C++，这门由 Bjarne Stroustrup 在贝尔实验室孕育而生的编程语言，自 1979 年诞生以来，便以其高效与强大抽象能力并重的特点，成为了系统软件开发的基石语言。从那时起，每一次 C++ 的迭代与升级，都承载着解决当前时代问题的使命。
如今，站在新的历史节点上，C++ 之父在「2024 全球 C++ 及系统软件技术大会」主会上再度强调：C++ 将继续演进，以解决新时代所面临的全新挑战。
紧随 C++ 之父的步伐，本次大会分论坛汇聚了国内外 C++ 及系统软件领域的顶级专家，共同探索 C++ 在不同技术方向上所面临的复杂问题与解决之道：
放眼全球，以 Adobe、英伟达和 Meta 为代表的一线技术专家带来了关于 C++ 程序库优化、并行编程、指针管理等关键议题的深刻解析，深入探讨如何在 C++ 中实现高效的设计与优化；
聚焦国内，阿里云开发工程师许传奇、系统内核专家张银奎与 Boolan 首席咨询师吴咏炜等业界翘楚，也围绕编译技术、应用移植以及函数式编程等话题展开讨论，着眼于 C++ 在现代软件开发中的多样化应用和技术革新。
那么接下来，让我们一同聆听他们对于 C++ 不同方向问题的独到见解，共同探讨 C++ 在新时代背景下的崭新机遇与挑战。
Adobe 首席科学家、C++ 标准委员会委员 David Sankel——《开发高质量 C++ 程序库：来自 Beman 项目的见解》
作为 Adobe Software Technology Lab 的首席科学家，David Sankel 的团队被任命负责探索未来十年软件开发实践。在这场演讲中，他以新成立六个月的 Beman 项目为例，分享了开发高质量 C++ 库的最佳实践经验。
“支持高效设计和采用最高质量的 C++ 标准库”——这是 Beman 项目的核心使命。为实现这一目标，项目通过实际的实现经验、用户反馈收集和技术专业知识三个方面开展工作。目前，项目已经推出了多个可用的库，包括实现 C++26 std::optional 扩展的 Beman Optional 26，用于 UTF 转码的 Beman UTF View，以及简化标准迭代器创建的 Beman Iterator Interface。同时，In-place Vector、Beman Execution 26 和 Beman Net 29 等库也正在开发中。
“当你面对一个空白目录时，要如何开始创建一个新的 C++ 项目？” Sankel 道出了许多开发者的困扰。互联网上充斥着各种互相矛盾的建议，有的带有平台特定的偏见，有的源于不同的开发文化。为应对这些挑战，Beman 项目提出了两个核心原则。
第一个原则是采用行业标准技术。“在有行业共识的最佳实践上，我们应该加以利用，” Sankel 说，“创新工具和风格并不是我们的目的。” 项目团队通过数据驱动决策，例如从 isocpp.org 年度调查中发现 CMake 占据 83% 的市场份额后，将其确定为标准构建系统。这一选择也从 Boost 项目汲取了教训——自研工具往往难以推广，最终徒增维护负担。
第二个原则是建立欢迎和包容的社区。为了获得广泛而有用的反馈，项目致力于为使用、审查和贡献创造畅通的途径。有趣的是，对于代码风格这类品味问题，项目采用了一个独特的方案：指定一位同事负责所有风格决定，避免在非关键问题上消耗时间。
这些原则在 beman.exemplar 项目模板中得到了具体体现。项目采用清晰的目录结构，使用标准的工具链进行开发，并建立了完善的开发环境配置。特别值得一提的是自动化工具的应用，如使用 pre-commit 工具实现提交前检查，以及引入 ReviewDog 实现自动代码审查，这些都极大地提升了开发效率。
“Beman 项目代表了我们对于新 C++ 项目最佳实践的理解，” Sankel 在总结时说，“但这些实践会随着业界的发展而不断进化。”通过 discourse.bemanproject.org 和 GitHub，项目持续收集社区反馈，不断完善这套实践标准。这种开放和进取的态度，正是确保 C++ 程序库持续保持高质量的关键。
