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2023-12-01
Effective C++
- 视 C++ 为一个语言联邦(C、Object-Oriented C++、Template C++、STL)
- 宁可以编译器替换预处理器(尽量以
const
、enum
、inline
替换#define
) - 尽可能使用 const
- 确定对象被使用前已先被初始化(构造时赋值(copy 构造函数)比 default 构造后赋值(copy assignment)效率高)
- 了解 C++ 默默编写并调用哪些函数(编译器暗自为 class 创建 default 构造函数、copy 构造函数、copy assignment 操作符、析构函数)
- 若不想使用编译器自动生成的函数,就应该明确拒绝(将不想使用的成员函数声明为 private,并且不予实现)
- 为多态基类声明 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)
- 别让异常逃离析构函数(析构函数应该吞下不传播异常,或者结束程序,而不是吐出异常;如果要处理异常应该在非析构的普通函数处理)
- 绝不在构造和析构过程中调用 virtual 函数(因为这类调用从不下降至 derived class)
- 令
operator=
返回一个reference to *this
(用于连锁赋值) - 在
operator=
中处理 “自我赋值” - 赋值对象时应确保复制 “对象内的所有成员变量” 及 “所有 base class 成分”(调用基类复制构造函数)
- 以对象管理资源(资源在构造函数获得,在析构函数释放,建议使用智能指针,资源取得时机便是初始化时机(Resource Acquisition Is Initialization,RAII))
- 在资源管理类中小心 copying 行为(普遍的 RAII class copying 行为是:抑制 copying、引用计数、深度拷贝、转移底部资源拥有权(类似 auto_ptr))
- 在资源管理类中提供对原始资源(raw resources)的访问(对原始资源的访问可能经过显式转换或隐式转换,一般而言显示转换比较安全,隐式转换对客户比较方便)
- 成对使用 new 和 delete 时要采取相同形式(
new
中使用[]
则delete []
,new
中不使用[]
则delete
) - 以独立语句将 newed 对象存储于(置入)智能指针(如果不这样做,可能会因为编译器优化,导致难以察觉的资源泄漏)
- 让接口容易被正确使用,不易被误用(促进正常使用的办法:接口的一致性、内置类型的行为兼容;阻止误用的办法:建立新类型,限制类型上的操作,约束对象值、消除客户的资源管理责任)
- 设计 class 犹如设计 type,需要考虑对象创建、销毁、初始化、赋值、值传递、合法值、继承关系、转换、一般化等等。
- 宁以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value (前者通常更高效、避免切割问题(slicing problem),但不适用于内置类型、STL迭代器、函数对象)
- 必须返回对象时,别妄想返回其 reference(绝不返回 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(为了封装、一致性、对其读写精确控制等)
- 宁以 non-member、non-friend 替换 member 函数(可增加封装性、包裹弹性(packaging flexibility)、机能扩充性)
- 若所有参数(包括被this指针所指的那个隐喻参数)皆须要类型转换,请为此采用 non-member 函数
- 考虑写一个不抛异常的 swap 函数
- 尽可能延后变量定义式的出现时间(可增加程序清晰度并改善程序效率)
- 尽量少做转型动作(旧式:
(T)expression
、T(expression)
;新式:const_cast<T>(expression)
、dynamic_cast<T>(expression)
、reinterpret_cast<T>(expression)
、static_cast<T>(expression)
、;尽量避免转型、注重效率避免 dynamic_casts、尽量设计成无需转型、可把转型封装成函数、宁可用新式转型) - 避免使用 handles(包括 引用、指针、迭代器)指向对象内部(以增加封装性、使 const 成员函数的行为更像 const、降低 “虚吊号码牌”(dangling handles,如悬空指针等)的可能性)
- 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,分为三种可能的保证:基本型、强列型、不抛异常型)
- 透彻了解 inlining 的里里外外(inlining 在大多数 C++ 程序中是编译期的行为;inline 函数是否真正 inline,取决于编译器;大部分编译器拒绝太过复杂(如带有循环或递归)的函数 inlining,而所有对 virtual 函数的调用(除非是最平淡无奇的)也都会使 inlining 落空;inline 造成的代码膨胀可能带来效率损失;inline 函数无法随着程序库的升级而升级)
- 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)
- 确定你的 public 继承塑模出 is-a(是一种)关系(适用于 base classes 身上的每一件事情一定适用于 derived classes 身上,因为每一个 derived class 对象也都是一个 base class 对象)
