第十三號艦隊
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volatile最早出現在C語言。之後C++，Java，C#都沿用了這個關鍵字，不過語義大不相同。

C / C++

volatile一開始的用途就是用來作Memory Mapped I/O用的。看看以下程式碼

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static int foo;
void bar(void) {
    foo = 0;
    while (foo != 255)  ;
}

聰明的Compiler在做最佳化的時候，大概會變成這個樣子。

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void bar_optimized(void) {
    foo = 0;
    while (true)  ;
}

Compiler跟CPU只會保證執行上下文結果是正確的，foo在這邊沒有被改變，所以foo != 255永遠為true，所以就變成無窮迴圈了。如果外界改變了foo的值，整個迴圈也有可能不會結束。 因此volatile因此而生。
自從Multithread跟Multiore programming逐漸風行之後，大家都想找到一個比lok跟輕量化的解決方案。因此valatile又被考慮了。
至於這方面晚點在說，先來說Java的volatile。

Java / C Sharp

Java由於是跑在Virtual Machine上，所以所設計理念必須超越特定硬體規格。 Java Memory Model定義，一個Thread讀取一個變數時，會存在Thread的Local Spaee上運作，等到運算過後，找到是當實機再將值寫為全域空間。因此如果兩個Thread對同一個變數操作的話，可能有不可預期的結果。

以下這段Code哪裡有問題？

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public class RedPimple extends Thread {
	private boolean done;
	private int value;
	@Override
	public void run() {
		while (!done) //A
			Thread.yield();
		System.out.println(value); // D
	}
	public void done() {
		done = true;
	}
	public void setValue(int value) {
		this.value = value;
	}
	public static void main(String[] args) {
		RedPimple r = new RedPimple();
		r.start();
		r.setValue(1);  // B
		r.done(); // C
	}
}

上面Code有兩個Thread，Main Thread跟r。在Main Thread那邊進行value跟done的修改，不一定會被r thread所看到。因此可能會無法結束，或是value為0的情況發生。不過這樣子在寫MultiThread的時候還是有所欠缺。拿最多人討論的https://www.youtube.com/watch?v=1j_mpwKmlJg來說，因此改變了JDK5之嘔的Memory Model，也跟著啟發了C/C++11的Memory Model。
為什麼以下這段Code是錯的

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class Foo { 
  private Helper helper = null;
  public Helper getHelper() {
    if (helper == null) // A
      synchronized(this) {
        if (helper == null) 
          helper = new Helper();
      }    
    return helper;
    }
  // other functions and members...
  }

其中的helper = new Helper()其實是以下述句組成。

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Allocate memory to tmp  // B
Invoke Helper constructor from tmp // C
Assin helper to tmp; // D

在JDK5之前，沒有任何保證以上的述句會按照想像的順序執行，就算編譯器繞路避掉，CPU也有本事做同樣的事，可能C的執行順序在D之後。當一個Thread先執行D，卻捱沒初始化完成，另一個Thread剛好跑到’A’的點，拿到一個可能有問題的物件。就出事了。
因此語言創造者提出了Happens-Before Relation Model。主要的兩點是，每個語言的作法不盡相同，不過大都依循Acquire and Release Semantics來發展。 Java的volatile就擁有Acquire and Release Semantics。而兩者的定義如下：

A read-acquire executes before all reads and writes the same thread that follow it in program order
A write-release executes after all reads and writes by the same thread that precede it in program order

也就是兩種特殊的Memory Fence，看圖比較容易理解。

依照Program Order來看，在Read-acquire Fence後的讀寫不允許在Fence之前執行，不過在此之前的讀寫允許放到Fence之後進行。
依照Program Order來看，在Write-acquire Fence後的讀寫不允許在Fence之後執行，不過在此之後嘔讀寫允許放到Fence之前進行。

Java修改了Memory model，因此可以保證上面的B和C一定會在D之前執行完畢。而在另一個Thread執行到A時，所拿到的helper是正確初始化的。

Visual C++從2005之後對volatile加上了Acquire and Release Semantics，不過這編有個VC失敗的範例，未來可能會修正吧。

Visual C++對volatile做了語義上的拓展，不過GCC跟Clang沒有，所以你不能保證任哦東西。
至於C11跟C++11，則是另起爐灶，用之前介紹的Atomic funtions來做，可以參考這篇。

C#的用法就跟Java差不多了，有興趣的襪可以參考Volatile keyword in C# – memory model explained。

寫道這邊已經語無倫次了，搞懂這些還真是複雜。

Referene:

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在關注C++11的食嘔，發現C11標準也在2011年同時發佈。
目前C11的支持肚兜不太夠，因此我是用Pelles C測試。
C11的寫法，相關的資料可以參考[Threads in the new ISO C Standard from 2011](Threads in the new ISO C Standard from 2011)。

