现代 C++ 开发【转载】

现代 C++ 开发

https://github.com/NotfriendAtAll/Modern-cpp-create/tree/main

目录

• 现代 C++ 开发
  • Complier&&IDE
    • 一 主流编译器特性支持（C++23）
    • 二 IDE 与编辑器推荐
    • 三 提升开发效率的插件
  • 工具链
    • 一 常用工具链以及包管理
      • 2. 构建与包管理
    • 二 CMake
    • 1. 预编译头文件 (CMake):
    • 3. AddressSanitizer 启用:
    • 4. CMake集成Google Test
    • 三 .clang-format
    • 四 Google Benchmark集成
    • 五 .clangd配置 (支持C++20+)
    • 六 项目脚手架推荐
    • 八 VSCode配置建议(非必要)
  • 三 额外开发建议
    • 一 modern cpp-优化
    • 二 调试
    • 三 性能优化套件
  • 现代cpp库
    • • 1. 基础工具库
      • 2. 并发与异步
      • 3. 网络与序列化
      • 4. GUI 与可视化
      • 5. 数学与科学计算

Complier&&IDE

一 主流编译器特性支持（C++23）

编译器	安装命令/获取方式	C++23 支持状态	特色优势
GCC 13+	sudo apt install gcc-13 g++-13	支持 20+部分特性, 等	跨平台性好，标准支持激进
Clang 16+	sudo apt install clang-16	支持 std::print,	错误信息最友好，编译速度快
MSVC 2022	Visual Studio Installer	支持 import std; 部分 range 特性	Windows 深度集成，调试体验最佳

多编译器测试建议：

# CMakeLists.txt 中配置
set(CMAKE_CXX_STANDARD 23)
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)

# 命令行编译测试
cmake -B build -G Ninja -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++-16
cmake -B build -G "Visual Studio 17 2022" -A x64

二 IDE 与编辑器推荐

1. Visual Studio 2022 (Windows)

   • 必装插件：--> 个人选择
     • ReSharper C++（代码分析/重构）
     • VAX（HLSL 支持）
     • Test Adapter（Google Test 集成）

2. CLion (跨平台)

   • 优势：深度整合 CMake，内置内存分析器
   • 技巧：开启 Settings | Build | CMake | C++20 Modules 支持

3. Qt Creator (跨平台)

   • 特别适合嵌入式开发：内置 QML 调试器，Perf 分析支持

三 提升开发效率的插件

插件类型	推荐工具	功能亮点
静态分析	Clang-Tidy	实时代码检查，支持自定义规则
	Cppcheck	低误报率的内存错误检测
代码导航	Ctags / GNU Global	快速跳转到定义
	Doxygen Graphviz	可视化类关系图
性能分析	Hotspot (Linux)	perf 数据可视化
	vTune (Intel)	CPU 微架构级分析
内存调试	Dr. Memory (跨平台)	比 Valgrind 更快的内存检查
	heaptrack (Linux)	堆内存分配可视化

---

工具链

一 常用工具链以及包管理

1. 常用工具

工具	用途	安装方式
clang-tidy	静态分析	apt install clang-tidy
include-what-you-use	头文件检查	apt install iwyu
cppcheck	代码质量检查	apt install cppcheck
gdb/lldb	调试器	apt install gdb lldb
valgrind	内存分析	apt install valgrind

2. 构建与包管理

工具	类型	特点
CMake	构建系统	现代项目标配
vcpkg	包管理	Microsoft 开源，1500+ 库
Conan	包管理	去中心化，支持自定义仓库
xmake	构建系统	国内ruki开发，简单高效

二 CMake

1. 预编译头文件 (CMake):

target_precompile_headers(my_target PUBLIC
  <vector>
  <memory>
  <string>
)

3. AddressSanitizer 启用:

target_compile_options(my_target PRIVATE -fsanitize=address,undefined)
target_link_options(my_target PRIVATE -fsanitize=address,undefined)

4. CMake集成Google Test

cmake_minimum_required(VERSION 3.14)
project(MyProject)

