这两天抽空在审校邓际锋（soloist）先生翻译的Bjarne Stroustrup为Embedded software and systems. 2005写作的《 Abstraction and the C++ machine model》一文。结合自己一段时间的C++培训经验，对C++的抽象有了更多的思考，在此作一简单总结，与朋友们交流。

为了将问题谈清楚，首先来谈谈抽象（Abstraction）这个词，wikipedia对Abstraction有如下解释：

Abstraction is the process of reducing the information content of a concept, typically in order to retain only information which is relevant for a particular purpose.

简单来说，就是“去粗取精”，或者“去不相关，取相关”。

这“一去一取”的目的何在？wikipedia也给了很好的解释：

Complexity reduction

Abstraction typically results in complexity reduction leading to a simpler conceptualization of a domain in order to facilitate processing or understanding of many specific scenarios in a generic way

总体而言，前面摘自wikipedia的两段话非常扼要地说明了“抽象”在我们认识事物过程中所扮演的关键角色——推开来说，人对世界的认识，实际上就是一个不断“抽象”的过程。“抽象”的力量普遍存在于各种学科，各个领域中。当然，具体到各个学科领域还是有一些具体的差别。

好，下面来具体谈谈C++中的抽象，或者说编程语言的抽象。从最根本性的目的来言，计算机就是对人的一种抽象——当然Turing的这个美好愿望要靠程序员来慢慢实现。编程语言在这个过程中扮演的角色就是将 “计算机容易理解的东西”抽象为“人容易理解的东西”。结合目前主流的编程语言（C++, C#, Java, VB.NET 等），举些例子具体来谈其中的抽象，就是让程序员：

基本的编程抽象
* 忘掉数据（无论对象/指针/引用）在内存中的地址，将精力集中在数据所表达的类型实例概念上

面向过程编程的抽象
* 忘掉函数调用的压栈/出栈细节，将精力集中在函数之间的调用关系上

基于对象编程的抽象
* 忘掉对象中数据成员（字段）的内存布局，将精力集中在数据成员对对象状态的表达上
* 忘掉对象中函数成员（方法）的绑定机制以及this指针，将精力集中在函数成员对对象行为的表达上 

面向对象编程的抽象
* 忘掉类继承下子类对象中数据成员的内存布局，将精力集中在继承所带来的子类化的概念上
*忘掉虚函数相关的虚表vTable结构，将精力集中在虚函数所带来的动态多态的概念上 

泛型编程的抽象
* 忘掉模板的各种编译与绑定机制，将精力集中在用一组抽象的概念来表达一组类型的需求条件上

面向组件编程的抽象
* 忘掉组件平台背后的元数据等机制，将精力集中在组件化模块所表达的黑盒概念上

这些“忘掉…而将精力集中在…上”的“抽象”放到C#, Java, VB.NET 等其他语言中，很多程序员都可以轻易做到——换句话说，可以不关心“各种抽象背后所映射的底层机器模型”，只关心语言表达的“抽象”，而照样开发出合格甚至优秀的程序。这样，这些语言下的程序员基本上遵循下面的学习路径，就可以成为一个合格的程序员：

掌握语言语法构造–>掌握设计思想（即抽象）–>开发应用程序 或者 程序库

但是如果放到C++，一个程序员无论如何不能够做到“忘掉…而将精力集中在…上”的“抽象”，否则连写出哪怕是正确运行的程序都很难。一个合格的C++程序员必须遵循下面的学习路径：

掌握语言语法构造–>掌握各种抽象所映射的底层机器模型–>掌握设计思想（即抽象）–>开发应用程序 或者 程序库

这就是C++中“抽象”的问题！C++程序员无法摆脱“各种抽象所映射的底层机器模型”而将精力单独集中于“抽象”上——换句话说，C++的抽象性和它的底层性是C++的一体两面，不能够像其他语言一样轻易分开。

那么是什么导致了C++这种独特的“不够彻底的抽象”呢？这种“不够彻底的抽象”到底有什么优劣呢？

Bjarne Stroustrup 在《 Abstraction and the C++ machine model》一文中重复了他在设计C++时一贯的哲学：

* 在切实可行的最高抽象层次上编程 Work at the highest feasible level of abstraction

所谓“切实可行”就是不损及效率，灵活，管理……简单地说就是C++希望在获得“抽象”的同时，仍然尽可能地不损失任何效率。C++一路发展过来，确实达到了这个目标。这正是C++“不够彻底的抽象”之原因。

这种“不够彻底的抽象”当然为C++赢得了巨大的成功，使得C++成为系统级软件的首选语言，是任何其它一门语言都无法望其项背，参见这些重量级的软件http://public.research.att.com/~bs/applications.html。

但这也使得C++在程序员圈子里一直是公认的难学难用。孟岩在C++开源程序库评话（节选） 中谈到用C++写优秀的程序库非常难这一事实。可惜只谈了“难”的结论，没有谈“难”的原因。事实上，C++并不仅仅在写程序库时难，用C++写应用程序同样不会轻松–相对其他语言而谈，只是C++写程序库要同时考虑的“抽象性和底层性”思维力度更大罢了。所有的根源都在于C++这种“不够彻底的抽象”。

我不知道“C++的抽象性和底层性这种一体两面的紧密结合”会在多大程度上损伤C++程序员学习的积极性，并从而影响C++应用的popularity，以及影响软件项目的质量和进度。 但至少对于目前希望成为C++程序员的朋友来讲，必须认识到“需要同时掌握C++语言抽象性和底层性”这个事实，才能将C++彻底掌握好，这也是我在目前不管是给企业，还是个人学员讲授C++培训课程时经常强调的。

当然，C++社区也意识到了这个问题，C++0x 也确立了一项“同时为专家和新手提供支持”的原则，参见Bjarne Stroustrup在去年C++软件技术大会上的发言《C++0x概览》。但是从目前来看，这个原则贯彻的并不能令人满意。例如，我不太相信如果一个C++程序员不清楚理解指针，对象，模板，concept（C++0x中的新东西）等所映射的底层机器模型，就能够轻松写出Bjarne在《C++0x概览》一文中最后演示的那个draw_all()的例子——虽然Bjarne Stroustrup期望所有C++程序员都认为它“如此简单！”

也许我们本来就不应该对C++期望太多，既想让它有极致的效率来构造系统软件，又想让它有纯然的抽象来满足变化无常的一般性软件开发——世界上好像没有十全十美的事情，当然也没有十全十美的语言:)