C/C++ 程序的可移植編寫要點(diǎn)

　　以前做過兩年 C++ 程序移植工作，從 Win32 平臺(tái)移植到 Linux 平臺(tái)。大約有上百萬行 C/C++代碼，歷時(shí)一年多。

　　在開發(fā) Win32 版本時(shí)，已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了程序的可植性，無奈 Win32 團(tuán)隊(duì)里對(duì) Linux 精通的人比較少，很多問題沒有想到，直到后來移植工作開始時(shí)，才發(fā)現(xiàn)移植并非像想的那樣簡單。

　　后來，我發(fā)現(xiàn)大家對(duì)移植工程師都比較輕視，不管是從工資待遇還是管理層的態(tài)度來看都是這樣。他們往往認(rèn)為，你們不過是把別人實(shí)現(xiàn)好的東西移植過去罷了，你老老實(shí)實(shí)，按步就班去做就行了，根本不需要絲毫創(chuàng)意。

　　事實(shí)并非如此，特別是對(duì)于大項(xiàng)目，其中遇到的問題和困難可謂一言難盡。比如前面提到的那個(gè)項(xiàng)目，雖然過去好幾年了，很多問題我仍然記憶猶新。

　　這里總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)吧，這些經(jīng)驗(yàn)，無一不是經(jīng)過大量汗水換來的，有的引起的 BUG 甚至耗費(fèi)數(shù)周時(shí)間才查出來。寫出來，供類似的項(xiàng)目參考，不用再走這些彎路。

　　1、分層設(shè)計(jì)，隔離平臺(tái)相關(guān)的代碼。

　　就像可測試性一樣，可移植性也要從設(shè)計(jì)抓起。一般來說，最上層和最下層都不具有良好的可移植性。

　　最上層是 GUI，大多數(shù) GUI 都不是跨平臺(tái)的，如Win32 SDK 和 MFC。最下層是操作系統(tǒng)API，大多部分操作系統(tǒng)API都是專用的。

　　如果這兩層的代碼散布在整個(gè)軟件中，那么這個(gè)軟件的可植性將非常的差，這是不言自明的。

　　那么如何避免這種情況呢？當(dāng)然是分層設(shè)計(jì)了：最底層采用 Adapter 模式，把不同操作系統(tǒng)的 API 封裝成一套統(tǒng)一的接口。至于封裝成類還是封裝成函數(shù)，要看你采用的 C 還是 C++ 寫的程序了。

　　這看起來很簡單，其實(shí)不盡然（看完整篇文章后你會(huì)明白的），它將耗去你大量的時(shí)間去編寫代碼，去測試它們。

　　采用現(xiàn)存的程序庫，是明智的做法，有很多這樣的庫，比如，C 庫有 glib（GNOME 的基礎(chǔ)類），C++ 庫有 ACE（ADAPTIVE Communication Environment）等等，在開發(fā)第一個(gè)平臺(tái)時(shí)就采用這些庫，可以大大減少移植的工作量。

　　最上層采用 MVC 模型，分離界面表現(xiàn)與內(nèi)部邏輯代碼。把大部分代碼放到內(nèi)部邏輯里面，界面僅僅是顯示和接收輸入，即使要換一套 GUI，工作量也不大。這同時(shí)也是提高可測試性的手段之一，當(dāng)然還有其它一些附加好處。

　　所以即使你采用 QT 或者 GTK+ 等跨平臺(tái)的 GUI 設(shè)計(jì)軟件界面，分離界面表現(xiàn)與內(nèi)部邏輯也是非常有用的。若做到了以上兩點(diǎn)，程序的可移植性基本上有保障了，其它的只是技術(shù)細(xì)節(jié)問題。

　　2、事先熟悉各目標(biāo)平臺(tái)，合理抽象底層功能。

　　這一點(diǎn)是建立在分層設(shè)計(jì)之上的，大多數(shù)底層函數(shù)，像線程、同步機(jī)制和 IPC 機(jī)制等等，不同平臺(tái)提供的函數(shù)，幾乎是一一對(duì)應(yīng)的，封裝這些函數(shù)很簡單，實(shí)現(xiàn) Adapter 的工作幾乎只是體力活。

