笔记-Effective C++
导读
绝大多数情况下应该用expliccit
关键字修饰构造函数,我们往往不期望构造函数被用于隐式类型转换
将二元操作符函数如operator==
和operator*
的两个参数命名为lhs
和rhs
,分别意为left-hand-side
和right-hand-side
将指向一个T型对象的指针命名为pt,意为pointer to T
,例如
1 | Widget* pw; // pw = "ptr to Widget" |
对references类似,rw
可能是个reference to Widget
,ra
则是个reference to Airplane
1.让自己习惯C++
条款01:视C++为一个语言联邦
这个条款提供的视角很有意思,C++威力巨大,但涉及的东西太多太杂,融合了太多东西。将C++视为一个由相关次语言sublanguage
组成的联邦而非单一语言或许对认识C++有所帮助
主要的四个次语言:C, Object-Oriented C++,Template C++, STL。当从一个次语言切换到另一个次语言时,所遵从的高效编程策略也许会随之改变。例如对内置(C-like)类型而言pass by value通常比pass by reference更高效,但当从C part of C++移往Object-Oriented C++时,对于由用户定义的类型,pass by reference to const往往比pass by value更高效
C++高效编程守则视状况而变化,取绝于你使用C++的哪一部分
条款02:尽量以const, enum, inline替换 #define
1 |
|
书上一个例子很有意思,假如一个类需要一个成员常量,我们最好将其声明为static
类型变量,声明之后还得记得在类外定义它,例如
1 | class CostEstimate |
但又有一个很有趣的问题,如果刚在类里声明了一个静态变量(例如static const int num;
),紧接着下一行就用这个值指定数组元素个数int arr[num];
,此时num
还未定义,没有值,所以编译没法通过。于是我们曲线救国,将原本的静态变量换为enum { num = 5; }
即可解决问题
对于单纯变量,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
条款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”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
条款04:确定对象在使用前已先被初始化
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值列member initialization list
,而不要在构造函数本题内使用赋值操作assignment
。初值列列出的成员变量,其排序次序应该和它们在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
2.构造/析构/赋值运算
条款05: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
你自己实现了其中的某函数后,编译器就不会实现默认版的它了。而且即使你没有实现copy assignment操作符,特定情况下编译器会拒绝替你默认实现,例如成员变量是const,或是reference,又或者这个类的父类将它的copy assignment设为private等情况
条款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
1 | class Uncopyable { |
条款07:为多态基类声明virtual析构函数
polymorphic 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,就不该声明virtual析构函数
给一个类添加一个纯虚函数让它成为一个abstract class,这样它就不能被实例化了,有时这正是我们想要的,但此时我们手上没有任何pure virtual函数,怎么办?那就把析构函数声明成纯虚函数就好
1 | class AWOV { //AWOV = "Abstract w/o Virtuals" |
这个class有一个pure virtual函数,所以它是一个抽象class,又由于它有个virtual析构函数,所以你不需要担心析构函数的问题。然而,你必须为这个pure virtual析构函数提供一份定义:
1 | AWOV::~AWOV() {} //pure virtual析构函数的定义 |
析构函数是自外而内的,也就是最深层派生most derived
的那个class其析构函数最先被调用,然后像是剥洋葱一样,一层层向上调用其父类的析构函数,最终将会调用这个抽象类的析构函数。因此,如果不给出该抽象类析构函数的定义,连接器会发出抱怨
条款08: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,析构函数应该捕捉任何异常,然后吞下它们(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
条款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(比起当前执行构造函数和析构函数的那层)
条款10:令operator=返回要给reference to *this
令赋值操作符返回一个reference to *this
条款11:在operator=中处理“自我赋值”
1 | class Bitmap { ... }; |
原先我认为上述版本的运算符重载函数考虑已足够周全,但书中指出其存在异常安全性问题:先将this->pb
指向的空间释放掉,如果下一行申请空间时出错(例如,空间不足)怎么办呢?
