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Effective C++ 55个条款

程序员文章站 2022-06-22 19:44:48
让自己习惯C++ 视C++为一个语言联邦 C++高效编程守则视状况而变化,取决于你使用C++的哪一部分。 尽量以const,enums,inline替换#define 对于...

让自己习惯C++

视C++为一个语言联邦

C++高效编程守则视状况而变化,取决于你使用C++的哪一部分。

尽量以const,enums,inline替换#define

对于单纯常量,最好以const对象或enums替换#defines;

对于形似函数的宏(macros),最好改用inline函数替换#defines。

尽可能使用const

将某些东西声明为const可帮助编译器侦测出错误用法。const可被施加于任何作用域内的对象、函数参数、函数返回类型、成员函数本体;

编译器强制实施bitwise constness,当你编写程序时应该使用“概念上的常量性”(conceptual constness)

当const和non-const成员函数有着实质等价的实现时,令non-const版本调用const版本可避免代码重复。

确定对象被使用前已先被初始化

为内置性对象进行手工初始化,因为C++不保证初始化它们;

构造函数最好使用成员初值列(member initialization list),而不要在构造函数本体内使用赋值操作(assignment)。初值列列出的成员变量,其排列次序应该和它们在class中的声明次序相同;

为免除“跨编译单元值初始化次序”问题,轻易local static对象替换non-local static对象。

构造/析构/赋值运算

了解C++默默编写并调用哪些函数

编译器可以暗自为class创建default构造函数、copy构造函数、copy assignment操作符,以及析构函数。

若不想使用编译器自动生成的函数,就该明确拒绝

为驳回编译器自动(暗自)提供的机能,可将相应的成员函数声明为private并且不予以实现。

为多态基类声明virtual析构函数

polymorphic(带多态性质的)base classes应该声明一个virtual析构函数。如果class带有任何virtual函数,它就应该拥有一个virtual析构函数;

Classes的设计目的如果不是作为base classes使用,或不是为了具备多态性(polymorphically),就不该声明virtual析构函数。

别让异常逃离析构函数

析构函数绝对不要吐出异常。如果一个被析构函数调用的函数可能抛出异常,析构函数应该捕获任何异常,然后吐下它们(不传播)或结束程序;

如果客户需要对某个操作函数运行期间抛出的异常做出反应,那么class应该提供一个普通函数(而非在析构函数中)执行该操作。

绝不在构造和析构过程中调用virtual函数

在构造和析构期间不要调用virtual函数,因为这类调用从不下降至derived class(比起当前执行构造函数和析构函数的那层)。

令operator=返回一个reference to *this

令赋值(assignment)操作符返回一个reference to *this。

在operator=中处理“自我赋值”

确保当对象自我赋值时operator=有良好行为。其中技术包括比较“来源图像”和“目标对象”的地址、精心周到的语句顺序、以及copy-and-swap;

确定任何函数如果操作一个以上的对象,而其中多个对象时同一个对象时,其行为仍然正确。

复制对象时勿忘其每一个成分

Copying函数应该确保复制“对象内的所有成员变量”及“所有base class成分”;

不要尝试以某个copying函数实现另一个copying函数。应该讲共同机能放进第三个函数中,并由两个copying函数共同调用。

资源管理

以对象管理资源

为防止资源泄露,请使用RAII对象,它们在构造函数中获得资源并在析构函数中释放资源;

两个常常被使用的RAII classes分别是tr1::shared_ptr和auto_ptr。前者通常是较佳选择,因为其copy行为比较直观。若选择auto_ptr,复制动作会使它(被复制物)指向null。

在资源管理类中小心copying行为

复制RAII对象必须一并复制它所管理的资源,所以资源的copying行为决定RAII对象的copying行为;

普遍而常见的RAII class copying行为是:抑制copying、施行引入计数法(reference counting)。不过其他行为也都可能被实现。

在资源管理类中提供对原始资源的访问

APIs往往要求访问原始资源(raw resources),所以每一个RAII class应该提供一个“取得其所管理之资源”的办法;

