C++ 從基礎到精通 — 第 23 講

本部落格文章以教學為目的撰寫。 內容可能有誤，請搭配目標編譯器與標準函式庫文件確認。

精通不是堆滿高階語法，而是能以可重現證據說明需求、生命週期、失敗與效能。最後專案將整個系列整合為非同步資源串流系統。

Capstone 契約

request → 去重 → 讀檔 → decode → GPU upload → cache
             │       │             │
          取消/錯誤 worker pool   主執行緒邊界

• 同一資源鍵的並行請求共享一個操作。
• 所有等待者都取消時停止不必要工作。
• 檔案 bytes、decode buffer 與 GPU 物件有明確所有者。
• Worker 結束後 callback 不得接觸已銷毀狀態。
• 保留錯誤類別與是否可重試。
• 以代表性 workload 測量時間、記憶體與配置目標。

讓依賴向內

include/streaming/     公開契約、handle、錯誤型別
src/core/              狀態機與去重
src/io/                檔案系統 adapter
src/decode/            圖像 decoder adapter
src/gpu/               render-thread adapter
tests/                 單元、整合與 race 測試
benchmarks/            可重現 workload

核心狀態機不直接依賴圖形 API 或檔案系統，而是接收小型介面或受限型別，測試則注入可決定順序的 fake。

Header 中的 inline 函式與模板必須在每個 translation unit 保持等價定義。改變公開物件 layout 或虛擬函式順序可能破壞 ABI，因此 shared library 邊界需要版本與重建政策。

用工具重現失敗

-fsanitize=address,undefined -fno-omit-frame-pointer
-fsanitize=thread

AddressSanitizer 協助找出生命週期與越界錯誤，UndefinedBehaviorSanitizer 回報多類 undefined behavior，ThreadSanitizer 尋找 data race。ASan 與 TSan 通常使用不同建置，平台支援也不同。

必要失敗測試包含空檔、損壞資料、取消與完成競爭、重複請求、worker 結束及 allocator 耗盡。使用 barrier、fake executor 與可控制 callback，而不是依賴 sleep。

Profile 用來驗證假設

記錄 CPU、OS、編譯器版本與選項、輸入、命令、重複次數和原始結果。除了平均值，也檢查 p50/p95 latency、peak memory、配置次數與 throughput。

從 profile 選一個瓶頸，一次只改一項，再比較正確性與資源。std::move、自訂 allocator 與 lock-free 結構都需要證據。

完成條件

• 以圖說明所有權與 thread affinity。
• 每個工作都有成功、失敗、取消與關閉路徑。
• 用自動測試與 Sanitizer 檢查 race 和生命週期錯誤。
• 從乾淨環境重現 configure、build、test。
• 以 ADR 保存前後數據、捨棄方案與限制。

精通 C++ 不是背下語言所有角落，而是用型別表達值與資源生命週期，控制並行與失敗邊界，並根據編譯器、測試、Sanitizer 與 profiler 的證據持續修正設計。