- 避免遮掩继承而来的名字(可使用 using 声明式或转交函数(forwarding functions)来让被遮掩的名字再见天日)
- 区分接口继承和实现继承(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;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(如 Template Method 设计模式的 non-virtual interface(NVI)手法,将 virtual 函数替换为 “函数指针成员变量”,以
tr1::function
成员变量替换 virtual 函数,将继承体系内的 virtual 函数替换为另一个继承体系内的 virtual 函数) - 绝不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,因为缺省参数值是静态绑定(statically bound),而 virtual 函数却是动态绑定(dynamically bound)
- 通过复合塑模 has-a(有一个)或 “根据某物实现出”(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-implemented-in-terms-of(根据某物实现出),尽可能使用复合,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时候 virtual 函数,或需要 empty base 最优化时,才使用 private 继承)
- 明智而审慎地使用多重继承(多继承比单一继承复杂,可能导致新的歧义性,以及对 virtual 继承的需要,但确有正当用途,如 “public 继承某个 interface class” 和 “private 继承某个协助实现的 class”;virtual 继承可解决多继承下菱形继承的二义性问题,但会增加大小、速度、初始化及赋值的复杂度等等成本)
- 了解隐式接口和编译期多态(class 和 templates 都支持接口(interfaces)和多态(polymorphism);class 的接口是以签名为中心的显式的(explicit),多态则是通过 virtual 函数发生于运行期;template 的接口是奠基于有效表达式的隐式的(implicit),多态则是通过 template 具现化和函数重载解析(function overloading resolution)发生于编译期)
- 了解 typename 的双重意义(声明 template 类型参数是,前缀关键字 class 和 typename 的意义完全相同;请使用关键字 typename 标识嵌套从属类型名称,但不得在基类列(base class lists)或成员初值列(member initialization list)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,或藉由一个明白写出的 “base class 资格修饰符” 完成) - 将与参数无关的代码抽离 templates(因类型模板参数(non-type template parameters)而造成代码膨胀往往可以通过函数参数或 class 成员变量替换 template 参数来消除;因类型参数(type parameters)而造成的代码膨胀往往可以通过让带有完全相同二进制表述(binary representations)的实现类型(instantiation types)共享实现码)
- 运用成员函数模板接受所有兼容类型(请使用成员函数模板(member function templates)生成 “可接受所有兼容类型” 的函数;声明 member templates 用于 “泛化 copy 构造” 或 “泛化 assignment 操作” 时还需要声明正常的 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 通过 templates 和 “templates 特化” 使得 “类型相关信息” 在编译期可用,通过重载技术(overloading)实现在编译期对类型执行 if...else 测试)
- 认识 template 元编程(模板元编程(TMP,template metaprogramming)可将工作由运行期移往编译期,因此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 “给予政策选择组合”(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)
- 了解 new-handler 的行为(set_new_handler 允许客户指定一个在内存分配无法获得满足时被调用的函数;nothrow new 是一个颇具局限的工具,因为它只适用于内存分配(operator new),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(为了检测运用错误、收集动态分配内存之使用统计信息、增加分配和归还速度、降低缺省内存管理器带来的空间额外开销、弥补缺省分配器中的非最佳齐位、将相关对象成簇集中、获得非传统的行为)
- 编写 new 和 delete 时需固守常规(operator new 应该内涵一个无穷循环,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 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,请确定也写出了对应的 placement operator delete,否则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)地遮掩了它们地正常版本)