对原始资源的访问可能经由显示转换或隐式转换。一般而言显示转换比较安全,但隐式转换对客户比较方便。

成对使用new和delete时要采取相同的形式

如果你在new表达式中使用[],必须在相应的delete表达式中也是用[]。如果你在new表达式中不使用[],一定不要在相应的delete表达式中使用[]。

以独立语句将newed对象置入智能指针

以独立语句将newed对象存储于(置入)智能指针内。如果不这样做,一旦异常被抛出,有可能导致难以察觉的资源泄露。

设计与声明

让接口容易被正确使用,不容易被误用

好的接口很容易被正确使用,不容易被误用。你应该在你的所有接口中努力达成这些性质;

“阻止误用”的办法是建立新类型、限制类型上的操作,束缚对象值,以及消除客户的资源管理任务;

tr1::shared_ptr支持定制型删除器(custom deleter)。这可防范DLL问题,可被用来自动解除互斥锁(mutexes)等等。

设计class犹如设计type

Class的设计就是type的设计。在定义一个新type之前,请确定考虑新type对象的创建和销毁、对象的初始化和赋值、合法值、继承关系等。

宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

尽量以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value。前者通常比较高效,并可避免切割问题;

以上规则并不适用于内置类型,以及STL的迭代器和函数对象。对它们而言,pass-by-value往往比较适当。

必须返回对象时,别妄想返回其reference

绝不要返回pointer或reference指向一个local stack对象,或返回reference指向一个heap-allocated对象,或返回pointer或reference指向一个local static对象而有可能同时需要多个这样的对象。

将成员变量声明为private

切记将成员变量声明为private。这可赋予客户访问数据的一致性、可细微划分访问控制、允许约束条件获得保证,并提供class作者以充分的实现弹性;

protected并不比public更具封装性。

宁以non-member、non-friend替换member函数

宁可拿non-member non-friend函数替换member函数。这样做可以增加封装性、包裹弹性(packaging flexibility)和机能扩充性。

若所有参数皆需类型转换,请以此采用non-member函数

如果你需要为某个函数的所有参数(包括被this指针所指的那个隐喻参数)进行类型转换,那么这个函数必须是个non-member。

考虑写出一个不抛出异常的swap函数

当std::swap对你的类型效率不高时,提供一个swap成员函数,并确定这个函数不抛出异常;

如果你提供一个member swap,也该提供一个non-member swap用来调用前者。对于classes(而非templates),也请特化std::swap;

调用swap时应针对std::swap使用using声明式,然后调用swap并且不带任何“命名空间资格修饰”;

为“用户定义类型”进行std templates全特化是好的,但千万不要尝试在std内加入某些对std而言全新的东西。

实现

尽可能延后变量定义式的出现时间

尽可能延后变量定义式的出现。这样做可增加程序的清晰度并改善程序效率。

尽量少做转型动作

如果可以,尽量避免转型,特别是在注重效率的代码中避免dynamic_casts。如果有个设计需要转型动作,试着发展无需转型的替代设计;

如果转型是必要的,试着将它隐藏于某个函数背后。客户随后可以调用该函数,而不需要将转型放进他们自己的代码内;

宁可使用C++ style(新式)转型,不要使用旧式转型。前者很容易辨识出来,而且也比较有着分门别类的职掌。

避免返回handles指向对象内部成分

避免返回handles(包括references、指针、迭代器)指向对象内部。遵守这个条款可增加封装性,帮助const成员函数的行为像个const,并将发生“虚吊号码牌”的可能性降至最低。

为“异常安全”而努力是值得的

异常安全函数(Exception-safe functions)即使发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构败坏。这样的函数区分为三种可能的保证:基本型、强烈型、不抛异常型;

“强烈保证”往往能够以copy-and-swap实现出来,但“强烈保证”并非对所有函数都可实现或具备现实意义;

