浅谈C++最佳异步范式

「C++老仙，法力无边，攻无不克，战无不胜！」—— 来自一名C++杂兵

CPS+Monad

• future/promise+then链：过去式，eager模式，类型擦除
• std::exectution：未来式，lazy模式，类型安全

类型安全的收益

保留了完整的编译期信息，利于优化，函数容易内联，可以避免动态内存分配，性能上限高。

类型安全的代价

Monad会导致产生大量复杂的中间类型，类型嵌套可能非常深，这些类型是又广又深，人和编译器都表示压力很大啊！实践起来还是需要一些类型擦除！

能不能避免CPS或Monad？！

协程！启动！

• 有栈协程：不同指令集的平台需要适配，大多有现成，可以直接copy，栈大小需要权衡，太大了浪费内存，太小了容易爆栈，函数调用照常，协程切换稍慢，适合CPU密集任务
• 无栈协程：类型擦除，默认动态分配，链式维护父子调用，原始调用栈丢失，调试麻烦，链式返回比普通函数返回慢，且调用开销比普通函数大，调用链越长则开销越多，但是协程切换快，适合IO密集任务

无栈协程有传染性？

先手动狗头，TCP还会粘包呢！协程调用普通函数，再想通过该普通函数再调协程？可是普通函数不能直接暂停和恢复啊，CPS和协程总要选一个吧？再换个角度，普通函数的栈在哪里，有栈协程怎么就没有这个问题？那是因为用有栈协程，普通函数就已经获得了随时暂停和恢复的能力。

std::execution可以把有栈和无栈协程也纳入进去啊？可是……实现太复杂了，只想用协程！可是……单一种类的协程不够用？那把有栈和无栈协程混合起来！可是……fork和join不好用，想要when_all和when_any之类的组合子怎么办？Monad又回来了！

能统一吗？

就像物理学家想找到统一万物的理论一样，程序员也在不断地尝试找到各种问题的统一方案，但是统一和谐的外表下通常隐藏着复杂和冲突，你以为你开的是一辆汽车，可是某一天他开始变身，成了一个变形金刚，此刻才发觉自己竟从未驾驭！试问，万物统一理论会是弦论吗？异步的最佳范式会是std::execution吗？

异步的最佳范式是什么？协程也不是不能用！

运行时多态的最佳范式是什么？虚函数也不是不能用！

错误处理的最佳范式是什么？错误码也不是不能用！

……

现代C++已经被函数式玩坏了，CPS和Monad这些函数式语言的基础操作，怎么到了C++里面实现起来就这么复杂？因为C++的元编程是被发现而不是设计好的，几乎没法打直球，所有的代码生成和类型计算都需要以一种间接且蹩脚的函数式编程来实现，函数式再叠函数式可不得让人抓狂！

Monad需要用到product type、sum type等基础设施，以std::variant为例，试问有办法不通过递归union得到一个支持任意个数类型且能编译期使用的实现吗？线性递归union导致模板类实例化太深！那改成二叉树形式递归能降低实例化深度吗？于是，绞尽脑汁，写了一段难以维护的代码，所幸，还是收获到了编译速度的提升，输入更多的类型编译器也不罢工了，此时，你获得了短暂的颅内高潮，再点上一只烟，贤者真身现！编译期有那么重要吗？写个只支持运行时的丐版也不是不能用！

C++26能带来希望的曙光吗？

也许吧！到时候，std::execution会获得代码的简化，编译速度的提升，但是会好多少，不能确定，让我们拭目以待！但无论如何，Monad带来的问题都不会消失！C++的类型系统非常强大，但又十分复杂，先借用《SICP》里的一句话：

「The evaluator, which determines the meaning of expressions in a programming language, is just another program.」

解释器或编译器也不过是另外一种程序，再借用《黑客与画家》的“格林斯潘第十定律”：

「任何C或Fortran程序复杂到一定程度之后，都会包含一个临时开发的、只有一半功能的、不完全符合规格的、到处都是bug的、运行速度很慢的Common Lisp实现。」

在C++里面使用元编程，首先的体验就是编译缓慢，然后容易遇到的现象就是，当前编译器版本有Bug，需要升级到更新的版本，或是遇到3大编译器表现不一致，一个能编译通过，另外一个又编译报错，此时不得不尝试规避，奇迹淫巧又增加了！有时候不禁让人联想，在C++编译器里面塞一个优化好的Lisp解释器做编译期计算能不能行？

追寻各自的光

std::execution在大多数人的手里都是变形金刚，很酷，但难以驾驭，在少数人手里是高达，能运用自如。我们必须考虑当下，考虑语言和编译器的限制，考虑自己的使用场景，大多数时候，ASIO或者Folly够用了，再想简化，自制协程库也不是不行，毕竟C++里面的每个语言特性，以及每个库，不理清其实现原理，不尝试copy一遍，用出问题也很正常！然后，有的人骑自行车，有的人开高达，合适的才是最佳的，在C++的世界里，分裂才是常态，但我们都在追寻各自的光！