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Effective C++之55条建议

本文为Effective C++一书的学习总结,对55条程序设计建议条款进行罗列、简记。

1 让自己习惯 C++

No.01 视C++为一个语言联邦

  • C++实则是由多个次语言(Sublanguage)组成的联邦而非单一语言,主要的次语言包括 C、Object-Oriented C++、Template C++、STL。

No.02 尽量以 const, enum, inline 替代#define

  • 宁可以编译器替换预处理器
  • #define 记号可能无法进入符号表(Symbol table),无法创建一个class专属常量。
  • 对于单纯变量,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。

No.03 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。
  • 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。
  • bitwise-constness 和 logical-constness。

No.04 确定对象被使用前已被初始化

  • 构造函数最好使用成员初始化列表 (member initialization list),最好不要在构造函数本体使用赋值操作 (assignment)。初值列列出的成员变量,其排列次序应该和它们在class中声明的次序相同。
  • 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。

2 构造/析构/赋值运算

No.05 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。
  • 如果没有声明任何构造函数,编译器会为你声明一个default构造函数。

No.06 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 并且不予实现。使用像Uncopyable这样的base class也是一种做法。

No.07 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。
  • class 的设计目的如果不是作为 base class 使用,或不是为了具备多态性(polymorphically),就不该声明 virtual 析构函数。

No.08 别让异常逃离析构函数

  • 析构函数中出现的异常,往往会传播并导致不确定行为,而不确定行为比较可怕。
  • 析构函数绝对不要吐出异常。如果一个析构函数调用的函数可能抛出异常,析构函数应该捕捉任何异常,然后吞下它们(不传播)或结束程序。

No.09 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。

No.10 令 operator= 返回一个 reference to *this

No.11 在 operator= 中处理“自我赋值”

No.12 复制对象时勿忘其每一个成分

  • Copying函数(copy构造函数和copy assignment操作符)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。应该将共同机能放进第三个函数中,并由两个copying函数共同调用。

3 资源管理

No.13 以对象管理资源

  • Resource Acquisition Is Initialization; RAII

No.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。
  • 普遍而常见的 RAII class copying行为是:抑制copying、施行引用计数法(reference counting)。

No.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(raw resources),所以每一个RAII class应该提供一个“取得其管理之资源”的方法。
  • 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。
  • 显示转换指get()函数,隐式转换比如隐式的类型转换运算符。

No.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 []。
  • 最好尽量不要对数组形式做 typedefs 动作。

No.17 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漏。

4 设计与声明

No.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。
  • “促进正确使用”的办法包括接口的一致性,以及内置类型的行为兼容。
  • “阻止误用”的办法包括建立新类型(引入新类型)、限制类型上的操作,束缚对象值(接口一致性),以及消除客户的资源管理责任。
  • shared_ptr 支持定制型删除器 (custom deleter)。这可防范 DLL(动态链接程序库)问题,可被用来自动解除互斥锁等等。

No.19 设计 class 犹如设计 type

  • class 的设计就是 type的设计。

No.20 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(Slicing problem)(基类和派生类)。
  • 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。

No.21 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。

No.22 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 更具封装性。

No.23 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。

No.24 若所有参数皆需类型转换,请为此采用non-member函数

  • 如果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。

No.25 考虑写出一个不抛异常的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。

5 实现

No.26 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,直到能够给它初值实参为止。

No.27 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_cast。如果这个设计需要转型动作,试着发展无需转型的替代设计。(vitual函数继承体系)。
  • 如果转型是必要的,试着将它隐藏在某个函数背后。客户随后可以调用该函数,而不需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。

No.28 避免返回handles指向对象内部成分

  • 避免返回handles(包括reference、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“虚调号码牌” (dangling handles)的可能性降至最低。
  • handles(号码牌,用来取得某个对象):References、指针和迭代器。
  • 内部成分包括:成员变量和不被公开的成员函数。

No.29 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 泄漏资源 或 允许任何数据结构破坏。这样的函数分为三种可能的保证:基本承诺、强烈保证、不抛掷保证。
  • “强烈保证”往往能够以copy-and-swap实现出来,但“强烈保证”并非对所有的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。

No.30 透彻了解inlining的里里外外

  • inline只是对编译器的一个申请,不是强制命令。
  • 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。
  • inline函数通常一定被置于头文件内。
  • 对vitual函数的调用也都会使inlining落空 (virtual是运行时决定调用)。
  • 构造函数和析构函数往往是inlining的糟糕候选人(可能引起在整个继承链路上的代码插入inline)。
  • inline函数无法随着程序库的升级而升级,需要重新编译。
  • 不要只因为function templates出现在头文件,就将他们声明为inline。

No.31 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。
    Handle classes: 使用pimpl idiom (pointer to implementation)。
    Interface classes: vitual, factory (工厂)函数。
  • 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。
  • 接口与实现分离:以 声明的依存性 替换 定义的依存性。
  • 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。

6 继承与面向对象设计

No.32 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对象也都有一个base class对象。

No.33 避免遮掩继承而来的名称

  • 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)。
    base class定义的virtual函数,如果不想在derived class中隐藏,derived class中要对每个函数都进行声明。
    using声明式会令继承而来的某给定名称之所有同名函数在 derived class中都可见。

No.34 区分接口继承和实现继承

  • public继承由两部分组成:函数接口(function interfaces)继承 和 函数实现(function implementation)继承。
    在public继承之下,derived class总是继承base class的接口。
  • pure virtual 只继承接口。
  • impure virtual(简朴的非纯) 让derived class继承接口和缺省实现。
  • non-virtual 为了令 derived class继承函数的接口及一份强制性实现。(不变性凌驾其特异性)

No.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(non-virtual interface)及Strategy设计模式的多种形式。NVI手法自身是一个特殊的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兼容”的所有可调用物。

参考资料

Effective C++ : 改善程序与设计的55个具体做法

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