Effective C++

1. 让自己习惯C++(Accustoming your self to C++)

条款01: 视C++ 为一个语言联邦

本条款提示读者,C++已经不是一门很单一的语言,而应该将之视为一个由相关语言组成的联邦。从语言形式上看,它是一个多重范型编程语言(multiparadigm programminglanguage) ,一个同时支持过程形式(procedural)、面向对象形式(object-oriented)、函数形式(functional) 、泛型形式(generic) 、元编程形式(metaprogramming )的语言,从语言种类上看,它由若干次语言组成,分别为:

(1) C。说到底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(arrays) 、指针(pointers) 等统统来自C。

(2) Object-Oriented C++。这部分也就是C with Classes 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) ……

(3) Template C++。这是C++ 的泛型编程(generic programming) 部分,也是大多数程序员经验最少的部分。Template 相关考虑与设计己经弥漫整个C++,实际上由于templates 威力强大,它们带来崭新的编程范型(programming paradigm) ,也就是所谓的templatemetaprogramming (TMP,模板元编程)

(4) STL。 STL 是个template 程序库,它是非常特殊的一个。它对容器(containers) 、迭代器(iterators) 、算法(algorithms) 以及函数对象(function objects) 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#define

本条款讨论了C语言中的#define在C++程序设计中的带来的问题并给出了替代方案。

C语言中的宏定义#define只是进行简单的替换,对于程序调试,效率来说,会带来麻烦,在C++中,提倡使用const,enum和inline代替#define;然而,有了consts 、enums 和inlines,我们对预处理器(特别是#define) 的需求降低了,但并非完全消除。#include 仍然是必需品,而#ifdef/#ifndef 也继续扮演控制编译的重要角色。目前还不到预处理器全面引迫的时候。

条款03: 尽可能使用const

本条款总结了Const的使用场景和使用它带来的好处。

关键字canst 多才多艺。你可以用它在classes 外部修饰global 或namespace作用域中的常量,或修饰文件、函数、或区块作用域(block scope) 中被声明为static 的对象。你也可以用它修饰classes 内部的static 和non-static 成员变量。面对指针,你也可以指出指针自身、指针所指物,或两者都(或都不〉是const。你应该尽可能地使用const,这样降低程序错误,使程序易于理解。

此外,一个编程技巧是: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:

 
class TextBlock {
 
 public:
 
  const char& operator[] (std::size_t position) const {
 
  ……
 
  return text[position];
 
 }
 
 char& operator[] (std::size t position)  {
 
  return const_cast<char&>( static_cast<const TextBlock&>(*this) [position]);
 
  //将op[]返回值的const 转除为*this 加上cons, 调用const op[]
 
}

条款04: 确定对象被使用前已先被初始化

本条款告诫程序员,在C++程序设计中,应该对所有对象初始化,以避免不必要的错误,同时,给出了高效初始化对象的方法和正确初始化对象的方法。

(1)初始化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体内使用赋值操作(assignment) 。初值列出的成员变量,其排列次序应该和它们在class 中的声明次序相同。

考虑一个用来表现通讯簿的class ,其构造函数如下:

 
class PhoneNumber { ... };
 
class ABEntry { //ABEntry =“Address Book Entry"
 
 public:
 
  ABEntry(const std::string& name, const std::string& address , const std::list<PhoneNumber>& phones);
 
 private:
 
  std::string theName;
 
  std::string theAddress;
 
  std::list<PhoneNumber> thePhones;
 
  int numTimesConsulted;
 
};
 
ABEntry: :ABEntry(const std: :string& nane , const std: : string& address,
 
const std::list<PhoneNumber>& phones)
 
  theName = narne; //这些都是赋值(assignments) ,
 
  theAddress = address; //不是始化(initializations)。
 
  thePhones = phones;
 
  numTimesConsulted = 0;
 
  int num TimesConsulted;
 
}

正确而又高效的初始化对象的方法是:

 
ABEntry: :ABEntry(const std: :string& nane , const std: : string& address,
 
const std::list<PhoneNumber>& phones)
 
: theName(name),
 
theAddress(address), //这些都是初始化
 
thePhones(phones),
 
numTimesConsulted(0)
 
{} // 构造函数体是空的

C++ 有着十分固定的”成员初始化次序”。次序总是相同: base class早于其derived classes 被初始化,而class 的成员变量总是以其声明次序被初始化。回头看看ABEntry. 其theName 成员永远最先被初始化,然后是theAddress,再来是thePhones,最后是numTimesConsulted。即使它们在成员初值列中以不同的次序出现(很不幸那是合法的),也不会有任何影响。

(2)C++ 对”定义于不同编译单元内的non-local static 对象”的初始化次序并无明确定义。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。

 
class FileSystem { ... };
 
FileSystem& tfs() //代替tfs对象
 
{
 
  static FileSystem fs; // 以local static的方式定义和初始化object
 
  return fs; // 返回一个引用
 
}
 
class Directory { ... };
 
Directory::Directory( params )
 
{
 
  ...
 
  std::size_t disks = tfs().numDisks();
 
  ...
 