　　然而，對(duì)于一些比較特殊的應(yīng)用，如圖形組件本身，就拿 GTK+ 來說吧，基于 X Window 的功能和基于Win32的功能，兩者差巨大，除了窗口、事件等基本概念外，幾乎沒有什么相同的，如果不事先了解各個(gè)平臺(tái)的特性，在設(shè)計(jì)時(shí)就精心考慮的話，抽象出來的抽口在另外一個(gè)平臺(tái)幾乎無法實(shí)現(xiàn)。

　　3、盡量使用標(biāo)準(zhǔn) C/C++ 函數(shù)。

　　大多數(shù)平臺(tái)都會(huì)實(shí)現(xiàn) POSIX（Portable Operating System Interface）規(guī)定的函數(shù)，但這些函數(shù)較原生（Native） 函數(shù)來說，性能上的表現(xiàn)可能較次一些，用起來也不如原生函數(shù)方便。

　　但是，最好不要貪圖這種便宜而使用原生函數(shù)函數(shù)，否則搬起的石頭最終會(huì)軋到自己的腳。比如，文件操作就用 fopen 之類的函數(shù)，而不要用 CreateFile 之類的函數(shù)等。

　　4、盡量不要使用 C/C++ 新標(biāo)準(zhǔn)里出現(xiàn)的特性。

　　并不是所有的編譯器都支持這些特性，像 VC 就不支持 C99 里面要求的可變參數(shù)的宏，VC 對(duì)一些模板特性的支持也不全面。為了安全起見，這方面不要太激進(jìn)了。

　　5、盡量不要使用 C/C++ 標(biāo)準(zhǔn)里沒有明確規(guī)定的特性。

　　比如你有多個(gè)動(dòng)態(tài)庫，每個(gè)動(dòng)態(tài)庫都有全局對(duì)象，而且這些全局對(duì)象的構(gòu)造還有依賴關(guān)系，那你遲早會(huì)遇到麻煩的，這些全局對(duì)象構(gòu)造的先后順序在標(biāo)準(zhǔn)里是沒有規(guī)定的。在一個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行正確，在另外一個(gè)平臺(tái)上可能莫明其妙的死機(jī)，最終還是要對(duì)程序作大量修改。

　　6、盡量不要使用準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。

　　有些函數(shù)大多數(shù)平臺(tái)上都有，它們使用得太廣泛了，以至于大家都把它們當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)了，比如 atoi（把字符串轉(zhuǎn)換成整數(shù)）、strdup（克隆字符串）、alloca（在棧分配自動(dòng)內(nèi)存）等等。不怕一萬，就怕萬一，除非明白你在做什么，否則還是別碰它們?yōu)楹谩?/p>

　　7、注意標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的細(xì)節(jié)。

　　也許你不相信，即使是標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，拋開內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不論，就其外在表現(xiàn)的差異也有時(shí)令人驚訝。這里略舉幾個(gè)例子：

　?。?） int accept（int s， struct sockaddr *addr， socklen_t *addrlen）;addr/ addrlen本來是輸出參數(shù)，如果是 C++ 程序員，不管怎么樣，你已經(jīng)習(xí)慣于初始化所有的變量，不會(huì)有問題。如果是 C 程序員，就難說了，若沒有初始化它們，程序可能莫名其妙的 crash，而你做夢也懷疑不到它頭它。這在 Win32 下沒問題，在 Linux 下才會(huì)出現(xiàn)。

　　（2）int snprintf（char *str， size_t size， const char *format， 。..）;第二個(gè)參數(shù)size，在 Win32 下不包括空字符在內(nèi)，在 Linux 下包括空字符，這一個(gè)字符的差異，也可能讓你耗上幾個(gè)小時(shí)。

　?。?） int stat（const char *file_name， struct stat *buf）;這個(gè)函數(shù)本身沒有問題，問題出在結(jié)構(gòu) stat 上，st_ctime 在 Win32 下代表創(chuàng)建（create）時(shí)間，在 Linux 下代表最后修改（change）時(shí)間。

