使用Clangd提升C代码编写体验

　　作者：jinshang，腾讯WXG后台开发工程师
　　| 导语   工欲善其事，必先利其器。LLVM项目推出的Clangd拥有稳定的体验、完善的功能和活跃的社区，它作为一个稳定高效的C++代码插件可以成倍地提升我们的代码编写体验，是每个C++程序员提升代码效率的不二之选。 简介
　　C++是一门通用的语言，你可以用C++写各式各样的程序，就像C++维基百科第一段话所说
　　C++ 是一种被广泛使用的计算机程序设计语言。它是一种通用程序设计语言，支持多重编程范式，例如过程化程序设计、数据抽象)、面向对象程序设计、泛型程序设计和设计模式)等。
　　C++的通用性使它不可避免地成为了一门复杂的语言，尤其是在＂现代＂C++诞生之后，C++标准委员会源源不断地向C++加入新特性。不可否认，自由度和多面性正是C++的魅力所在，但是它们也大大地增加了C++程序员们的心智负担，在C++11之前，也许《21天精通C++》还存在些许的可能性（这本书并不存在，我瞎编的），但是等再过几年C++20成为主流后，《21年精通现代C++》也许会成为下一本畅销书。（关于现代C++好用的特性，可以阅读我的这篇文章：C++17在业务代码中最好用的十个特性。
　　C++变得越来越难写，但编译器们却不会阻止我们写出五花八门的代码，gcc、clang也不会像rustc一样对你的代码指指点点，只会任由你的程序放飞自我。对于Jeff Dean这样的大神来说这是自然而然的，毕竟从来都是他警告编译器（这是Jeff Dean的众多恶搞梗之一，参考：https://www.zhihu.com/question/22081653/answer/20593104）。而对于我们这些还没有＂精通＂C++的程序员来说，如果有一个实时的C++代码检查工具在我们写代码的同时在旁边指指点点，教我们写代码，它无疑可以大大提升我们的编程效率和体验。
　　在业界，C++常用的代码检查工具有cpplint，coverity，clang-tidy（clangd背后也是通过clang-tidy检查，这里是指clang-tidy二进制本身独立使用）等，它们往往无法兼顾代码检查的完整性和实时性。如果要做到完整检查，就需要编译代码，通过代码的IR表示去分析逻辑流，比如coverity，这种检查往往是CI/CD流水线的一部分，不能实时检查。而cpplint则是不编译代码，这是通过词法分析，检查代码格式不符合标准的地方或者局部的问题，没有办法检测代码的逻辑错误。如果要兼顾完整性和实时性，就需要一个编译器在后台实时地编译我们的代码，而clangd恰好就提供这种功能。什么是clangd
　　clangd是llvm项目推出的C++语言服务器，通过LSP(Language Server Protocal)协议向编辑器如vscode/vim/emacs提供语法补全、错误检测、跳转、格式化等等功能。C++的LSP曾经是cquery, ccls, clangd三足鼎立。但是clangd支持clang-tidy实时检查的功能是另外两者不具备的，而且cquery和ccls都是单个开发者主导的项目，clangd背后则是有llvm的背书。目前来看，＂姓赵＂的clangd在这场c++ lsp赛跑中已经有了不小的领先优势。clangd提供的特色功能
　　除了报错、跳转、代码补全这些大家都有的功能外，clangd还提供一些非常好用的特色功能。自动插入头文件
　　clangd的代码补全可以搜索你的整个代码库，即使是没有被include进来的变量也会覆盖到。而且在补全时，它会自动帮你填上合适的namespace和头文件：
　　clang-format
　　业界大型的C++代码项目一般都会自带clang-format配置，作为clang家族的一员，clangd可以提供自动的clang-format格式化：
　　类型提示
　　从clangd-14开始，clangd提供变量自动的类型提示，从此可以大胆地使用auto了：
　　Clang-tidy代码检查
　　先上一组效果图，看看clangd都能实时检测出哪些问题，错误最后标注了(fix available)的都是clangd可以自动修复的问题：
　　1.性能问题，如多余的拷贝，无效的move，低效的算法等：
　　2.潜在的错误，如use-after-move，无限循环，错误算法等：
　　3.可读性问题，如隐式bool转换，函数参数不统一，变量命名规则等：
　　4.现代化C++，如使用auto，using，override等现代C++特性：
　　（vscode + Community Material配色 + Error Lens插件，Error Lens插件用于将错误提示直接展示在代码后）如何使用安装
　　clangd有三种安装方式：
　　系统包管理：如mac系统可使用brew install llvm  ，debian/ubuntu可使用sudo apt-get install clangd-14   等等
　　手动下载二进制：可以在https://github.com/clangd/clangd/releases/tag/15.0.0手动下载最新版本的二进制
　　手动编译：可以参考https://github.com/llvm/llvm-project/tree/main/clang-tools-extra/clangd#building-and-testing-clangd从源码编译
　　个人更推荐后两种方式，因为最新的功能比如类型提示要在新版本的clangd才有配置编辑器
　　以vscode为例，首先在插件市场安装clangd插件，接下来在vscode配置中添加如下几行＂clangd.arguments＂: [     ＂--clang-tidy＂,                 // 开启clang-tidy     ＂--all-scopes-completion＂,      // 全代码库补全     ＂--completion-style=detailed＂,  // 详细补全     ＂--header-insertion=iwyu＂,           ＂--pch-storage=disk＂,           // 如果内存够大可以关闭这个选项     ＂--log=error＂,     ＂--j=5＂,                        // 后台线程数，可根据机器配置自行调整     ＂--background-index＂   ], ＂clangd.path＂: ＂<安装的clangd地址>＂,  ＂[cpp]＂: {     ＂editor.defaultFormatter＂: ＂llvm-vs-code-extensions.vscode-clangd＂ },项目配置
　　clangd需要知道如何编译你的项目，因此需要一个＂编译数据库＂，通常情况下我们需要向clangd提供一个compile_commands.json文件，这个文件的生成需要依赖你的编译系统：
　　CMAKE：cmake -DCMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS=1   添加这个参数即可
　　BAZEL：https://github.com/hedronvision/bazel-compile-commands-extractor可以使用这个插件
　　其他：大多数编译系统都会提供自己的compile commands生成方式，如果没有，或者是很老的项目，则可以通过https://github.com/rizsotto/Bear插件获取