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#include <stdatomic.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	_Atomic(int) i = ATOMIC_VAR_INIT(0); //	atomic_init(&i, 0);
	atomic_fetch_add_explicit(&i, 1, memory_order_relaxed);
	return 0;
}

C++11的寫法，可以參考Atomic operations library

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#include <atomic>
std::atomic<int> sharedValue(0); // std::atomic_init(&sharedValue, 0);
// std::atomic<int> sharedValue = ATOMIC_VAR_INIT(0); 跟上面效果一樣
int main()
{
	sharedValue.fetch_add(1, memory_order_relaxed);
  return 0;
}

看起來峎像，只是C++11的寫法是使用template來表示。不過更具彈性，如果你有一個HugeObject的類別，你可以透過atomi<HugeObject>來達成Atomic operation，裡面用個Mutex來保護。

至於C11跟C++11的Memory Model從Java那邊得到啟發而修改，那就是另外一個大故事了。有空在寫。

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auto

雖然在C語言的時候就有auto關鍵字了，不過現在已經很少使用。
C++11重新給予auto新的語意。可以在編譯的時候進行型別推導，因此你可以這樣寫

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int i = 0;
auto j = 0;

不過用在這裡太大材小用了，可能簡單的東西變得更難看懂。通常都是這麼使用

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vector<int> vec;
vector<int>::iterator it1 = vec.begin();
auto it2 = vec.begin();

使用auot的寫法更容易看懂，當vec的型別要從int改成double時，it1的型別需要修改，而it2則是編譯器幫我們推導，少了可能的錯誤。
C++11又新增了一種Reutrn Value Syntax
原本的函數寫成

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int add2(int a, int b);

現在可以寫成

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uto add2(int a, int b) -> int;

看了別人的分析之後，我才發現這樣寫的好處。
假設我們現在有個類別Person

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class Person {
public:
        enum PersonType {
                Child,
                Adult,
                Senior
        };
        void SetPersonType(PersonType t);
        PersonType GetPersonType();
private:
        PersonType type_;
};
void Person::SetPersonType(PersonType t) {
        type_ = t;
}
PersonType Person::GetPersonType() {
        return type_;
}

GetPersonType會編譯不過，因為外界不知道PersonType是什麼，必須改成這樣

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Person::PersonType Person::GetPersonType() {
        return type_;
}

當然，改成這樣就不用這麼麻煩了

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auto Person::GetPersonType() -> PersonType {
        return type_;
}

有了decltype之後，城市就能這樣寫了

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template <typename Builder>
auto
makeAndProcessObject (const Builder& builder) -> decltype( builder.makeObject() )
{
    auto val = builder.makeObject();
    // do stuff with val
    return val;
}

新的Return Value Syntax也應用在Lambda Expression上，有機會再說吧。

decltype

decltype跟auto算是一體的兩面，auto是可以用來宣告指定類型的變數，而decltype是得到某個變數的類別。

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int i = 0;
decltype(i) j = i; // auto j = i;

auto兩三事

auto裡面還是有些陷阱，對reference跟pointer的行為不同。
看看以下的code

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tatic int foov = 0;
static int barv = 1000;
void showfoo()
{
        cout << "foo's value = " << foov << endl;
}
void showbar()
{
        cout << "bar's value = " << barv << endl;
}
int& foo()
{
        return foov;
}
int* bar()
{
        return &barv;
}
int main()
{
        showfoo();
        auto v1 = foo();
        v1 = 1;
        showfoo();
        auto& v2 = foo();
        v2 = 2;
        showfoo();
        showbar();
        auto p1 = bar();
        *p1 = 1001;
        showbar();
        auto *p2 = bar();
        *p2 = 1002;
        showbar();
}

執行結果如下

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foo's value = 0
foo's value = 0
foo's value = 2
bar's value = 1000
bar's value = 1001
bar's value = 1002

可以看到auto在對reference的時候預設是Value Type，必須手動加上&才能拿到Reference。而Pointer就一視同仁。
看起來還真不協調 _。

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在網路上看到這篇，做一下自己的筆記

替代，新增指定內容的字串到文件

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$ echo "Line 1" > file

新增字串到檔案最尾端

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$ echo "Line 2" >> file

清空檔案內容

將檔案內容全部清空，檔案大小歸零，以下兩種作法效果是一樣的。不過第二種比較容易看懂。

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$ > file
$ cat /dev/null > file

讀取一行資料

可以用以下方式讀取出來

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$ read -r line < file

這個方式會將頭尾的空白去掉，且保留字串中的反斜線(-r)。
如果要設定IFS的話，可以順便切割赤串。

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$ cat "1, 2, 3" > file
$ IFS=', ' read -r first second third < file

Read前面的IFS只影響當前的read指令，執行完之後恢復原狀。
原作中所說的

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$ echo "              Emptry                        End" > file
$ IFS= read -r line < file
$ echo ${line}
Emptry End