}
 
Directory& tempDir() // 代替tempDir对象,
 
{
 
  static Directory td;
 
  return td;
 
}

2. 构造/析构/赋值运算(Constructors,Destructors,and Assignment Operators)

条款05: 了解C++ 默默编写并调用哪些函数

本条款告诉程序员,编译器自动为你做了哪些事情。

用户定义一个empty class (空类),当C++ 处理过它之后,如果你自己没声明,编译器就会为它声明(编译器版本的)一个copy 构造函数、一个copy assignment操作符和一个析构函数。此外如果你没有声明任何构造函数,编译器也会为你声明一个default 构造函数。所有这些函数都是public 且inline 。举例,如果你写下:

class Empty { };

这就好像你写下这样的代码:

 
class Empty {
 
 public:
 
  Empty() { ... }
 
  Empty(const Empty& rhs) { ... )
 
  -Empty( ) { ... }
 
  Empty& operator=(const Empty& rhs) { ... }
 
};

需要注意的是,只要你显式地定义了一个构造函数(不管是有参构造函数还是无参构造函数),编译器将不再为你创建default构造函数。

条款06: 若不想使用编译器自动生成的函数,就该明确拒绝

本条款告诉程序员,如果某些对象是独一无二的(比如房子),你应该禁用copy 构造函数或copy assignment 操作符,可选的方案有两种:

(1) 定义一个公共基类,让所有独一无二的对象继承它,具体如下:

 
class Uncopyable {
 
 protected: //允许derived对象构造和析构
 
  Uncopyable () {}
 
  -Uncopyable(} { }
 
 private:
 
  Uncopyable(const Uncopyable&}; //但阻止copying
 
  Uncopyable& operator=(const Uncopyable&);
 
};

为阻止HomeForSale对象被拷贝,唯一需要做的就是继承Uncopyable:

 
class HomeForSale: private Uncopyable {
 
  …
 
};

这种方法带来的问题是,可能造成多重继承,这回导致很多麻烦。

(2) 创建一个宏,并将之放到每一个独一无二对象的private中,该宏为:

 
// 禁止使用拷贝构造函数和 operator= 赋值操作的宏
 
// 应该类的 private: 中使用
 
#define DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(TypeName) \
 
TypeName(const TypeName&); \
 
void operator=(const TypeName&)

这种方法比第一种方法好,google C++编程规范中提倡使用该方法。

条款07: 为多态基类声明virtual 析构函数

本条款阐述了一个程序员易犯的可能导致内存泄漏的错误,总结了两个程序员应遵守的百编程原则:

(1)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。这样,但用户delete基类指针时,会自动调用派生类的析构函数(而不是只调用基类的析构函数)。

(2)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(polymorphically) ,就不该声明virtual 析构函数。这是因为,当用户将一个函数声明为virtual时,C++编译器会创建虚函数表以完成动态绑定功能,这将带来时间和空间上的花销。

条款08: 到让异常逃离析构函数

(1)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。

(2)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

条款10: 令operator= 返回一个reference to *this

本条款告诉程序员一个默认的法则:为了实现“连锁赋值“,应令operator= 返回一个reference to *this。

条款11: 在operator= 中处理”自我赋值”

本条款讨论了几种编写复制构造函数的正确方法。给出的结论是: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。

(1) 复制构造函数的一种编写方式如下:

 
Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs)
 
{
 
  if (this == &rhs) return *this; //判断是否为同一个对象,如果是自我复制,直接返回
 
  delete pb;
 
  pb = new Bitmap(*rhs.pb);
 
  return *this;
 
}

这个版本存在异常方面的麻烦,即,如果”new Bitmap” 导致异常(不论是因为分配时内存不足或因为Bitmap 的copy构造函数抛出异常) , Widget 最终会持有一个指针指向被删除的Bitmap 。

(2) 让operator= 具备”异常安全性”往往自动获得”自我赋值安全”的回报。因此愈来愈多人对”自我赋值”的处理态度是倾向不去管它,把焦点放在实现”异常安全性” (exception safety) 上,即:

 
widget& Widget::operator=(const Widget& rhs)
 