- 不要轻忽编译器的警告
- 让自己熟悉包括 TR1 在内的标准程序库(TR1,C++ Technical Report 1,C++11 标准的草稿文件)
- 让自己熟悉 Boost(准标准库)
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- 仔细区别 pointers 和 references(当你知道你需要指向某个东西,而且绝不会改变指向其他东西,或是当你实现一个操作符而其语法需求无法由 pointers 达成,你就应该选择 references;任何其他时候,请采用 pointers)
- 最好使用 C++ 转型操作符(
static_cast
、const_cast
、dynamic_cast
、reinterpret_cast
) - 绝不要以多态(polymorphically)方式处理数组(多态(polymorphism)和指针算术不能混用;数组对象几乎总是会涉及指针的算术运算,所以数组和多态不要混用)
- 非必要不提供 default constructor(避免对象中的字段被无意义地初始化)
- 对定制的 “类型转换函数” 保持警觉(单自变量 constructors 可通过简易法(explicit 关键字)或代理类(proxy classes)来避免编译器误用;隐式类型转换操作符可改为显式的 member function 来避免非预期行为)
- 区别 increment/decrement 操作符的前置(prefix)和后置(postfix)形式(前置式累加后取出,返回一个 reference;后置式取出后累加,返回一个 const 对象;处理用户定制类型时,应该尽可能使用前置式 increment;后置式的实现应以其前置式兄弟为基础)
- 千万不要重载
&&
,||
和,
操作符(&&
与||
的重载会用 “函数调用语义” 取代 “骤死式语义”;,
的重载导致不能保证左侧表达式一定比右侧表达式更早被评估) - 了解各种不同意义的 new 和 delete(
new operator
、operator new
、placement new
、operator new[]
;delete operator
、operator delete
、destructor
、operator delete[]
) - 利用 destructors 避免泄漏资源(在 destructors 释放资源可以避免异常时的资源泄漏)
- 在 constructors 内阻止资源泄漏(由于 C++ 只会析构已构造完成的对象,因此在构造函数可以使用 try...catch 或者 auto_ptr(以及与之相似的 classes) 处理异常时资源泄露问题)
- 禁止异常流出 destructors 之外(原因:一、避免 terminate 函数在 exception 传播过程的栈展开(stack-unwinding)机制种被调用;二、协助确保 destructors 完成其应该完成的所有事情)
- 了解 “抛出一个 exception” 与 “传递一个参数” 或 “调用一个虚函数” 之间的差异(第一,exception objects 总是会被复制(by pointer 除外),如果以 by value 方式捕捉甚至被复制两次,而传递给函数参数的对象则不一定得复制;第二,“被抛出成为 exceptions” 的对象,其被允许的类型转换动作比 “被传递到函数去” 的对象少;第三,catch 子句以其 “出现于源代码的顺序” 被编译器检验对比,其中第一个匹配成功者便执行,而调用一个虚函数,被选中执行的是那个 “与对象类型最佳吻合” 的函数)
- 以 by reference 方式捕获 exceptions(可避免对象删除问题、exception objects 的切割问题,可保留捕捉标准 exceptions 的能力,可约束 exception object 需要复制的次数)
- 明智运用 exception specifications(exception specifications 对 “函数希望抛出什么样的 exceptions” 提供了卓越的说明;也有一些缺点,包括编译器只对它们做局部性检验而很容易不经意地违反,与可能会妨碍更上层的 exception 处理函数处理未预期的 exceptions)
- 了解异常处理的成本(粗略估计,如果使用 try 语句块,代码大约整体膨胀 5%-10%,执行速度亦大约下降这个数;因此请将你对 try 语句块和 exception specifications 的使用限制于非用不可的地点,并且在真正异常的情况下才抛出 exceptions)
- 谨记 80-20 法则(软件的整体性能几乎总是由其构成要素(代码)的一小部分决定的,可使用程序分析器(program profiler)识别出消耗资源的代码)
- 考虑使用 lazy evaluation(缓式评估)(可应用于:Reference Counting(引用计数)来避免非必要的对象复制、区分 operator[] 的读和写动作来做不同的事情、Lazy Fetching(缓式取出)来避免非必要的数据库读取动作、Lazy Expression Evaluation(表达式缓评估)来避免非必要的数值计算动作)
- 分期摊还预期的计算成本(当你必须支持某些运算而其结构几乎总是被需要,或其结果常常被多次需要的时候,over-eager evaluation(超急评估)可以改善程序效率)