英伟达 首席架构师 Bryce Adelstein Lelbach——《用“并行”的方式思考》
“通常情况下，我们人类是按顺序思考的。并行计算常被视为具有挑战性且复杂的技术。我们把它当作一种需要谨慎使用的工具，仿佛只有专家甚至编程高手才能驾驭。但今天我们生活在一个并行的世界，从最小的嵌入式设备到最大的超级计算机，几乎每个硬件平台都是并行的。因此我们必须改变思维方式，每个编写代码的人都必须学会并行思考。并行必须成为我们的默认选项。”英伟达（NVIDIA）首席架构师 Bryce Lelbach 以这段来自内心的感悟开启了他的演讲。
Lelbach 选择了一个基础的并行原语 —— scan 算法来阐述并行思维。在 C++ 标准库中，scan 算法有 inclusive scan 和 exclusive scan 两种形式。本次演讲聚焦于 inclusive scan，它接收一个范围和一个二元运算符，为每个位置生成从开始到该位置的所有元素的和。由于 scan 保持输入顺序，操作不需要满足交换律，但要实现并行，操作必须满足结合律（associative）并具有左幺元（left identity value）。
通过一个字符串连接的例子，Lelbach 展示了序列“a b c d e f g h i”的 scan 过程：每个输出元素都是从第一个元素到当前位置的所有元素的累积结果。Lelbach 特别指出：“注意最后一个元素是整个序列的和，这是一个我们后面会用到的重要特性。”
在讲解并行化方法时，Lelbach 提出了处理并行问题的三个关键要素：“当我处理并行问题时，我会将其分解为三个部分：如何划分和分配工作？在工作的每个分块上需要执行什么计算？以及在这些分块之间需要进行什么通信？其中，通信是最重要的部分，因为它往往决定了如何分配工作以及何时可以计算。”
为了实现高效的并行，Lelbach 提出了两个指导原则。第一是本地化同步（localize synchronization）：必须同步时，要最小化同步范围，只与必需的参与者同步。第二是隐藏延迟（hide latency）：如果必须等待，需要找到其他有用的工作来填充等待时间。
基于这些原则，Lelbach 介绍了 decoupled lookback 策略，这是 GPU 上 scan 算法的基础实现。这种策略的核心是 scanTileState 对象，它通过描述符（descriptor）存储两种前缀：local prefix（仅包含该 tile 的元素和）和 complete prefix（包含从开始到该 tile 的所有元素和）。描述符使用原子状态变量指示这些前缀的可用性。
在实验中，使用 decoupled lookback 的实现在处理 4GB 数据时，相比需要两次全局同步的传统方法快了约三倍。正如 Lelbach 所说："在 GPU 和分布式系统规模上，性能差距会更大。"
Lelbach 通过 copy_if 和 chunk_by 两个实例展示了 scan 的实际应用。使用 decoupled lookback 的 copy_if 在 64 核 CPU 系统上处理 4GB 问题时比三段式实现快 11 倍，而 chunk_by 在处理 1GB 字符输入时则快 9 倍。
Lelbach 总结道，“scan 可以用来解决任何具有求和、计数、过滤、搜索或邻居感知特性的问题。就像我在职业生涯初期从 Hartmut Kaiser 那里学到的：用并行的方式思考可以让我们更好地应对现代计算的挑战。”
Meta 资深内核专家，世界级并行编程专家 Paul McKenney——《生存期结束时的指针清零》
指针在生命周期结束时的处理一直是 C++ 中的棘手问题。2017 年在多伦多的 C++ 标准委员会会议上，Hans Boehm 向 Meta 资深内核专家 Paul McKenney 和 Meta 技术专家 Maged Michael 指出了风险指针（hazard pointers）实现中的一个问题，这引发了人们对 C++ 中指针生命周期管理的深入思考。