# 自动下载GoogleTest
include(FetchContent)
FetchContent_Declare(
  googletest
  GIT_REPOSITORY https://github.com/google/googletest.git
  GIT_TAG release-1.14.0
)
FetchContent_MakeAvailable(googletest)

# 创建测试可执行文件
add_executable(tests
  test/main_test.cpp
)

# 链接GTest
target_link_libraries(tests
  PRIVATE
  gtest_main
  gmock
)

# 添加测试
include(GoogleTest)
gtest_discover_tests(tests)

测试示例 (test/main_test.cpp):

#include <gtest/gtest.h>

TEST(MathTest, Addition) {
  EXPECT_EQ(2 + 2, 4);
}

int main(int argc, char** argv) {
  ::testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
  return RUN_ALL_TESTS();
}

---

三 .clang-format

Google风格配置:

BasedOnStyle: Google
AllowShortFunctionsOnASingleLine: Inline
ColumnLimit: 120
DerivePointerAlignment: false
PointerAlignment: Left

Microsoft风格配置:

BasedOnStyle: Microsoft
AccessModifierOffset: -4
ColumnLimit: 120
Cpp11BracedListStyle: true

使用方式：

# 格式化单个文件
clang-format -i main.cpp

# 格式化整个项目
find . -name '*.cpp' -o -name '*.h' | xargs clang-format -i

find /path/to/source_dir -maxdepth 1 -type f \( -name "*.cpp" -o -name "*.h" \) -exec clang-format -i {} \;

• 使用此命令可以更快捷的格式化文件

四 Google Benchmark集成

CMake配置:

FetchContent_Declare(
  benchmark
  GIT_REPOSITORY https://github.com/google/benchmark.git
  GIT_TAG v1.8.0
)
FetchContent_MakeAvailable(benchmark)

add_executable(benchmarks bench/main.cpp)
target_link_libraries(benchmarks PRIVATE benchmark::benchmark)

基准测试示例:

#include <benchmark/benchmark.h>

static void BM_StringCreation(benchmark::State& state) {
  for (auto _ : state) {
    std::string empty_string;
  }
}
BENCHMARK(BM_StringCreation);

static void BM_StringCopy(benchmark::State& state) {
  std::string x = "hello";
  for (auto _ : state) {
    std::string copy(x);
  }
}
BENCHMARK(BM_StringCopy);

BENCHMARK_MAIN();

五 .clangd配置 (支持C++20+)

.clangd 配置文件:

CompileFlags:
  Add: 
    - -std=c++23
    - --include-directory=${workspaceFolder}/include
  Remove: -W*
Diagnostics:
  ClangTidy:
    Checks: >
      *,
      -llvm-header-guard,
      -google-readability-todo
Index:
  Background: Build

• 我自己使用的

CompileFlags:
  Add:
    - "-std=c++2b"        # 使用 C++23 标准
    - "-stdlib=libstdc++" # 使用 GCC 标准库
    - "-I/usr/include/c++/14.20"
    - "-I/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/14.20"
    - "-Iinclude"
    - "-Ithird_party/include"
    # 移除 "-fsyntax-only" 和 "-std=c20"

  # 强制覆盖所有文件的标志（覆盖 compile_commands.json）
  CompilationDatabase: true

六 项目脚手架推荐

1. 现代 CMake 模板：

   git clone https://github.com/friendlyanon/cmake-init
   cmake-init --project myproj
   

2. Conan 包管理示例：

   # conanfile.py
   class MyProject(ConanFile):
       settings = "os", "compiler", "build_type", "arch"
       requires = "fmt/10.1.0", "range-v3/0.12.0"
       generators = "CMakeDeps"
   

3. VSCode 开发容器模板(非必要)：

   // .devcontainer/devcontainer.json
   {
     "image": "mcr.microsoft.com/devcontainers/cpp:ubuntu-22.04",
     "customizations": {
       "vscode": {
         "extensions": ["ms-vscode.cpptools-extension-pack"]
       }
     }
   }
   

八 VSCode配置建议(非必要)

settings.json:

{
  "clangd.arguments": [
    "--background-index",
    "--clang-tidy",
    "--header-insertion=iwyu"
  ],
  "C_Cpp.default.cppStandard": "c++23",
  "editor.formatOnSave": true
}

