如何对遗留 C++ 代码进行现代化改造？

C++ 在过去的十年中进步很大，以至于有些人把它看作是一种完全不同的语言，而不是“老旧的遗留 C++”。尽管现代 C++ 依然保留了与原来的准则和基本语法，但这些更新和进步对 C++ 语言和标准库意义重大。

不过，也不是每个人都在使用最新版本的你。诚然，根据 Jetbrains 2021生态系统调查，大多数项目和公司已经颇有进步，并不断向更新的语言规范迈进。不过，尽管 C++ 20 已经发布，但调查中仍有 12% 的开发者使用 C++98/03，40% 的开发者“卡在”C++11上，而绝大多数（42%）的开发者使用 C++17。

图片来源 : Jetbrains 2021生态系统调查

调查数据清楚地展现了，在大多数情况下，开发者和公司并不会迅速升级到最新语言，就算升级，也不会立马更新到最新的 C++ 20，而是选择 C++ 14 或 C++ 17。这样说来，目前使用 C++ 17 的群体还算是个例外，因为他们迫切地想要升级到 C++ 20。

图片来源 : Jetbrains 2021生态系统调查

为什么需要选择更新的版本呢？

使用现代C++版本的理由很多：

• 语法更新，代码库功能更全，编码的可能性更丰富，也意味着代码可能更优质，性能更强大。
• 使用成为标准库中部分的标准和功能，而不是使用外部库，让代码维护更简单，开发者之间进行代码转换更方便。
• 跟上最新趋势，开发者喜欢不断进步。你当然也不希望团队落后，不然他们会寻找其他项目。
• 尽管没有定论，但一般来说，老旧的语言版本，意味着语言无法跟上操作系统和编译器版本发展。因此，这反过来增加额外的兼容性和安全性风险。

为什么企业中的代码语言发展滞后？

公司仍然使用旧版本语言（甚至还有 C++ 98/03 或 C++ 11）的主要原因，是编译器还支持这些语言。如果你的产品依赖于某一确切的操作系统，可能这个操作系统是你安装的一部分。但这个系统缺乏一个现代的 C++ 编译器，那么问题就很容易出现。

另一种情况是，升级代码库很麻烦，且不值得，因为产品是一个老旧的遗留产品。有时候，公司也没有人力能够去开展这类升级，而且，升级也有风险。

但不论原因为何，语言版本滞后迟早都是个问题。因为，你会慢慢积累技术债务，代码也变得过时。假设你要开发一个新的特性，或者修复一个缺陷，你会因为旧的遗留 C++ 版本代码“卡”住，进退两难。这些旧的版本让你无法使用许多现代 C++ 代码用例，你也无法使用现代 C++ 语法库和实用程序。

既然我们了解了升级到现代 C++ 的重要性，现在，我们来讨论迁移的路径。

迁移策略：从传统 C++ 升级为现代 C++，保持系统完好无损

第一个障碍可能是操作系统。旧版本的操作系统可能带有不支持现代 C++ 的C++ 编译器。例如，旧版 VxWorks 仅支持旧版 WindRiver Diab 编译器，这个编译器支持 C++03，但不支持 C++11。在当前的 VxWorks 版本中，Diab 编译器是以 LLVM 为基础的，支持现代 C++ 版本。此外，VxWorks 的较新版本还支持 GNU 和 ICC 编译器。要使用这两个编译器的任何一个，你都要先升级操作系统，如果你使用的是旧版的 VxWorks，这是项目的自身需求。这只是一个例子，其他遗留环境也会出现类似的操作系统障碍。

有时你也需要支持旧版的操作系统，可能客户有需求，或者因为你需要用旧的硬件设备。管理客户需求，宣布软件产品的终结，这些不在本文内容范围之内，但我想提醒的是，这也是一个必经的过程。

如果在迁移到新环境后，还必须支持旧操作系统和旧编译器，那么你可以将新旧环境共享的代码进行隔离，让这些代码保持原样，同时迁移与新环境相关的部分。

如果你正在转换操作系统或编译器，你的第一步是在新的操作系统（如果需要的话）上用新的编译器编译代码，而不改变 C++ 版本。在用更新的 C++ 版本进行编译之前，编译器的简单更改可能会引发一些需要后续进行修复的问题。这些问题通常是因为不同编译器在各方面的要求不同。一些编译器可能对某些方面更宽松，但另一些编译器可能更严格，这些差异会引发编译错误，需要后续修复。你可以使用错误标志（例如删除，-pedantic 或 -Wall）来避免这类错误，同时在项目中添加一个注释，说明这些错误标志将在后面重新添加。

旁注：如果你的项目使用的是静态或动态代码库，无论是内部还是外部代码库，如果这些库是使用旧版编译器编译的（尤其是使用另一个编译器），那么就可能会出现兼容性问题。ABI（应用程序二进制接口）可能会中断，这可能需要你使用新的编译器重新编译相应的代码库。