几种方法可以弥补
1 | Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs) |
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的对象,而其中多个对象是同一个对象时,其行为仍然正确
条款12:复制对象时勿忘每一个成分
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”
简单说,当新增/删除一个成员变量时,应考虑对构造/析构/拷贝构造/拷贝复制函数进行相应修改
在子类的拷贝构造和拷贝赋值函数中,除了将子类的各成员变量进行拷贝外,还应调用父类的拷贝构造/拷贝赋值。每个类都这么写的话,无论多少层继承都能递归地拷贝下去
1 | class Date { ... }; |
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
条款13:以对象管理资源
1 | void f() |
一个函数动态申请了一块内存,在使用后将内存释放。上述代码初看起来很妥当,但若干情况下f()
可能无法删除它得自createInvestment()
的资源对象——或许是因为“…“区域过早的return语句,或许是在该区域抛出的异常或者别的,甚至即使现在不存在问题, 也许将来代码维护人员在对该函数未能充分理解的情况下做了些改动,导致风险的出现,等等。总之,上面这种做法是有风险的
解决方法是,用对象来管理资源
1 | void f() |
这样,无论何时退出函数,auto_ptr的析构函数都将忠实地回收资源。以上代码中createInvestment()
返回的资源被当做其管理者auto_ptr的初值。实际上“以对象管理资源”的观念常被称为“资源取得时机便是初始化时机”Resource Acquisition Is Initialization, RAII
。因为我们几乎总是在获得一笔资源后于同一语句内以它初始化某个管理对象,而管理对象运用析构函数确保资源被释放
为防止资源泄漏,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
条款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、实行引用计数法reference counting
。不过其他行为也都可能被实现
条款15:在资源管理类中提供对原始资源的访问
APIs往往要求访问原始数据raw resource
,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是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
条款16:成对使用new和delete时要采取相同形式
如果你在new表达式中使用了[]
,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[]
条款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(置于)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
条款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custom deleter
。这可防范DLL问题,可被用来自动解除互斥锁等等
条款19:设计class犹如设计type
几乎每一个class都要求你面对以下提问,而你的回答往往导致你的设计规范:
新type的对象应该如何被创建和销毁?
对象的初始化和对象的赋值该有什么样的差别?
新type的对象如果被passed by value,意味着什么?记住,copy构造函数用来定义一个type的pass-by-value该如何实现
什么是新type的“合法值”?
你的新type需要配合某个继承图系inheritance graph
吗?
你的新type需要什么样的转换?
什么样的操作符和函数对此新type而言是合理的?
什么样的标准函数应该被驳回?那些正是你必须声明为private者
谁该取用新type的成员?
什么是新type的“未声明接口”undeclared interface
?
你的新type有多么一般化?
你真的需要一个新type吗?
条款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
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
条款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
条款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(当public成员变量发生改变时,多少客户代码需要相应做出改动?当protected成员变量发生改变时,多少derived class代码需要做出改动?)
条款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
书上举的例子是说,如果你的class需要一个便利函数,这个函数的唯一作用就是调用另外几个成员函数,我们既可以将该函数写为一个成员函数,也可以写为普通函数。而写成普通函数更好,因为若把其写成成员函数,它就拥有访问private变量的权力,哪怕它并没有用这权力做什么,而写成普通函数可直接让其丧失该权力,提供封装性。封装并不是一味指把数据和操作数据的函数捆绑在一起,封装的目的是隐藏、降低耦合
条款24:若所有参数皆需类型转换,请为此采用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
条款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,并确保这个函数不抛出异常
如果你提供一个member swap,也应该提供一个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
条款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。这样做可增加程序的清晰度并改善程序效率
条款27:尽量少做转型操作
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
条款28: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成员变量的行为像个const,并将发生“虚吊号码牌”dangling handles
的可能性降至最低
条款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
条款30: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
条款31:将文件间的编译依存关系降至最低
支持“编译依存最小化”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“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template都适用
6.继承与面向对象设计
条款32:确定你的public继承塑膜出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
条款33:避免掩盖继承而来的名称
derived classes内的名称会掩盖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
条款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,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函数具有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
条款35:考虑virtual函数以外的选择
virtual函数的替换方案包括Non-Virtual Interface, 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
条款36:绝不重新定义继承而来的non-virtual函数
条款37: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
1 | class Base |
1 | Base* pb1 = new Base(); |
函数是动态绑定,参数是静态绑定!!!
