可移植性是可靠性

任何熟悉我的开源工作的人都知道我的工作的重点是在可移植性上，但最近对我来说，很多人可能不知道为什么。

Hedley - 一个C / C ++标题，让您利用所有平台（旧标准，C与C ++，不同编译器，旧编译器等）可能无法使用的功能，而不会创建硬依赖性。

便携式代码段 - 织放相关模块的集合，旨在提供对不同功能的相对便携式的访问。例如，内置模块包含编译器特定内置/内部的便携式实现，例如__builtin_ffs和_bitscanforward。

SIMDE - 对于目标不受本地支持它们的目标的SIMD API的实现（例如，编译在霓虹灯上编写的SSE编写的代码），并且还有很多跨编译器的微小差异。

Salieri - Microsoft源注释语言（SAL）的包装器，您可以使用SAL，而不会在Microsoft的编译器中创建硬依赖性。

TinyCthread - 一个图书馆，我维护（虽然最初创建），它实现了C11线程API，它在POSIX和Windows线程API上易于使用ZHARTACITON层。

我已发布用于安装Intel C / C ++编译器的脚本（当您需要处理许可证密钥时，在Oneapi安装琐碎的keial和free之前），NVCC（以前PGI），TI编译器在CI平台上。

我可以继续前进，但希望你明白点：我花了，并继续花费，很多时间和能量制作软件便携式。这是一个并不总是，甚至通常，易于做的事情。

这是一个妙语：我不对便携性深入关心。至少没有编译器的可移植性;我在一组有限的架构上关注宽程度的可移植性（目前大多数x86_64，aArch64，webassembly，电源以及范围RISC-V和S390x）。当然，我编写开源代码，所以人们可以使用它，所以支持，例如，msvc意味着我代码的更广泛的潜在用户群，这是很大的，但这不是我尝试支持msvc的主要原因，而且它肯定不够有理由忍受MSVC的废话。

在为生产目的构建代码时，我真的不会使用克朗和通用通讯社以外的任何东西。我不使用Windows，我讨厌Visual Studio，我发现很难在礼貌公司中表达MSVC的看法（虽然最后添加C11支持大大改进了东西）。支持MSVC对我来说是一个巨大的烦恼，所以为什么要烦恼？

编译器的可移植性是一个终端的手段，而不是本身的结束。我真正关心的是写可靠的软件。而且，由于我大多数在C中编写软件，写入可靠的软件是一个非琐碎的任务。实际上，“非琐碎”是轻描淡写：它在极度困难和不可能之间的某个地方。

幸运的是，工具可以提供帮助。很多。几乎每个人都知道（或者至少应该知道）在开发期间逐起来的编译器警告是一个基本的必要性;如果你没有至少使用-wall，那么你就是错误的。 -Wextra（GCC）和-Weverything（Clang）更好，尽管你最终必须处理相当数量的误报......学会这样做，值得。

克朗的诊断倾向于捕捉到GCC捕获的超级赛，但GCC也捕获了一些铿cl的东西;想想一个圆形的venn图，其中一个圆越大，大多数与较小的圆圈重叠。这两者都是一个好主意。我强烈建议您在CI中执行此操作，以确保每次提交都会通过两个编译器，并启用所需的警告，并添加-Werror将这些警告转换为错误。您还应该添加各种消毒器，以及在GCC上的Clang和-Fanalyzer上的Scan-Build。

修复所有警告克朗和GCC发出的是一个很好的开始，但仍有更多的错误才能被抓住！就像gcc和clang支持不同的诊断，msvc也是如此。 MSVC上的/ W4大致类似于-Wextra在GCC上或 - 在Clang上的所有事情，它可以捕获GCC和Clang的很多问题。如果您可以通过GCC，Clang和MSVC运行代码，您将能够在到达用户之前找到并修复更多错误。

如果这对MSVC打扰的原因是不够的，您应该知道它还包括一个奇妙的静态分析仪，类似于扫描 - 构建或-FANALYZER。 imho很容易成为他们编译器的最佳部分。当然，这可能不是一个特别高的酒吧，但我保证真的很好......在我的经验中，它比克朗和GCC的静态分析仪更好，但不如覆盖物的东西。

可悲的是，移植到MSVC往往比在GCC和Clang之间移植更多的工作。 Hedley可以帮助很多，便携式代码段可以提供帮助，并且有很多小抽象库我没有写它可能是非常有帮助的，但赔率非常好，你将结束一些#ifdefs没有你做了什么。