三 额外开发建议

一 modern cpp-优化

1. C++ Modules 工作流

   # CMake 3.28+ 支持
   set(CMAKE_EXPERIMENTAL_CXX_MODULE_DYNDEP 1)
   set(CMAKE_EXPERIMENTAL_CXX_SCANDEP_SOURCE "")
   
   add_executable(myapp)
   target_sources(myapp
     PUBLIC FILE_SET all_my_modules TYPE CXX_MODULES FILES
       src/module1.ixx
       src/module2.ixx
   )
   

2. 编译缓存加速

   # 使用 ccache 加速重复编译
   sudo apt install ccache
   cmake -B build -DCMAKE_CXX_COMPILER_LAUNCHER=ccache
   

3. 预编译头优化

   # 现代 CMake PCH 配置
   target_precompile_headers(my_target PUBLIC
     <vector>
     <memory>
     <string>
     "common.h"
   )
   

4. Docker 开发环境

   FROM ubuntu:22.04
   RUN apt update && apt install -y clang-16 cmake ninja-build
   COPY . /app
   WORKDIR /app/build
   RUN cmake -G Ninja -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++-16 ..
   

5. 代码质量工具

工具	用途	集成方式
clang-tidy	静态分析	VS Code/CLion 内置
Cppcheck	静态分析	低误报率内存检查
include-what-you-use	头文件优化	减少编译依赖
pre-commit	Git 钩子管理	提交前自动检查

6. 性能分析工具

工具	平台	特点
Tracy	跨平台	实时性能分析
Hotspot	Linux	perf 数据可视化
vTune	跨平台	Intel 深度性能分析
heaptrack	Linux	堆内存分配分析

二 调试

1. 反向调试 (rr)

   rr record ./myapp   # 记录执行
   rr replay           # 反向执行调试
   

2. 实时内存分析

   // 在代码中嵌入检查点
   #include <mcheck.h>
   int main() {
     mcheck_pedantic(NULL);  // 开启内存追踪
     // ... your code ...
     mcheck_check_all();     // 主动检查泄漏
   }
   

3. 崩溃自动分析

   # 生成 core dump
   ulimit -c unlimited
   ./crash_app
   
   # 使用 gdb 分析
   gdb ./crash_app core -ex "bt full" -ex quit
   

三 性能优化套件

工具组合	适用场景	命令示例
Perf + FlameGraph	CPU 热点分析	perf record -g; ./flamegraph.pl > out.svg
heaptrack + hotspot	内存分配优化	heaptrack ./myapp; hotspot heaptrack.myapp.*.gz
gbench + compare.py	版本间性能对比	benchmark/tools/compare.py benchmarks master.json new.json

现代cpp库

1. 基础工具库

库名	用途	特点	安装方式
fmt	格式化输出	替代 iostream，性能提升 5-10 倍	vcpkg install fmt
range-v3	范围操作	C++20 Ranges 的参考实现	conan install range-v3/0.12.0
abseil	Google 基础库	提供容器、字符串等高性能组件	git clone --depth=1
Boost	全能工具箱	ASIO/Beast 等明星子库	sudo apt install libboost-all-dev

2. 并发与异步

库名	特点	适用场景
libunifex	C++23 执行器实现	异步编程的未来标准
Folly	Facebook 高性能库	并发数据结构、异步IO
HPX	并行计算框架	科学计算、分布式系统

3. 网络与序列化

库名	协议	特点
Boost.Beast	HTTP/WebSocket	基于 Asio 的高性能实现
cpp-httplib	HTTP 客户端/服务端	单头文件，零依赖
protobuf	二进制序列化	跨语言高效数据交换
msgpack-c	二进制序列化	比 JSON 更小更快

4. GUI 与可视化

库名	平台	特点
Dear ImGui	跨平台	即时模式 GUI，开发工具神器
SDL2	跨平台	游戏/多媒体开发基础
Magnum	跨平台	现代 OpenGL 封装

5. 数学与科学计算

库名	领域	特点
Eigen	线性代数	表达式模板，极致优化
OpenCV	计算机视觉	工业级图像处理
Dlib	机器学习	人脸识别、图像处理