条款38:通过复合塑模出has-a或“根据某物实现出”
复合composition
的意义和public继承完全不同
在应用域application domain
,复合意味着has-a(有一个)。在实现域implementation domain
,复合意味is-implemented-in-terms-of`(根据某物实现出)
条款39:明智而审慎地使用private继承
private继承意味is-implemented-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
条款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,将是最具有实用价值的情况
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”的两相组合
7.模板和泛型编程
条款41:了解隐式接口和编译期多态
classes和templates都支持接口interfaces
和多态polymorphism
对classes而言接口是显式的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template参数而言,接口是隐式的implicit
,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function overloading resolution
发生于编译器
条款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(基类列)或member initialization list(成员函数列)内以它作为base classes修饰符
1 | template<typename T> |
条款43: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,或藉由一个明白写出的“base class资格修饰符“完成
条款44:将与参数无关的代码抽离templates
Template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,往往可降低,做法是让带有完全相同二进制表述binary representations
的具现类型instantiation types
共享实现码
条款45: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
1 | template<class T> |
条款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,而它提供之“与此template相关的”函数支持“所有参数之隐式转换”时,请将那些函数定义为“class template内部的friend函数”
条款47:请使用traits classes表现类型信息
Traits classes使得“类型相关信息”在编译期可用。它们以templates和“templates特化”完成实现
整合重载技术overloading
后,traits classes有可能在编译期对类型执行if…else测试
条款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至编译器期,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 policy 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
8.定制new和delete
条款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;后继的构造函数还是可能抛出异常
条款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
条款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,就该调用new-handler。它也应该有能力处理0 bytes申请。Class专属版本还应该处理“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”
条款52:写了placement new也要写placement delete
当你写了一个placement operator new,请确定也写出了对应的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 内存泄漏
当你声明placement new和placement delete,请确定不要无意识(非故意)地遮掩了它们的正确版本
所谓placement new和placement delete,就是相较于正常的operator new/operator delete有更多参数的版本
常规版operator new如
1 | void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {} |
而定制版placement new如
1 | void* operator new(std::size_t size, std::ostream& logStream) throw(std::bad_alloc) {} |
写了一个placement new就一定要写一个对应(参数相同)的placement delete
1 | void operator delete(std::size_t size, std::ostream& logStream) throw() {} |
可以这样使用placement new(假设以上函数均为class Widget的成员函数)
1 | Widget* pw = new (std::cerr) Widget(); |
我们的new多了一个ostream类型的参数,由此知该语句所调用的operator new版本是定制版的。我们知道,new操作符实际分为两个步骤:调用operator new申请内存以及调用构造函数初始化对象。如果第一步申请内存就出了问题(如内存空间不足)则会调用new_handler()
函数进行处理;而如果内存申请成功,但调用构造函数出现异常,由于对象并没有真正的构造出来,pw
尚未被赋值,客户手上也就没有指针指向该被归还的内存。取消步骤一并恢复旧观的责任因此落到了C++运行期系统身上。运行期系统则会调用与operator new相对应的operator delete来释放内存。所谓相对应,就是指参数个数、参数类型均相同operator delete
注意:就算你的placement operator new没有对应的placement operator delete,编译器也不会报错
9.杂项讨论
条款53:不要轻忽编译器的警告
严肃对待编译器发出的警告信息。努力在你的编译器的最高(最严苛)警告级别下争取“无任何警告”的荣誉
不要过度倚赖编译器的报警能力,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,你原本倚赖的警告信息有可能消失
条款54:让自己熟悉包括TR1在内的标准程序库
作者零五年写的这书,C++98之后的新标准直到11年才出来,tr1应该就是C++11之前对该标准的称呼
TR1添加了智能指针(例如tr1::shared_ptr
)、一般化函数指针tr1::function
、hash-based容器、正则表达式以及另外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,你需要一份实物。一个好的实物来源是Boost
条款55: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++标准化过程中扮演深具影响力的角色
Boost提供许多TR1组件实现品,以及其他许多程序库