其他编译器怎么样？好吧，他们都抓住了不同的问题。有很多重叠，大部分时间都有一个流行的编译器也会抓住同样的问题，但并非总是如此。例如，Oracle Developer Studio和（至少一些）TI编译器包括可以检查Misra C违规的代码。

不幸的是，为了利用所有这些伟大的工具，您的代码需要在相关编译器上工作。如果您的代码不编译MSVC，良好运气将从静态分析仪中获取任何东西。同样，如果您无法在CLANG上编译代码，则扫描构建不会工作。

它不仅仅是静态分析。通常只是编译和运行您的代码，其他地方可以揭示可能纠正休眠的问题。例如，在Simde中，几乎每个功能都在一个简单的循环上最坏的情况下掉回。添加两个双精度浮点值的向量可能如此如此（简化为清楚起见）：

for（size_t i = 0; i＆lt;（r.f64）/ sizeof（r.f64 [0]）; i ++）{r.f64 [i] = a.f64 [i] + b.f64 [一世];}

for（size_t i = 0; i＆lt;（r.f32）/ sizeof（r.f32 [0]）; i ++）{r.f64 [i] = a.f64 [i] + b.f64 [一世];}

在Simde的（相当广泛的）CI测试中，几个编译器点击了这种情况。他们乐于编译代码，它跑得很好。然后msvc失败。我审查了日志，将我指向代码中的相关位置，我很快修复了这个问题，而不会击中默认分支。它发生在我的设置中的其他编译器中，但有一个很好的机会，有人称之为来自其他地方的函数将最终崩溃或（更差）默默错误的数据。

这绝不是一个独特的例子;我经常编写在本地工作的代码，并且在CI上传递大多数配置，仅适用于其他CI配置来捕获该问题。通常这是我的错误，但我也发现了令人惊出的规律性的编译错误。

就像其他编译器一样可以帮助您捕获不同的错误，其他体系结构可以这样做。

一个很好的例子是识别别名违规行为。我不会在这里解释混叠;如果您尚未熟悉该问题，我记得严格的别名是信息性的。什么是严格的混叠规则，为什么我们关心？在C中严格的混叠规则，例子也看起来很好，至少基于非常快速的撇击。

X86_64非常容易宽容侵权（因为它是极其容忍未对准的访问）。 MSVC甚至更加。这意味着在那里有很多代码，通常无意中依赖于别名，这很容易返回以后咬你。仅仅因为您的代码适用于一个编译器的特定目标，某些编译器标志并不意味着如果更改任何这些事情，它将继续工作。

如果您想摆脱潜在的混叠错误，那么可以在ARMv7上运行代码的好方法。 ARMv7架构相对挑剔地对未对准数据相对挑剔，因此在AARCH64或X86上工作正常的代码通常会因侵权而导致ARMv7崩溃。即使您的代码在练习中永远不会在ARMv7上运行，在您的CI设置中也非常值得。无人机提供ARMV7和AARCH64硬件，如果您的代码是开源，您可以免费使用它，但即使只是交叉编译到ARMV7并在QEMU运行您的测试套件，也可以揭示很多问题。

现在，你可能会告诉自己，你永远不会在armv7上运行你的代码，所以为什么要打扰？ x86 / x86_64和aarch64似乎一切似乎都可以，这就是你所感兴趣的，所以为什么要去寻找麻烦？

让我告诉你一个故事。这不是事物盛大方案的主要事件，但这是一个非常好的例子。我认为这是一个相当形成的时刻，在我自己的发展中作为程序员，希望其他人也可以从中学习。

2015年，我正在进行大量的数据压缩（南瓜），我注意到了使用LZ4时的崩溃。在某些测试之后，我意识到仅在GCC 5（而不是早期版本）上发生的崩溃，并且仅在-O3（或 - 循环 - Vectorize和-Fvect-Cost-Model中，其中包括在-O3中，经过）。 LZ4当时非常熟悉，我认为这个问题是GCC中的错误。毕竟，早期版本工作，代码是相同的，而且硬件，操作系统和其他一切都一样。崩溃与崩溃的唯一差异是编译版本。

我向GCC提出了一个错误，分钟后，一些GCC开发人员开始看它（侧面注意：GCC开发人员在我的经验中非常有帮助，响应和专业人士。事实证明，BUG在LZ4中，其中违反了别名，触发了一个错位的访问，这导致了崩溃。

