Effective C++ (一) : 让自己习惯C++

让自己习惯C++

条款01：视C++为一个语言联邦

C++的主要的四个次语言：

-C。C++仍是以C为基础:区块(blocks),语句(statements),预处理器(preprocessor),内置数据类型(built-in data types),数组(array),指针(pointers)

-Object-Oriented C++。这部分是C with Classes所述求的:classes(包括构造函数和析构函数),封装(encapsulation),继承(inheritance),多态(polymorphism),virtual函数(动态绑定)....等等

-Template C++。这是C++的泛型编程部分。

-STL。STL是个template程序库。它对容器，迭代器，算法以及函数对象的规约有极佳的紧密配合与协调。

条款02：尽量以const,enum,inline替换成#define

#define ASPECT_RATIO 1.653

记号ASPECT_RATIO也许从未被编译器看见；也许在编译器开始处理源码之前它就被预处理器移走了，记号名称ASPECT_RATIO可能没进入记号表。解决之道是以一个常量替换上述的宏（#define）：

const double AspectRatio = 1.653;                //大写名称通常用于宏定义，这里改变名称写法。

作为语言常量，AspectRatio肯定会被编译器看到，会进入记号表。

以常量替换#define两种特殊情况：
1.定义常量指针，有必要将指针const。若要定义一个常量字符串，必须写const两次：

   

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const char* const authorName = "amoscykl";

   上述的authorName往往如下定义比较好:




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const std::string authorName("amoscykl");

2.定义class专属常量:将常量的作用域限制于class内，必须让它成为class的一个成员。为了确保此常量唯一，必须让它成为一个static成员：

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class GamePlayer {

private:

static const int NumTurns = 5; //常量声明式

int scores[NumTurns]; //使用常量

}




无法利用#define创建一个class专属常量。一但宏被定义，它就在其后的编译过程中有效。这就意味着#define不仅不能够用来定义class专属常量，也不能够提供任何封装性，所以没有private #define 这样的东西。const成员变量是可以被封装的。




若编译器不允许"static整数型class常量” 完成"in class初值设定“，可改用"the enum hack”补偿做法。

即枚举类型的数值可充int使用:

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class GamePlayer {

private:

enum { NumTurns = 5 }; //"the enum hack"-令NumTurns成为5的记号名称

int scores[NumTurns];

}

对比宏定义和模板函数：

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#define MAX(a,b) f((a) > (b) ? (a) : (b)) //当写出这种宏，一定要给所有实参加上小括号。

当调用：

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int a =5, b = 0;

MAX(++a,b); //a被累加二次

MAX(++a,b+10); //a被累加一次

调用f之前，a的递增次数取决于和谁比较！ 调用此宏很可能遇到麻烦!

模板函数:

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template<typename T>

inline void MAX(const T& a, const T& b)

{

f (a > b ? a : b); //遵循pass by reference-to-const规则 （根据动态绑定的实参调用）

}

这个template产出一整群函数，每个函数都接受两个同型对象。这里不需要为参数加上括号，也不需要操心参数被核算多次...等等




总结：
-对于单纯常量，最好以const对象或enums替换#define

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




条款03：尽可能使用const




-若关键字出现在 * 左边，表示被指物是常量（但可以通过其它途径改变被值对象的值,不能通过此指针改变）

 若关键字出现在 * 右边，表示指针自身是常量；

 若出现在两边，表示被植物和指针两者都是常量




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//若被指物是常量，则两种写法意义相同。

void f1(const Widget* pw); //f1获得一个指针，指向一个常量的Widget对象

void f2(Widget const * pw); //同上

迭代器的作用就像个T* 指针。

声明迭代器为const就像声明指针为const一样(T* const指针),表示迭代器不可变（但迭代器指向的对象的值可以改动）。

若希望迭代器指向的值不可变。则需要const_iterator:

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std::vector<int> vec;

...

const std::vector<int>::iterator iter = //iter的作用像个T* const

vec.begin();

*iter = 10; //没问题，该变iter所指物

++iter; //错误! iter是const

std::vector<int>::const_iterator cIter = //cIter的作用像个const T*

vec.begin();

*cIter = 10; //错误! *cIter是const

++cIter; //没问题，改变cIter;




令函数返回一个常量值，可以降低因客户错误而造成的意外，而又不至于放弃安全性和高效性。

有理数的operator* 声明式:

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class Rational { ... };

const Rational operator* (const Rational& lhs,const Rational& rhs); //第一个const表示返回一个const

若不返回一个const，考虑以下代码：

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Rational a,b,c;

...

if (a * b = c); //若把做比较的运算符==打成了=

无意间把==打成了=，就会有无意义的赋值操作。

若返回值是一个const,则赋值操作是错误的，可以预防这样的错误。




const成员函数:
两个成员函数如果只是常量性不同，可以被重载。----C++重要特性

考虑以下class:

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class TextBlock {

public:

...

