和泛型编程的许多关键设计问题。

文中的描述基于个人对关键事件和设计决策的参与,并以 ISO C++ 标准委员会档案中的数千篇论文和数百份会议记录作为支持。

下面是论文的一级目录:

  1. 前言
  2. 背景:C++ 的 1979–2006
  3. C++ 标准委员会
  4. C++11:感觉像是门新语言
  5. C++14:完成 C++11
  6. 概念
  7. 错误处理
  8. C++17:大海迷航
  9. C++20:方向之争
  10. 2020 年的 C++
  11. 回顾

参加论文翻译工作的译者有(按拼音序):

  • 陈常筠
  • 高辉
  • 何荣华
  • 何一娜
  • 侯晨
  • 侯金亭
  • 彭亚
  • 王奎
  • 王绍新
  • 吴咏炜
  • 徐宁
  • 杨文波
  • 于波
  • 余水清
  • 翟华明
  • 章爱国
  • 张云潮

论文翻译的校对和体例统一工作由吴咏炜、杨文波、张云潮完成。最后的发布由吴咏炜完成。

我们翻译的是论文的正文部分,英文原文超过 140 页。最后的参考文献部分,由于翻译的意义不大,没有译出。不过,这也带来了一个小小的负面后果:虽然我们对论文内部的交叉引用可以用脚本生成链接,但对指向参考文献的链接就完全无能为力了。所以,如果想要阅读参考文献的话,只能请你到英文原文结尾的 References 部分自行查找了。

翻译过程中我们发现了一些原文中的小问题,并在译文中进行了修正或标注(绝大部分已经经过 Bjarne 老爷子确认)。当然,在翻译过程中引入翻译错误或其他技术问题,恐怕也在所难免——不过,跟 ACM 上发表论文不同,这个网页仍然是可以修正的。所以,如果你,亲爱的读者,发现问题的话,请不吝提交 pull request,我们会尽快检查并进行修正。

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Chinese translation of Bjarne Stroustrup's HOPL4 paper

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