如果你使用的是同一操作系统和编译器，但只需升级 C++ 版本，接下来要做的是是设置适当的标志，让构建使用更高级的C++版本（例如，-std=C++17）。因为 C++ 版本大多是向后兼容的（在少数情况下，语言本身可以进行错误修复，要求更改不是向后兼容），所以代码只能按原样编译。但是，如果编译器在某些方面要求更加严格，如有些代码之前不算错误，但现在却算作错误，那么可能会引发编译问题。同样，你可以删除一些错误标志来避免这些问题，这通常属于迁移项目管理的内容，帮你将所需的修复推迟到后面的阶段。

一旦你的项目编译并运行新的 C++ 版本，你就可以长舒一口气了。不过，也不能高兴得太早。接下来是全面认证的步骤，要确保所有产品都能正常工作。在另一个环境中重建代码，导致行为改变，其中可能的原因多种多样。所有这些都是源自隐藏在代码中的缺陷，而这些缺陷现在慢慢显现出来。可能与未定义行为代码有关，因为不能代码行为无法确定最终导致错误；或者因为一些未定义行为代码，导致编译器选择了特定的行为，但在后续更改编译器时，编译行为发生改变。如果你的应用程序是多线程的或基于计时的，则在重建后，一般需要更改计时。环境中的任何微小变动，都会引起新的竞争条件和数据竞争，这些竞争关系可能以前只是隐藏在代码中。

完整的认证之后，一切才真正开始：你的代码可以以更新的C++ 版本进行编译、运行和工作。

你可能已经享受到了升级的快乐。例如，即使代码没有任何更改，从 C++ 98/03 升级到 C++ 11 或更高版本，使用 Rvalue 和移动语义的标准库容器可能会更高效！为了充分利用升级的优势，你也希望使用高级 C++ 特性。不过，问题在于从哪里入手。

再小的增量改变，都需要一个理由

如果它能正常运行，那么没有理由去改变它，尽量别碰它。

• 在将所有回路更换为以范围为基础的回路之前，请按兵不动。
• 不要急于用 auto 定义所有变量声明。
• 先将新算法添加到标准库，替换现有循环。
• 没必要将所有旧分配转移到智能指针。

我的建议是，在添加新特性或修复缺陷时，在代码中首先找到最有利的更改，然后非常小心地更改其他地方。例如，如果是从 C++ 98／03 升级到 C++ 的任何更新版本， 其中最有利的更改，以及最需要搜索查看的地方包括：

• 不在零规则下的类（如，它们具有用户定义的复制构造函数、赋值运算符或析构函数），并且可以通过移动构造函数和移动赋值运算符获得性能增益。
• 在不使用 std:：move 的情况下，移动数据结构的位置（当然，添加 std:：move 时应非常小心，并且仅在相关的情况下）。
• 将对象传递给数据结构，并将其放入数据结构中的位置。
• 尽量将外部库替换为内部标准库，降低对外部库的依赖性。

不论什么时候，更改都需要代码审查。即使开发者觉得并没有做什么重大更改，但所有更改都有一定风险，需要进行审查。

慢慢地向现代 C++ 的新特性转移，在很长一段时间内，代码会处于一种很奇怪的状态，有时在完全相同的文件中，部分是新的代码，部分则看起来过时了。但没关系，罗马也不是一天建成的。

总结

只要你有一个活跃的 C++ 项目，那么向现代 C++ 版本迁移就是必经之路。落后的版本将不断产生技术债务，你不能使用新的 C++ 语法，也无法利用现代版本的外部代码和库。另外，你也会发现，你的开发者流失率会很高，因为开发者总是希望开展新的项目，使用更新的语法和工具。

我们讨论了解决迁移项目的策略。你应该记住，这是一个需要身体力行的项目，不是一个副业，也不是一个下午就完成的事情。你需要周密的计划和明确的目标。如果做得好，则所有的担心都不会实现。

需要记住的一点是，仅仅迁移到一个更新的语言版本是不够的。如果团队不知道如何正确使用现代 C++ 的特性和能力，那么语言的错误使用也将引发更多问题，或者因各种琐碎的使用细节导致工作效率低下。

在迁移项目期间，需要进行很多构建。你需要开展大量编译，大部分情况下，我们需要先修复再重新编译。然而，所有这些构建和编译都需要时间，因此项目进展可能会有所延迟。关键时刻，就需要 Incredibuild 发挥功效。使用Incredibuild 构建加速服务，你可以更快、更好地完成这样的版本迁移。当然，Incredibuild 还有更多优秀的功能，如果你还没有使用过，那它肯定能为你提供一个好的用例。

最后，如果你决定迁移到现代 C++，那就勇敢点。直接跳转到 C++20，即使你的编译器仅部分支持 C++ 20，也是值得的。所有新的 C++ 版本都有很多新的惊喜，C++ 20 带来了四个重大的改变：概念、模块、范围和协程。

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