保留空白一點效果都沒有，只好寫成這個樣子

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$ SAVEIFS=$IFS
$ IFS=
$ read -r line < ttt
$ echo ${line}
              Emptry                        End
$ IFS=$SAVEIFS

另外也可以用這種寫法

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$ line=${head -1 file}
$ line=`head -1 file`

也可以這樣寫

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$ IFS= line=${head -1 file}
$ IFS= line=`head -1 file`

這邊的IFS就正常了，應該是Bash的Bug吧@@。

讀取文件的每一行

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$ while IFS= read -r line; do
		# do something with ${line}}
  done < file

另一種寫法，利用pipe來做

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$ cat file | while IFS= read -r line; do
    # do something with ${line}}
  done

隨機讀取檔案的任合一行

同樣的，達成這樣功能也是有很多作法，例如使用Process substitution建立一個匿名pipi。

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$ read -r random_line < <(shuf file)
$ read -r random_line < <(sort -R file)

上面的shuf是用來此亂檔案中美一行的排列順序，而取打亂檔案的第一行。不然可以用sort -R代替。
同樣的也可以使用Pipe來達成工作。

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$ random_line=$(sort -R abcd | head -1)

讀取前三個字串

假設目前檔案內容是aaa bbb ccc ddd eee。我們可以用

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$ read -r var1 var2 var3 throwaway < file

如果不在var3後面加個變數的話，var3的內容救變成ccc ddd eee了。
如果你根本不關心throwaway內容的話，可以寫成

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$ read -r var1 var2 var3 _ < file

如果檔案內容是aaa bbb的話，var3的內容就是空的。

讀取一個文件檔有幾行，幾個單字，字元數目

同樣的，以上面aaa bbb ccc ddd eee為範例。基本上就是上面的技巧，加上wc的輸出結果。wc的用法google一下即可。

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$ read -r lines words chars _ < <(wc abcd)

直接從字串中讀取資料

假設我們現在有個字串$info叫做`20 packets in 10 seconds”，如何取出packets跟time。
使用awk的作法會是

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$ packets=$(echo $info | awk '{ print $1 }')
$ time=$(echo $info | awk '{ print $4 }')

透過Here strings跟read指令可以寫的更輕鬆

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$ read packets _ _ time _ <<< $info

獲得檔案的大小

一樣是wc的用法，只不過現在只需要char count。

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$ size=$(wc -c < file)

從文件路徑獲得文件名稱根目錄資訊

看起來很襖，不過實際上使用有其侷限。假設我們現在的路徑名稱是/path/to/file.ext，接著我們可以透過parameter expansion來擷取。

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$ dirname=${path%/*}
$ filename=${path##*/}

不過檔案路徑改成非path開頭的，filename的定義也要跟著修改。

快速拷貝/搬移文件

透過Brace expansion，可以方便我們做這件事。

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$ cp /path/to/file{, _copy}  // cp path/to/file path/to/file_copy
$ mv ~/work{, _backup}

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每次更新的時候，都會塞了一堆重複的Image/Headers/Modules在系統裡面。如何移除他們

Ubuntu

請參考這邊作法

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$ dpkg -l 'linux-*' | sed '/^ii/!d;/'"$(uname -r | sed "s/\(.*\)-\([^0-9]\+\)/\1/")"'/d;s/^[^ ]* [^ ]* \([^ ]*\).*/\1/;/[0-9]/!d' | xargs sudo apt-get -y purge

CentOS

我是參考這篇作法

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## Install yum utils ##
$ yum install yum-utils
 
## Package-cleanup set count as how many old kernels you want left ##
$ package-cleanup --oldkernels --count=2

Linux的指令真的非我強項啊。看的眼花蓮亂，有時間在研究。

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前一篇還是漏掉一些東西，因此才有這篇的存在。

Delegating constructors

在其他程式語言行之有年的玩意，終於加入C++11了。

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class Num {
        double v;
public:
        Num(int v_) : Num((double)v_) {}
        Num(double v_) : v(v_) {}
};

Raw String literals

也是在其他程式語言行之有年的觀念

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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
        string normal_str = "First line.\nSecond line.\nEnd of message.\n";
        string raw_str = R"(First line.\nSecond line.\nEnd of message.\n)";
        cout << normal_str << endl;
        cout << raw_str << endl;
        return 0;
}

執行結果是

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First line.
Second line.
End of message.