如果需要，您可以阅读错误报告;如果你真的不明白为什么别名违规是一个问题，这是一个非常简单的介绍。这是一个重要的教训，但对我来说，它真的驱动了一个更重要的课程：因为你的代码在目标时在一个版本的编译器中工作时，在定位特定架构时并不意味着它将继续在下一个版本中工作。当您依靠未定义的行为时，所有投注都已关闭。人们喜欢说它可以格式化你的硬盘，显然是那个夸张（虽然技术上是真的），但这是一个实际发生的事情的一个好的，真实的例子。

编译器可以（和do）假设未定义的行为是您的代码不依赖它。换句话说，它可以假设未定义的行为无法访问。在这种情况下，由于X86上的64位整数的对准要求（_alignof（int64_t））是8个字节，因此编译器可以假设您永远不会尝试访问与8字节边界不对齐的数据取消引用指向64位整数的指针。从编译器的角度来看，这意味着发射更快的代码是安全的，这假设指向64位整数的指针是对齐的。

您可能知道，编译器一直在添加新的优化。这是一件好事;如果您不得不完成超越重新编译的任何工作，您的代码往往会变得更快。在这种情况下，新的优化“破坏”代码正在工作。当然，代码已经被打破了，但自从它之前工作以来很难知道。

在这种情况下，我争辩说出最佳结果之一：代码崩溃了。是的，崩溃很好。崩溃你知道有些事情出了问题。这是一个比你的数据默默地损坏的更好的结果，而且没有你知道你的结果不正确。唯一比崩溃更好的是编译时错误。

在更新编译器时捕获了这里的错误，交换架构也可以捕获许多错误。当我在ARMv7上开始测试时，我发现SIMDE中发现了大量的别名侵权行为，当我修复他们时，其他架构似乎莫言多重崩溃，特别是在更高的优化水平。 Simde运行的事实并进行了测试，ARMv7意味着代码在所有架构上更可靠，包括X86_64，AARCH64，POWER，S390x等。

捕获错误的另一个伟大诀窍是一个大型内心架构，如S390x（ARM和PPC也支持大endian，但小endian更常见）。如果使用错误类型操作数据，请在大型内部机器上运行您的测试套件，通常会使问题变得非常明显，因为结果可能是垃圾。如果您无法访问S390x（谁？），QEMU的S390X实现非常出色。

WebAsseMbly除了作为自己的权利中越来越重要的目标之外，往往很擅长捕获界限。即使在addresssanitizer完全沉默时，我还有代码触发D8中的崩溃。

最近有很多焦点，用更安全的语言更换C和C ++，如Go和Rust。我不反对那个; C和C ++通常在今天开始新项目时通常不是正确的选择。也就是说，现在在C / C ++中写了很多代码，它不会很快就会消失。部分解决方案肯定是从C / C ++过渡，但另一部分正在寻找改进C / C ++的方法。你可以称之为“把猪灰嘴上放在猪上”，“把柠檬变成柠檬水”，或只是“必要的邪恶”，但有必要。

Linus Torvalds曾经有着名的话说，“给予足够的眼球，所有的虫子都很浅”。虽然历史并不一定地对此断言善良，但我认为这很清楚，如果我们考虑编译器，静态分析仪，集成测试和其他工具（隐喻）眼球，那么接受本声明的真实性变得更容易;也许不是所有的虫子都很浅，但大部分会变得不那么深。

编写可靠的软件，尤其是语言如C和C ++，是一个非常艰难的问题。您需要所有的帮助，尤其是可以自动化的那种，所以它只是在后台静静地运行，直到它发现问题。这种帮助是比人类更可靠，更便宜，更便宜，更可扩展。

不幸的是，没有一个工具是完美的。最好的选择是深度防守;使用尽可能多的工具，尽可能多地捕获尽可能多的问题。如果你写一个错误，希望你的编译器会抓住它。如果您的编译器错过了它，希望其他编译器（或旧的编译器或更新的编译器）将捕获它。如果其他编译器错过了，希望静态分析仪会抓住它。如果静态分析仪错过了它，希望有一个消毒剂会抓住它。如果Sanitizers错过了，希望其他硬件会抓住它。

可移植性不是答案; 我不认为有一个答案。 然而，可移植性是帮助编写可靠的软件的重要工具，因为他们将其视为最终而不是一种手段。 有时候可移植性是最终目标，但它也是一个更重要的结束的手段：可靠性。 使用尽可能多的工具意味着确保您的代码尽可能多的地方工作。 换句话说，可移植性是可靠性。 编辑：关于Twitter的一些讨论可能对某些人有趣。