　?。?）FILE *fopen（const char *path， const char *mode）;在讀取二進(jìn)制文件，沒有什么問題。在讀取文本文件可要小心，Win32下 自動(dòng)預(yù)處理，讀出來的內(nèi)容與文件實(shí)際都長度不一樣，在 Linux 則沒有問題。

　　8、小心數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型。

　　不少人已經(jīng)吃過 int 類型由 16 位轉(zhuǎn)變成 32 位帶來的苦頭，這已經(jīng)是陳年往事了，這里且不談。

　　你可知道 char 在有的系統(tǒng)上是有符號(hào)的，在有的系統(tǒng)是無符號(hào)的嗎？你可知道 wchar_t 在 Win32 下是 16 位的，在 Linux 下是 32 位的嗎？你可知道有符號(hào)的 1bit 的位域，取值是 0 和 -1 而不是 0 和 1 嗎？這些貌合神離的東東，端的是神出鬼沒，一不小心著了它的道。

　　9、最好不要使用平臺(tái)獨(dú)有的特性。

　　比如 Win32 下 DLL 可以提供一個(gè) DllMain 函數(shù)，在特定的時(shí)間，操作系統(tǒng)的 Loader 會(huì)自動(dòng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)。這類功能很好用，但最好不要用，目標(biāo)平臺(tái)可不能保證有這種功能。

　　10、最好不要使用編譯器特有的特性。

　　現(xiàn)代的編譯器都做很人性化，考慮得很周到，一些功能用起非常方便。像在 VC 里，你要實(shí)現(xiàn)線程局部存儲(chǔ)，你都不調(diào)用 TlsGetValue /Tls TlsSetValue 之類的函數(shù)，在變量前加一個(gè) __declspec（ thread ） 就行了，然而盡管在 pthread 里有類似的功能，卻不能按這種方式實(shí)現(xiàn)，所以無法移植到 Linux 下。同樣 gcc 也有很多擴(kuò)展，是在 VC 或者其它編譯器里所沒有的。

　　11、注意平臺(tái)的特性。

　　比如：在 Win32 下的 DLL 里面，除非明確指明為 export 的函數(shù)外，其它函數(shù)對(duì)外都是不可見的。而在 Linux 下，所有的非 static 的全局變量和函數(shù)，對(duì)外全部是可見的。這要特別小心，同名函數(shù)引起的問題，讓你查上兩天也不為過。 （1）目錄分隔符，在 Win32 下用’//’，在 Linux 下用’/’。

　?。?）文本文件換行符，在 Win32 下用’/r/n’，在 Linux 下用’/n’，在 MacOS 下用’/r’。

　　（3）字節(jié)順序（大端/小端），不同硬件平臺(tái)的字節(jié)順序可能不一樣。

　?。?）字節(jié)對(duì)齊，在有的平臺(tái)（如x86）上，字節(jié)不對(duì)齊，無非速度慢一點(diǎn)，而有的平臺(tái)（如arm）上，它完全用錯(cuò)誤的方式去讀取數(shù)據(jù)，而且不會(huì)給你一點(diǎn)提示。若出問題，可能讓你一點(diǎn)頭緒都沒有。

　　12、最好清楚不同平臺(tái)的資源限制。

　　想必你還記得 DOS 下同時(shí)打開的文件個(gè)數(shù)限制在幾十個(gè)的情形吧，如今操作系統(tǒng)的功能已經(jīng)強(qiáng)大多了，但是并非沒有限制。比如 Linux 下的共享內(nèi)存默認(rèn)的最大值是 4M。

　　若你對(duì)目標(biāo)平臺(tái)常見的資源限制了然于胸，可能有很大的幫助，一些問題很容易定位。

　　可移植性的問題決不限于以上幾種，一方面，即使以前遇到過的問題，部份已經(jīng)忘記了。

　　另外一方面，還有很多未知的問題，根本沒有遇到過。這里算是拋磚引玉吧，請大家補(bǔ)充。

　　編輯：黃飛