First line.\nSecond line.\nEnd of message.\n

在Raw String中的特殊符號都不會被處理。

static_assert

在C++98的時代，就已經有Boost.StaticAssert和Loki library可以在編譯期找出可能的錯誤。這項特色終於被加入語言之中。

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static_assert( constant-expression, string-literal );
static_assert(sizeof(void *) == 4, "64-bit code generation is not supported.");

而沒有這項特色的C語言，就只能使用Stackoverflow的方式來做。

nullptr

原本NULL的定意識

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#ifndef NULL
	#define NULL 0
#endif

當如果有兩個同名函數

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void foo(int) {}
void foo(void *) {}
foo(NULL); // Compile error
foo(nullptr); // foo(void *)

不過實際使用上，NULL比nullptr更顯眼，畢竟目前對nullptr做Syntax highlight的editor還不多。

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儲存了一堆文件，消化一下。

Default template arguments for function templates

以下這個程式碼，在C++98是不可行，但是C++11可以的。

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template <typename T = int> void Foo(T t = T())
{
}
Foo(12L); // Foo<long>
Foo(10.1); // Foo<double>
Foo('A'); // Foo<char>
Foo(); // Foo<int>

根據Stackoverflow的說法，可以寫類似這樣的Code>

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template <typename Iterator, typename Comp = std::less<Iterator>>
void sort(Iterator beg, Iterator end, Comp c = Comp()) {
}

不過當Function Template在Argument deduction時，可能會有以下的問題。

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template <typename B, typename T = int>
void Bar(B b = B(), T t = T()) {}
Bar(10); // Bar<int, int>
Bar(10L); // Bar<long, int>
Bar(10L, 20L); // Bar<long, long>
Bar(); // Compile error, couldn't deduce template parameter ‘B’

同樣的在Function Template overload的時候，也是地雷區。

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template <typename T = int> void Foo(T t = T()) {}
template <typename B, typename T = int> void Foo(B b = B(), T t = T()) {}
Foo(12L); // Compile error, ‘Foo(long int)’ is ambiguous 
          // void Foo(T) [with T = long int] and void Foo(B, T) [with B = long int; T = int]
Foo(); // Compile OK, choose the first function

C++真是細節有夠多的程式語言。

Explicit conversion operators

在C++98的時候，explicit能做的就只有這樣。

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class Test1 {
public:
        explicit Test1(int) {}
};
Test1 t1(10);
Test1 t2 = 20; // compile error

而對這樣的處理無能為力。

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class Test1 {
public:
        explicit Test1(int) {}
};
class Test2 {
        int x;
public: 
        Test2(int i) : x(i) {}
        operator Test1() { return Test1(x); }
};
Test2 t1 = 10;
Test1 t2 = t1;

t2被偷偷轉換成Test1類型而無法輕易發現，在C++11之後，增加了這樣的能力。

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class Test2 {
        int x;
public: 
        Test2(int i) : x(i) {}
        explicit operator Test1() { return Test1(x); }
};
Test2 t1 = 10;
Test1 t2 = (Test1)t1;
Test1 t3 = t1; // Compile error

不過bool算是例外。

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class Test3 {
public:
        explicit operator bool() { return true; }
};
void Foo()
{
        Test3 t3;
        if (t3) {
        	// if constructor's bool conversion is treated as explicit.
        }
        bool b = t3;  // Compile error
}

Initializer lists and Uniform initialization syntax

在C語言可以這樣寫沒問題

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int a[] = {1, 2, 3};

不過在C++98，用std::vector的時候，就只能寫成這樣。

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std::vector<int> a;
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(3);

支援Initializer lists之後，終於可以寫出比較美觀的程式碼

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std::vector<int> a = {1, 2, 3};

你也在自己的城市中使用Initializer lists，如下：

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template <typename T>
void print(const initializer_list<T>& nums)
{
        for (auto num : nums)
                cout << num << endl;
}
print({1, 2, 3, 4});

既然有了Initializer lists之後，C++11更進一步將Initialization簡化，使用同樣的語法來做初始化。
Case 1:

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struct C
{
        int a;
        int b;
        C(int i, int j) {}
};
C c {0,0}; //C++11 only. Equivalent to: C c(0,0);

Case 2

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int* a = new int[3] { 1, 2, 0 }; //C++11 only

Case 3

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struct X {
        int a[4];
        X() : a{1,2,3,4} {} //C++11, member array initializer
};

Case 4:

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struct C
{
        int a = 7; //C++11 only
};

更進一步，將Initializer list和 Uniform initialization雙見合併。

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map<string, string> singers ={ {"Lady Gaga", "+1 (212) 555-7890"},
                               {"Beyonce Knowles", "+1 (212) 555-0987"}};

這樣的程式碼易讀許多。

Posted on Edited on In ,

Agner Fog最近更新了他的Software optimization resources。
之前在Corel的時候也有參考過這邊的文件。不過離開那邊之後就沒碰過Assembly了。

不過Optimizing software in C++: An optimization guide for Windows, Linux and Mac platforms這篇文件可以看看。
這年頭自己寫Assembly的人越來越少，除了是大師之外，沒有把握比Compiler做的更好。