/* 以下两个重载返回类型都是引用！！！敲黑板*/

const char& operator[](std::size_t position) const //operator[]for const对象

{ return text[position]; }

char& operator[](std::size_t postion) //operator[]for no-const对象

{ return text[position];

private:

std::string text;

};

    

TextBlock的operator[]可被这么使用:

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TextBlock tb("Hello");

tb[0] = 'X'; //正确——写一个no-const TextBlock

std::cout << tb[0]; //调用non-const TextBlock::operator[]

const TextBlock ctb("world!");

ctb[0] = 'X'; //错误——写一个const TextBlock

std::cout << ctb[0]; //调用const TextBlock::operator




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void print(const TextBlock& ctb) //此函数ctb是const

{

std::cout << ctb[0]; //调用const TextBlock::operator[]

}

/* 成员函数const补充:哲学 (逃 */

哲学的两个流派：bitwise constness 和 logical constness;

bitwise constness阵营主张：const成员函数不可以更改对象内任何非static成员变量

logical constness阵营主张： const成员函数可以修改处理的对象内的某些bits;

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class CTextBlock {

public:

...

std::size_t length() const;

private:

char* pText;

std::size_t textLength; //最后一次计算的文本区域长度

bool lengthIsValid; //目前的长度是否有效

};

std::size_t CTextBlock::length() const

{

if (!lengthIsValid) {

textLength = std::strlen(pText); //错误!在const成员函数内不能赋值给textLength和lengthIsValid;

lengthIsValid = true;

}

return textLength;

}

length()函数的实现当然是不是bitwise const。

虽然修改对const CTextBlock对象而言可以接受，但编译器不同意(编译器是bitwise constness阵营的),怎么办怎么办？？




解决方案：用mutable释放掉non-static成员变量的bitwise constness约束(把非static对象开除出bitwise constness阵营)

修改7、8行代码为:

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mutable std::size_t textLength;

mutable bool lengthIsValid;

现在这些成员可以被更改，即使在const成员函数里

在const和non-const成员函数中避免重复。

const是个奇妙且非比寻常的东西。在指针和迭代器身上；在指针、迭代器及reference指涉的对象身上；在函数参数和返回类型身上；

在local变量身上；在成员函数身上，林林总总不一而足。const是个威力强大的助手。尽可能使用它。你会对你的作为感到高兴～

总结：
-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,但你编写程序时应该使用“概念上的常量性”

-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。

条款04：确定对象被使用前已先被初始化

对于构造函数：确保每一个构造函数都将对象的每一个成员初始化。

//区分赋值和初始化

例如以下构造函数：

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AB::AB(const std::string& name, const std::string& address, const std::list<PhoneNumber>& phones)

{

//以下几个左值都是类的成员

theName = name;

theAddress = address;

thePhones = phones;

numTimesConsulted = 0;

//敲黑板！！以上都是赋值，不是初始化！！

}

这会导致AB对象带有你期望的值，不是最佳做法！




构造函数的最佳写法：使用所谓的member initialization list(成员初值列) 替换赋值动作

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AB::AB(const std::string& name, const std::string& address; const std::list<PhoneNumber>& phones)

:theName(name), theAddress(address), thePhones(phones), numTimesConsulted(0) {}

//通过copy构造初始化

这个构造函数和上一个的最终结果相同，但通常效率较高。

默认构造函数也可以使用成员初值列。

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AB::AB() : theName(), theAddress(), thePhones(), numTimesConsulted(0) {}

    //没有指定初值则自动调用default构造函数




重要规则：规定总是在初值列中列出所有成员变量。以免还得记住哪些成员变量可以无需初值。

如果成员初值列遗漏某个成员，它就没有初值，因此可能开启”不明确行为“的潘多拉盒子～




若成员变量是const或reference，就一定需要初值，不能被赋值！

所以最简单的做法就是：总是使用成员初值列。这样做有时候绝对必要，且又往往比赋值更高效。




C++有着固定的”成员初始化次序“：

base classes基类总是比derived classes继承类更早被初始化。

class的成员变量总是以其声明次序被初始化。

例如：

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class AB {

public:

AB::AB(const std::string& name, const std::string& address; const std::list<PhoneNumber>& phones)

:theName(name), theAddress(address), thePhones(phones), numTimesConsulted(0) {}

private:

std::list<PhoneNumber> thePhones;

std::string theAddress;

int numTimesConsulted;

std::string theName;

}

即使在构造函数成员初值列中出现的次序和private的声明次序不同，初始化次序依旧和声明次序相同(即thePhones最先初始化)

为避免你或读者被迷惑，并避免某些可能存在的晦涩错误，当在成员初值列中条列各个成员时，最好总是以其声明次序为次序！

”不同编译单元内定义之non-local static对象”的初始化次序：

static对象，其寿命从被构造出来直到程序结束为止。

这种对象包括：global对象，定义于namespace作用域内的对象，在class内，在函数内，以及在file作用域内被声明为static的对象。

函数内的static对象称为local static对象（对函数而言是local）,其它对象称为non-local static对象。

static对象在程序结束时自动销毁，它们的析构函数会在main()结束时被自动调用。

//补充：所谓编译单元是指产出单一目标文件的那些源码。基本上它是单一源码文件加上其所含入的头文件。

真正的问题是：如果某编译单元内的某个non-local static对象的初始化动作使用了另一个编译单元内的某个non-local static对象，

它所用到的这个对象可能尚未被初始化，因为C++对定义在不同编译单元内的non-local static对象的初始化次序并无明确定义。

实例：

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class FileSystem { //来自你的程序库

public:

...

std::size_t numDisks() const; //众多成员函数之一

...

};

extern FileSystem tfs; //预备给客服使用的对象

//tfs代表"the file system"




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class Directory {

public:

Directory( params );

...

};

Directory::Directory( params )

{

...

std::size_t disks = tfs.numDisks(); //使用tfs对象

}

然后执行：

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Directory tempDir( params ); //为临时文件而做出的目录




现在，初始化次序的重要性显示出来了：除非tfs在tempDir之前先被初始化，否则tempDir的构造函数会用到尚未初始化的tfs。




如何确定tfs在tempDir之前先被初始化？

唯一需要做的是：

将每个non-local static对象搬到自己的专属函数内（该对象在此函数内被声明为static）。

这些函数返回一个reference指向它所含的对象。然后用户调用这些函数，而不直接指涉这些对象。

即：non-local static 被 local static对象替换了。




这种方法基于：C++保证，函数内的local static对象会在 “函数被调用期间" 或 "首次遇上该对象之定义式”　时被初始化！




所以以"函数调用“（返回一个reference指向local static对象） 替换”直接访问non-local static对象".

这样获得的reference将指向一个历经初始化的对象。




所以，经过此技术施行：

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class FileSystem { //来自你的程序库

public:

...

std::size_t numDisks() const; //众多成员函数之一

...

};

FileSystem& tfs() //这个函数用来替换tfs对象:它在FileSystem class中可能是个static.

{

static FileSystem fs; //定义并初始化一个local static对象

return fs; //返回一个reference指向上诉对象。

}

class Directory {

public:

Directory( params );

...

};

Directory::Directory( params )

{

...

std::size_t disks = tfs().numDisks(); //使用tfs()对象

}

Directory& tempDir() //这个函数用来替换tempDir对象,在Directory class中可能是个static

{

static Directory td; //定义并初始化local static对象

return td; //返回一个reference指向上述对象

}

现在这个程序调用就没有问题了，唯一不同的是现在使用tfs()和tempDir()而不再是tfs和tempDir.

也就是说使用函数返回的"指向static对象"的reference，而不再使用static对象本身。

注意：任何一种non-const static对象，不论它是local或non-local,在多线程环境下“等待某事发生”都会有麻烦！

处理麻烦的一种做法：在程序的单线程启动阶段手工调用所有reference-returning函数。

/*    补充，内置类型：包括算术类型和空类型在内的基本数据类型。

       算术类型包括：字符型，整型，bool型，浮点型                   */

为避免在对象初始化之前过早地使用它们，需要做三件事：

第一，手工初始化内置型non-member对象。

第二，使用成员初值列对付对象的所有成分。

第三，在“初始化次序不确定性”氛围下加强设计！

总结：

-对内置型对象进行手工初始化，因为C++不保证初始化它们。（避免出现不确定情况）

-构造函数最好使用成员初值列，而不要在构造函数本体内使用赋值操作。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“跨编译单元之初始化次序"问题，请以local static对象替换non-local static对象。