函数提供的“异常安全保证”通常最高只等于其所调用之各个函数的“异常安全保证”中的最弱者。

透彻了解inlining的里里外外

将大多数inlining限制在小型、被频繁调用的函数身上。这可使日后的调试过程和二进制升级(binary upgradability)更容易,也可使潜在的代码膨胀问题最小化,使程序的速度提升机会最大化;

不要只因为function templates出现在头文件,就将它们声明为inline。

将文件间的编译依存关系降至最低

支持“编译依存性最小化”的一般构想是:相依于声明式,不要相依于定义式。基于此构想的两个手段是Handle classes和Interface classes;

程序库头文件应该以“完全且仅有声明式”(full and declaration-only forms)的形式存在。这种做法不论是否涉及templates都适用。

继承与面向对象设计

确定你的public继承塑模出is-a关系

“public继承”意味is-a。适用于base classes身上的每一件事情一定也适用于derived classes身上,因为每一个derived class对象也都是一个base class对象。

避免遮蔽继承而来的名称

derived classes内的名称会遮掩base classes内的名称。在public继承下从来没有人希望如此;

为了让被遮掩的名称再见天日,可使用using声明式或转交函数(forwarding functions)。

区分接口继承和实现继承

接口继承和实现继承不同。在public继承之下,derived classes总是继承base class的接口;

pure virtual函数只具体指定接口继承;

简朴的(非纯)impure virtual函数具体指定接口继承及缺省实现继承;

non-virtual函数具体指定接口继承以及强制性实现继承。

考虑virtual函数以外的其他选择

virtual函数的替代方案包括NVI手法及Strategy设计模式的多种形式。NVI手法自身是一个特殊形式的Template Method设计模式;

将机能从成员函数移到class外部函数,带来的一个缺点是,非成员函数无法访问class的non-public成员;

tr1::function对象的行为就像一般函数指针。这样的对象可接纳“与给定之目标签名式(target signature)兼容”的所有可调用物(callable entities)。

绝不重定义继承而来的non-virtual函数

绝不要重新定义继承而来的non-virtual函数。

绝不重新定义继承而来的缺省参数值

绝对不要重新定义一个继承而来的缺省参数值,因为缺省参数值都是静态绑定,而virtual函数——你唯一应该覆写的东西——却是动态绑定。

通过复合塑模出has-a或“根据某物出现”

复合(composition)的意义和public继承完全不同;

在应用域(application domain),复合意味has-a(有一个)。在实现域(implementation domain),复合意味着is-implemented-in-terms-of(根据某物实现出)。

明智而审慎地使用private继承

Private继承意味着is-implement-in-terms-of(根据某物实现出)。它通常比复合(composition)的级别低。但是当derived class需要访问protected base class的成员,或需要重新定义继承而来的virtual函数时,这么设计是合理的;

和复合(composition)不同,private继承可以造成empty base最优化。这对致力于“对象尺寸最小化”的程序开发者而言,可能很重要。

明智而审慎地使用多重继承

多重继承比单一继承复杂。它可能导致新的歧义性,以及对virtual继承的需要;

virtual继承会增加大小、速度、初始化(及赋值)复杂度等等成本。如果virtual base classes不带任何数据,将是最具实用价值的情况;

多重继承的确有正当用途。其中一个情节涉及“public继承某个Interface class”和“private继承某个协助实现的class”的两相结合。

模板与泛型编程

了解隐式接口和编译器多态

classes和template都支持接口(interfaces)和多态(polymorphism);

对classes而言接口是显示的(explicit),以函数签名为中心。多态则是通过virtual函数发生于运行期;

对templates参数而言,接口是隐式的(implicit),奠基与有效表达式。对态则是通过template具现化和函数重载解析(function overloading resolution)发生于编译期。

了解typename的双重意义

声明template参数时,前缀关键字class和typename可互换;