问题最初出现在风险指针的 try_protect() 函数中。虽然这个特定问题可以通过修改代码来解决，但它揭示了一个更深层的问题 —— 高级语言中的指针处理与底层实现之间的差异。为了深入说明这个问题，McKenney 以 LIFO（后进先出）栈为例，展示了所谓的 ABA 问题：当一个线程持有指向对象 A 的指针时，另一个线程可能已经释放了 A 并重用了该内存位置来存储新对象 C。
“这在汇编语言中工作得很好，因为汇编语言只关心指针的位值，” McKenney 解释道，“但在 C++ 中，编译器会基于指针的溯源（provenance）信息进行优化。” 这个问题的严重性不容忽视，因为 LIFO 栈已有很长的历史。它在 1986 年就被 Treiber 在 IBM BAL 中描述过，现在仍在 Linux 内核的 llist_head 等实现中广泛使用。
在现代编译器中，指针不仅包含内存地址，还包含溯源信息。这些溯源信息记录了对象的分配时间和位置，编译器用它们来进行优化。例如，一个简单的指针比较代码：
q = malloc(sizeof(*q));do_something(q, q == p);
编译器可能优化成：
do_something(q, false);一些硬件平台已经开始在硬件层面支持指针溯源。比如 ARM 的内存类型扩展（Memory Type Extensions, MTE），它在指针的高位bits中存储了 generation 信息。当内存被重新分配时，这个代际号会增加，从而能够检测到使用已失效指针的行为。
针对这个问题，业界探索了多种解决方案。一种方案是使用 RCU（Read-Copy Update）机制。通过延迟内存释放直到所有读取者完成操作，RCU 可以避免指针失效问题。但正如 McKenney 指出的：“这会增加 CPU 开销，并可能在小型嵌入式系统中积累大量等待释放的内存。”
最终的突破来自于 Davis Herring 在提案 P2434R2 中提出的“天使溯源”（angelic provenance）概念。这个方案允许编译器在指针被重新解释时（比如通过 integer 转换后）选择合适的溯源信息。如果有后续的比较或解引用操作，编译器必须选择一个能让程序行为良好定义的溯源信息。
“这是第一次核心语言开发者和并发编程专家达成共识，” McKenney 总结道。目前，通过提案 P2414R4（指针生命周期结束清除方案）和 P3347R0（无效和预期指针操作），这些改进正在 C++ 标准委员会中推进。尽管这些提案尚未最终确定，但它们代表了迄今为止解决这个问题的最佳进展。
Boolan 首席咨询师，吴咏炜——《Lambda? Lambda!》
随着 C++ 标准自 C++11 以来的逐渐演化，lambda 表达式已然成了现代 C++ 惯用法里不可或缺的一部分，那么 lambda 表达式究竟要怎么用、又有何意义呢？为了解答这些问题， Boolan 首席咨询师吴咏炜带来了《Lambda? Lambda!》主题演讲。
“lambda 表达式是必不可少的语言特性吗？并不是。lambda 表达式是对 C++ 表达能力有革命性贡献的语言特性吗？绝对是。”
lambda 演算的起源，最早可追溯到 1936 年数学家阿隆佐·邱奇提出的形式系统，在这个系统中，可以使用所谓的“λ-项”来表达像数字和函数这样的基础概念。而当我们将视线转向编程时，可以发现 lambda 演算的思想被逐步引入到了各种实际编程语言中。
吴咏炜指出，虽然 lambda 表达式有替换的表达形式，但从缺少 lambda 表达式支持的 C++98 里我们可以看到，结果是人们使用各种奇技淫巧来提供相似的功能——而这些方式都存在各种各样的缺陷。C++11 终于引入了 lambda 表达式，实质上是编译器为我们直接提供特殊的函数对象，以方便代码的表达。很快，这一特性已经成为 C++ 编程中不可或缺的一部分。lambda 表达式让代码更加简洁、易读，并极大地提高了编程的灵活性和效率。在 C++17 中更是带来了更多改进，比如捕获列表的增强、泛型 lambda 表达式等。他也总结了几种 lambda 表达式的捕获方式：
