Effective C++笔记

范中豪

发布于 2021-03-05 11:07:59

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发布于 2021-03-05 11:07:59

文章被收录于专栏：CV学习史

改善程序与设计的55个具体做法

1. 视C++为一个语言联邦

C++并不是一个带有一组守则的一体语言：它是从四个次语言(C, Object-Oriented C++, Template C++ 以及 STL)组成的联邦政府，每个语言都有自己的规约。
C++的高效编程守则视状况而变化，取决于你使用C++的哪一部分

2. 尽量以const, enum, inline替换#define

即宁可以编译器替换预处理器
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，最好改用inline函数替换#define

3. 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，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

4.确定对象被使用前已被初始化

为内置型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始值列，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

5. 了解C++默默编写并调用了哪些函数

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

6. 如不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝

为驳回编译器自动提供的机能，可将相应的成员函数声明为private并且不予实现

7. 为多态基类声明virtual析构函数

带有多态性质的基类应该声明一个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
类的设计如果不是作为基类使用，或不是为了具备多态性，就不该声明virtual析构函数

8. 别让异常逃离析构函数

只要析构函数突出异常，程序就可能过早结束或出现不明确行为
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，然后吞下它们（不传播）或者结束程序
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

9. 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派生类

10. 令operator=返回一个reference to *this

为了实现连锁赋值

11. 在operator=中处理“自我赋值”

确保对象自我赋值时operator=有良好行为。其中技术包括“来源对象”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对象，而其中多个对象是同一个对象时，其行为仍然正确

12. 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”以及“所有base class成分”
不要尝试以某个copying函数实现另一个copying函数。应该将共同机能放进第三个函数中，并由两个copying函数共同调用

13. 以对象管理资源

获得资源后立刻放进管理对象
管理对象运用析构函数确保资源被释放
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

14. 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、施行引用计数法。不过其他行为也都可能被实现

15. 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，所以每一个RAII class应该提供一个“取得其所管理的资源”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

16. 成对使用new和delete时，要采取相同形式

如果你在new表达式中使用[]，必须在相应的delete表达式中也使用[]。如果在new表达式中不使用，在delete中也不要使用

17. 以独立语句将new对象置入智能指针

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

18. 让接口容易被正确使用，不易被误用

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在这些性质
“促进正确使用”的办法包括接口的一致性，以及与内置类型的行为兼容
“阻止误用”的办法包括建立新类型、限制类型上的操作，束缚对象值，以及消除客户的资源管理责任
tr1::shared_ptr支持定制型删除器。这可防范DLL问题，可被用来自动解除互斥锁等等

19. 设计class犹如设计type

20. 宁以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
该规则并不适用内置类型，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

21. 必须返回对象时，别妄想返回其reference

22. 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，允诺约束条件获得保证，并提供class作者以充分的实现弹性
protected并不比public更具有封装性

23. 宁以non-member、non-friend替换member函数

这样做可以增加封装性、包裹弹性和机能扩充性

24. 若所有参数皆需类型转换，请为此采用non-member函数

即，如果你需要为某个函数（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

25. 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，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

26. 尽可能延后变量定义式的出现时间

这样可增加程序的清晰度并改善程序效率

27. 尽量少做转型动作

const_cast通常被用来将对象的常量性剔除
dynamic_cast主要用来执行“安全向下转型”，也就是用来判断某对象是否归属继承体系中的某个类型
reinterpret_cast意图执行低级转型，实际动作及结果可能取决于编译器，这也就表示它不可移植
static_cast用来强迫隐式转换，但它无法将const转为non-const
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
宁可以C++-style转型，不要使用旧式转型

28. 避免返回handles指向对象内部成分

该条款可增加封装性，帮助const成员函数的行为像个const，并将发生 dangling handles的可能性降至最低

29. 为“异常安全”而努力是值得的

异常安全函数提供一下三个保证之一

基本承诺：如果异常被抛出，程序内的任何事物仍然保持在有效状态下
强烈保证：如果异常被抛出，程序状态不改变
不抛掷保证：承诺绝不抛出异常，因为它们总是能够完成它们原先承诺的功能

30. 彻底了解inlining的里里外外

将inlining限制在小型、被频繁调用的函数身上
不要只因为function templates出现在头文件，就将它们声明为inline

31. 将文件间的编译依存关系降至最低

如果使用object references或object pointers可以完成任务，就不要使用objects
如果能够，尽量以class声明式替换class定义式
为声明式和定义式提供不同的头文件
程序库头文件应该以“完全且仅有声明式”的形式存在

32. 确定你的public继承塑模出is-a关系

33. 避免遮掩继承而来的名称

派生类内的名称会遮掩基类内的名称。在public继承下从没有人希望如此
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

34. 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，派生类总是继承基类的接口
pure virtual函数只具体指定接口继承
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

35. 考虑virtual函数以外的其他选择

virtual函数的替代方案包括NVI手法以及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
将机能从成员函数转移到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“与给定的目标标签格式兼容”的所有可调用物

36. 绝不重新定义继承而来的non-virtual函数

37. 绝不重新定义继承而来的缺省参数值

因为缺省数值都是静态绑定，而virtual函数确实动态绑定

38. 通过复合塑模出has-a或“根据某物实现出”

39. 明智而审慎地使用private继承

private继承意味着is-implemented-in-terms-of(根据某物实现出)。它通常比复合的级别低。但是当派生类需要访问受保护的基类的成员，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”的程序库开发者而言，可能很重要

40. 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，将是最具使用价值的情况
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”的两相组合

41. 了解隐式接口和编译器多态

class和templates都支持接口和多态
对classes而言接口是显示的，以函数签名为中心，多态则是通过virtual函数发生于运行期
对template参数而言，接口是隐式的，奠基于有效表达式。多态则是通过template具现化和函数重载解析发生于编译期

42. 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或member initialization list内以它作为base class修饰符

43. 学习处理模板化基类内的名称

44. 将与参数无关的代码抽离templates

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
因类型参数而造成的代码膨胀，往往可降低，做法是让带有完全相同二进制表述的具现类型共享实现码

45. 运用成员函数模板接受所有兼容类型

如果你声明member templates用于泛化copy构造或泛化assignment操作，你还需要声明正常的copy构造函数和copy assignment操作符

46. 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，而它所提供的“与此template相关的”函数支持“所有参数的隐式类型转换”时，请将那些函数定义为“class template内部的friend函数”

47. 请使用traits classes表现类型信息

Traits classes使得“类型相关信息”在编译器可用。它们以templates和“templates特化”完成实现
整合重载技术后，traits classes有可能在编译器对类型执行if...else测试

48. 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”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

49.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

50. 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

51. 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，就应该调用new-handler。它也应该有能力处理任何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”

52. 写了placement new也要写placement delete