{
 
  Bitmap* pOrig = pb;
 
  pb = new Bitmap(*rhs.pb);
 
  delete pOrig;
 
  return *this;
 
}

如果”newBitmap” 抛出异常, pb (及其栖身的那个Widget) 保持原状。即使没有证同测试(identity test) ,这段代码还是能够处理自我赋值,但这种方法效率比较低。

(3) 另外一种比较高效的方法是:

 
class Widget {
 
  ……
 
  void swap(Widget& rhs); //交换*this 和rhs 的数据:详见条款29
 
  ……
 
};
 
Widget& Widget::operator=(Widget rhs) //rhs是被传对象的一份复件(副本),注意这里是pass by value.
 
{
 
  swap(rhs); //将*this 的数据和复件/副本的数据互换
 
  return *this;
 
}

条款12: 复制对象时勿忘其每一个成分

本条款阐释了复制对象时容易犯的一些错误,给出的教训是:

(1) 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”。

(2) 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coping 函数共同调。换句话说,如果你发现你的copy 构造函数和copy assignment 操作符有相近的代码,消除重复代码的做法是,建立一个新的成员函数给两者调用。这样的函数往往是private 而且常被命名为init。

3. 资源管理(Resource Management)

条款13: 以对象管理资源

本条款建议程序员使用对象管理资源(如申请的内存),给出的经验是:

(1) 为防止资源泄漏,请使用RAII(“资源取得时机便是初始化时机” (Resource Acquisition Is Initialization; 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。

(2) 两个常被使用的RAII classes 分别是trl: : 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

本条款提醒程序员,使用资源管理类时需根据实际需要管理copying行为,常见的有:抑制copying、施行引用计数法。

条款15: 在资源管理类中提供对原始资源的访问

(1) 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”取得其所管理之资源”的办法。

(2) 对原始资源的访问可能经由显式转换或隐式转换。一般而言显式转换(如调用get()函数)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

本条款给出了程序员在申请和释放资源时常犯的错误,给出的经验是:

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[]。

条款17: 以独立语句将newed 对象置入智能指针

本条款指出了一个使用智能指针时常犯的错误,避免该错误可以这样做:

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。举例:

processWidget(std::trl::shared ptr<W工dget> (new Widget) , priority());

在调用processWidget之前,编译器必须创建代码,做以下三件事:

(1) 调用priority

(2) 执行”new Widget”

(3) 调用trl: : shared_ptr 构造函数

不同的C++ 编译器执行这三条语句的顺序不一样,但对priority的调用可以排在第一或第二或第三执行。如果编译器选择以第二顺位执行且priority函数抛出了异常,则新创建的对象Widget将导致内存泄漏,解决方法如下:

std::trl::shared_ptr<Widget> pw(new Widget); //在独立语句内以智能指针存储Widget对象

processWidget(pw, priority()); //这个调用肯定不存在内存泄漏

4. 设计与声明(Designs and Declarations)

条款18: 让接口容易被正确使用,不易被误用

条款19: 设计class 犹如设计type

条款20: 提倡以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)(所谓切割问题,是指派生类的对象传给基类类型的参数时,派生对象中的一些属性会被截断),需要注意的是,该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(实际上,STL中的迭代器和函数对象只支持值传递)。

条款21: 必须返回对象时,别妄想返回其reference

本条款告诫程序员: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。

下面一一举例说明。

(1) 如果返回pointer 或reference指向一个local stack 对象:

 
const Rational& operator* (const Rational& lhs,const Rational& rhs) {
 
  Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d); //警告!糟糕的代码!
 
  return result;
 
}

解释:result是local对象,而local 对象在函数退出前被销毁,这导致返回值坠入”无定义行为”。

(2) 返回reference 指向一个heap-allocated对象

 
const Rational& operator* (const Rational& lhs,const Rational& rhs) {
 
  Rational* result = new Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
 
  return *result;
 
}

这种方式很容易造成内存泄露,如:

 
Rational w, x, y , z;
 
w = x * y * z; //与operator*(operator*(x, y) , z) 相同,内存泄露

(3) 返回pointer 或reference指向一个local static

 
const Rational& operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
 
  static Rational result;
 
  result = ... ;
 
  return result;
 
}
 
if((a * b) == (c * d)) {
 
  //当乘积相等时,做适当的相应动作;
 
} else {
 
  //当乘积不等时,做适当的相应动作;
 