紧接着，吴咏炜通过一系列代码示例，展示了 lambda 表达式在 C++ 中的各种使用场景。
他强调了函数对象的性能优势，即使用函数对象（含 lambda 表达式）传参给函数模板容易进行内联。
他也提供了标准算法与 lambda 表达式结合使用的示例，如 sort、copy_if、generate，等等。此外，吴咏炜还探讨了带状态变化的 lambda 表达式、C 风格回调与 lambda 回调的对比，以及立即求值的 lambda 表达式和 lambda 表达式作为代码组织方式的优势，例如：为代码块提供统一的出口类型，在比简单条件和循环更复杂的情况下 lambda 表达式具有更大的灵活性等。他展示了，在代码存在重复的情况下，lambda 表达式能大大简化代码。
在现代 C++ 里，lambda 表达式使得一些通用代码成为可能。如果没有 lambda 表达式的话，那基本上就无法对这样的代码进行抽象了。他举的其他例子包括利用 lambda 表达式传递 constexpr 参数，及在自定义的反射系统里使用泛型 lambda 表达式封装遍历不同类型字段的代码。
不过，吴咏炜也指出 lambda 表达式在 C++20 之前存在一些限制，为此他特别介绍了 C++20/23 对 lambda 表达式的改进，如在未求值上下文使用 lambda 表达式、捕获结构化绑定、lambda 自引用等。在演讲最后，吴咏炜强调 lambda 表达式是一种工具而非目的，它改变了我们组织代码的方式，并在每个 C++ 标准中变得越来越强大和易用。
阿里云开发工程师，许传奇——《ClangIR：Clang 编译器的下一个最重要更新》
编译器作为连接源代码与可执行程序的桥梁，其重要性不言而喻。其中，Clang 作为 C++ “新” 生代编译器的代表产物已经诞生了 20 余年，而随着 C++ 语义的不断复杂化以及人们对于程序安全性的日渐关心，Clang 亟需重要更新。在此背景下，阿里云开发工程师许传奇为我们带来了一场关于 Clang 编译器的深度分享：《ClangIR：Clang 编译器的下一个最重要更新》。
演讲伊始，许传奇简要介绍了 ClangIR 的定义与来源。IR（Intermediate Representation）即中间表示，是编译器内部用于程序流、数据流分析与优化的数据结构。而 ClangIR 则是基于 MLIR（Multi-Level Intermediate Representation）框架、针对 C++ 程序设计的中间表示，可以方便地创建新的 IR 并复用已有 IR 的能力。
接下来，许传奇通过一系列代码示例，系统地阐述了 ClangIR 的应用价值。他指出，IR 之所以受到青睐，是因为相较于 AST（抽象语法树）只能获取局部信息且难以变换的局限性，IR 在数据流与控制流分析方面更具优势。然而，传统的 LLVM IR 由于缺乏语言信息，限制了对 C++ 程序的深入优化。而 ClangIR 的出现正是为了弥补这一空白，它结合了 AST 和 LLVM IR 的优点，既保留了必要的语言信息，又便于进行复杂的分析和优化。
例如在协程优化方面，ClangIR 可通过证明协程的声明周期收敛于当前函数，将协程的内存分配从堆上动态分配转变为栈上分配，避免了昂贵的堆内存分配。这一过程类似于 NRVO，利用 ClangIR 的数据流分析能力，更准确地判断某个协程是否会被 co_await、其声明周期是否收敛。
在提升 C++ 程序安全性方面，ClangIR 也发挥着重要作用。许传奇介绍了一种名为 Borrow Checker 的内存安全检查工具，该工具最初源自 Rust 语言。而通过 ClangIR，可以将 Borrow Checker 以兼容语言扩展的形式加入到 C++ 中，增强安全性的同时不引入任何新语法与语义。
此外，许传奇还提到了 ClangIR 在 C++ 模式匹配与优化方面的应用：借助 ClangIR 携带的 C++ 信息，可以对常见的 C++ 模式进行识别并替换为更高效的代码。这一特性不仅提高了程序的运行效率，还降低了开发者的编程难度。更值得一提的是，在 C++ 语言信息之外，ClangIR 还可以利用 MLIR Dialects 方言所提供的能力来进一步提高程序的性能。