　　WXG Patchbuild：微信的patchbuild自带支持compile_commands.json生成，在正常的编译命令后加上--download-genfiles --compile-command-query=--merge  后运行，patchbuild会把当前目标的compile_commands.json生成，并与本地的~/QQMail/compile_commands.json  合并，供clangd使用：patchbuild build --download-genfiles --compile-command-query=--merge :<目标>
　　对于每一个源文件，clangd会自动向上层，以及每层的build文件夹寻找compile_commands.json，如果你生成的文件在其他地址，可以通过ln -s ~/myproject-build/compile_commands.json ~/myproject/   创建软连接解决。clang-tidy配置
　　clang-tidy的各项检查可以通过一个配置文件配置，在项目的根目录下添加一个.clang-tidy  （这就是文件名，＂.clang-tidy＂），可以参考我的，然后根据需求自己搭配：--- Checks: >   -*,   bugprone-*,   google-*,   misc-*,   modernize-*,   performance-*,   portability-*,   readability-*,   -modernize-use-trailing-return-type,   -bugprone-lambda-function-name,   -google-runtime-references,   -readability-magic-numbers,   -bugprone-easily-swappable-parameters,   -readability-identifier-length,   -bugprone-narrowing-conversions, # Turn all the warnings from the checks above into errors. WarningsAsErrors: ＂performance-*, bugprone-*＂  CheckOptions:   - { key: readability-identifier-naming.NamespaceCase, value: lower_case }   - { key: readability-identifier-naming.ClassCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.StructCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.TemplateParameterCase, value: aNy_CasE }   - { key: readability-identifier-naming.FunctionCase, value: aNy_CasE }   - { key: readability-identifier-naming.VariableCase, value: lower_case }   - { key: readability-identifier-naming.ClassMemberCase, value: lower_case }   - { key: readability-identifier-naming.ClassMemberSuffix, value: _ }   - { key: readability-identifier-naming.PrivateMemberSuffix, value: _ }   - { key: readability-identifier-naming.ProtectedMemberSuffix, value: _ }   - { key: readability-identifier-naming.EnumConstantCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.EnumConstantPrefix, value: k }   - { key: readability-identifier-naming.ConstexprVariableCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.ConstexprVariablePrefix, value: k }   - { key: readability-identifier-naming.GlobalConstantCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.GlobalConstantPrefix, value: k }   - { key: readability-identifier-naming.MemberConstantCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.MemberConstantPrefix, value: k }   - { key: readability-identifier-naming.StaticConstantCase, value: CamelCase }   - { key: readability-identifier-naming.StaticConstantPrefix, value: k }   - { key: misc-non-private-member-variables-in-classes.IgnoreClassesWithAllMemberVariablesBeingPublic, value: 1 }   - { key: readability-function-cognitive-complexity.Threshold, value: 100 }
　　对于每一项配置的含义，可以参考：https://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html
　　同时也可以参考开源项目的配置，如google cloud的：https://github.com/googleapis/google-cloud-cpp/blob/main/.clang-tidy 或者apache arrow的：https://github.com/apache/arrow/blob/master/.clang-tidyclang-format配置
　　同理，在项目根目录下添加.clang-format文件，用与clangd自动格式化，可以参考开源项目的修改，比如：https://github.com/googleapis/google-cloud-cpp/blob/main/.clang-format和https://github.com/apache/arrow/blob/master/.clang-format总结
　　工欲善其事，必先利其器。LLVM项目推出的Clangd拥有稳定的体验、完善的功能和活跃的社区，它作为一个稳定高效的C++代码插件可以成倍地提升我们的代码编写体验，是每个C++程序员提升代码效率的不二之选。