请使用关键字typename标识嵌套从属类型名称;但不得在base class lists(基类列)或member initialization list(成员初值列)内以它作为base class修饰符。

学习处理模板化基类内的名称

可在derived class templates内通过“this->”指涉base class templates内的成员名称,或籍由一个明白写出的“base class资格修饰符”完成。

将与参数无关的代码抽离

Templates生成多个classes和多个函数,所以任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系;

因非类型模板参数(non-type template parameters)而造成的代码膨胀,往往可消除,做法是以函数参数或class成员变量替换template参数;

因类型参数(type parameters)而造成的代码膨胀,往往可以降低,做法是让带有完全相同二进制表示(binary representations)的具现类型(instantiation types)共享实现码。

运用成员函数模板接受所有兼容类型

请使用member function templates(成员函数模板)生成“可接受所有兼容类型”的函数;

如果你声明member templates用于“泛化copy构造”或“泛化assignment操作”,你还是需要声明正常的copy构造函数和copy assignment操作符。

需要类型转换时请为模板定义非成员函数

当我们编写一个class template,而它所提供之“与此template相关的”函数支持“所有参数之隐式类型转换”时,请将那些函数定义为“class template内部的friend函数”。

请使用traits classes表现类型信息

Traits classes使得“类型相关信息”在编译期可用。它们以templates和“templates特化”完成实现;

整个重载技术(overloading)后,traits classes有可能在编译期对类型执行if…else测试。

认识template元编程

Template metaprogramming(TMP,模板元编程)可将工作由运行期移往编译期,因而得以实现早期错误侦测和更高的执行效率;

TMP可被用来生成“基于政策选择组合”(based on combinations of pilicy choices)的客户定制代码,也可用来避免生成对某些特殊类型并不适合的代码。

定制new和delete

了解new-handler的行为

set_new_handler允许客户指定一个函数,在内存分配无法获得满足时被调用;

Nothrow new是一个颇为局限的工具,因为它只适用于内存分配;后继的构造函数调用还是可能抛出异常。

了解new和delete的合理替换时机

有许多理由需要写个自定的new和delete,包括改善效能、对heap运用错误进行调试、收集heap使用信息。

编写new和delete时需固守常规

operator new应该内含一个无穷循环,并在其中尝试分配内存,如果它无法满足内存需求,就该调用new-handler。它也应该有能力处理0 bytes申请。Class专属版本则还应该处理“比正确大小更大的(错误)申请;

operator delete应该在收到null指针时不做任何事。Class专属版本则还应该处理“比正确大小更大的(错误)申请。

写了placement new也要写placement delete

当你写一个placement operator new,请确定它也写出了对应的placement operator delete。如果没有这样做,你的程序可能会发生隐微而时断时续的内存泄露;

当声明placement new和placement delete,请确定不要无意识(非故意)地遮盖了它们的正常版本。

杂项讨论

不要请勿编译器的警告

严肃对待编译器发生的警告信息。努力在你的编译器的最高(最苛刻)警告级别下争取“无任何警告”的荣誉;

不要过度依赖编译器的报警功能,因为不同的编译器对待事情的态度并不相同。一旦移植到另一个编译器上,你原本依赖的警告信息有可能消失。

让自己熟悉包括TR1在内的标准程序库

C++标准程序库的主要机能由STL、iostreams、locales组成。并包含C99标准程序库;

TR1添加了只能指针(如tr1::shared_ptr)、一般化函数指针(tr1::function)、hash-based容器、正则表达式(regular expression)以及另外10个组件的支持;

TR1自身只是一份规范。为获得TR1提供的好处,需要一份实物。一个好的实物来源是Boost。

让自己熟悉Boost

Boost是一个社群,也是一个网站。致力于免费、源码开放、同僚复审的C++程序库开发。Boost在C++标准化过程中扮演具有影响力的角色;

Boost提供许多TR1组件实现品,以及其他许多程序库。