在演讲最后，许传奇总结了 ClangIR 的现状与未来展望：目前 ClanglR 社区活跃，项目处于孵化阶段并正逐步向 LLVM/Clang 主仓库提交，因此项目开发任务众多，对于开发者而言机会也很多。至于 ClangIR 的下一步优化方向，他透露道：目前优先级相对较高的问题为对 C++ 程序的表示问题。
系统内核专家，张银奎——《从 Windows 到 Linux：C++ 应用移植实践》
在当今技术多元化的世界中，软件的跨平台兼容性变得尤为重要，尤其是对于需要在不同平台间移植的 C++ 应用而言。那么，把本来在 Windows 上开发的 C++ 程序移植到 Linux 要花多少时间，期间又会经历什么？为此，系统内核专家张银奎以一个真实的 C++ 项目为例，详细解答了这些问题：《从 Windows 到 Linux：C++ 应用移植实践》。
在进入具体的移植实践之前，张银奎介绍了被移植项目的背景，NDB（Nano Code Debugger）：一款基于 Windows 开发、功能强大的调试器，支持多种调试目标，包括 Linux 内核、Linux 本地应用程序、u-boot、UEFI 以及 Windows 应用。
“这样一个几十万行的 C++ 项目，要怎么把它从 Windows 搬到 Linux 上去？”张银奎指出，这个过程面临的主要挑战在于：要将 NDB 代码从 Windows 移植到 Linux，同时保持 Windows 版本的延续，尽量减少代码改动，并确保代码长远的可维护性。
基于此，他介绍了关键的移植策略。因为本来项目中的每个 .cpp 都会包含 StdAfx.h 头文件。利用这个特点，只要修改这个头文件，那么Windows 下的代码可以像以前一样工作，而在 Linux 下则包含一个模拟 Windows 头文件的 wintype.h。
接着，他介绍了在 API 层模拟 Windows 的三个锦囊，即宏定义、类型定义（ typedef），以及模拟函数（难以使用宏的地方）。有了这三个锦囊后，使得在 Linux 环境下模拟 Windows 行为成为可能，包括对基本类型的处理、API 调用的映射以及异常处理的转换。
例如在基本类型方面，Windows 和 Linux 在大小写偏好上存在差异（Windows 喜欢大写，Linux 则偏好小写），张银奎建议在 wintype.h 中使用 typedef 定义统一的基本类型。
对于 Win32 API 的移植，他也提出了三种方法：简单宏定义、复杂宏定义和等价实现。简单宏定义适用于有对应 API 且原型一致的情况；复杂宏定义适用于有类似实现但函数原型不一样的情形；等价实现则用于 Linux 下没有现成实现的情况，需要自定义函数来模拟 Windows API 的行为。
而在整个移植过程中最复杂的部分之一，就是结构化异常处理的问题。张银奎解释道，结构化异常处理是 Windows 平台的一个重要特性，但 Linux 内核本身并不支持异常处理。因此当涉及到从 Windows 向 Linux 移植代码时，可以将其转换为等效的 C++ 异常处理语法。
另外在 Windows 和 Linux 之间进行代码移植时，考虑到二者之间字符编码的不同也非常重要。张银奎提出了简化处理的策略，即在 Linux 下将字符串从 utf16（Windows 上的 wchar_t）转换为 ansi ，再使用 Linux 下的 API 将 ansi 转为 wchar_t，以解决字符编码的差异问题。
最后，张银奎提到关键区在 Windows 应用程序中很流行，并提出了在 Linux 下实现关键区重入的方法：使用 pthread_mutex_t 来模拟关键区，但由于 Linux 下的互斥锁默认不可重入会导致 BUG，因此可通过设置 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 来解决这个问题。