}

这样做的问题是,(a * b) == (c * d)永远为true。

条款22: 将成员变量声明为private

条款23: 宁以non-member 、non-friend 替换member 函数

条款24 :若所有参数皆需类型转换,请为此采用non-member 函数

当类的构造函数(未声明为explicit)中包含参数时,该参数类型的对象或者数可隐式转换为该对象。如果多个这样的对象之间进行加减乘除,且要让他们全部进行类型转换,需要定义non-member函数(如友元函数)。

条款25:考虑写出一个不抛异常的swap函数

5. 实现(Implementations)

条款26 :尽可能延后变量定义式的出现时间

本条款告诉程序员,如果你定义了一个变量且该类型带一个构造函数或析构函数,当程序到达该变量时,你要承受构造成本,而离开作用域时,你要承受析构成本。为了减少这个成本,最好尽可能延后变量定义式的出现时间。

举例说明:

 
// 此函数太早定义了变量"encrypted"
 
string encryptPassword(const string& password)
 
{
 
  string encrypted;
 
  if (password.length() < MINIMUM_PASSWORD_LENGTH) {
 
   throw logic_error("Password is too short");
 
 }
 
 //进行必要的操作,将口令的加密版本放进encrypted之中;
 
  return encrypted;
 
}

如果该函数抛出异常,变量encrypted便不会被使用。较好的做法是将变量”encrypted”的定义放到要用它的前一句或者能够给它初值实参。

条款27:尽量少做转型

本条款论证了为什么要尽量少做类型转换,并告诉读者,如果必须要进行类型转换,有哪些注意事项。

常见的有三种类型转换方式:

(1) C风格:(T)expression

(2) 函数风格:T(expression)

(3) C++ style cast

[1] const_cast<T>(expression) : 移除变量的const属性

[2] dynamic_cast<T>(expression) : 安全向下转型,即:基类指针/引用到派生类指针/引用的转换。如果源和目标类型没有继承/被继承关系,编译器会报错;否则必须在代码里判断返回值是否为NULL来确认转换是否成功。

[3] reinterpret_cast<T>(expression):底层转换

[4] static_cast<T>(expression):强迫隐式转换,如,将non-const对象转换为const对象,将int转换为double类型。

对于这几种类型转换,给出的建议是“

(1) 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

(2) 宁可使用C++ style转型,不要使用旧式转型。前者容易识别出来,而且也比较有分门别类的指掌。

条款28 :避免返回handles指向对象内部成分

本条款告诫程序员,不要在类方法中返回handles(包括references、指针、迭代器)指向对象内部成分,因为这很容易导致空悬、虚吊(dangling)的对象。

条款29 :为“异常安全“努力是值得的

条款30 :透彻了解inlining的里里外外

Inline函数可免除函数调用成本,提高程序执行效率,但它也会带来负面影响:(1)增大目标代码的大小,有时候会非常庞大,需要动用虚存,这将大大降低程序执行速度。 (2) inline 函数无法随着程序库的升级而升级。换句话说如果f 是程序库内的一个inline 函数,客户将”f 函数本体”编进其程序中,一旦程序库设计者决定改变f ,所有用到f 的客户端程序都必须重新编译。总之,将大多数inlining 限制在小型、被频繁调用的函数身上才是最明智的选择(根据80-20经验准则,80%的时间花在20%的函数上)。

条款31: 将文件间的编译依存关系降至最低

本条款介绍了降低文件间编译依存关系的几种方法。

常见的方法有两种:Handle class和Interface class.

(1) Handle class. main class内含一个指针成员,指向其实现类。这般设计常被称为pimpl idiom (pimpl 是”pointer to implementation” 的缩写,这种class称为“Handle class”。

 
#include "Person.h"
 
#include "PersonImpl.h" //我们也必须#include PersonImpl的class 定义式,否则无法调用其成员函数:注意, PersonImpl 有着和Person完全相同的成员函数,两者接口完全相同。
 
Person::Person(const std::string& name , const Date& birthday,
 
const Address& addr)
 
: pImpl( new PersonImpl(name, birthday,  addr))
 
{}
 
std::string Person;;name() const {
 
  return p Impl->name( );
 
}

(2) Interface class. 实际上就是抽象基类

 

6. 继承与面向对象设计(Inheritance and Object-Oriented Design)

条款32: 确定你的public 继承塑模出is-a 关系

本条款告诉读者一个非常基本的继承思想:”public 继承”意味is唱。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,但反之不然。

条款33: 避免遮掩继承而来的名称

(1) 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。举例:

 
class Base {
 
 private:
 
  int x;
 
 public:
 
  virtual void mfl() = 0;
 
  virtual void mfl(int);
 
  virtual void mf2();
 
  void mf3 ();
 
  void mf3(double);
 
};
 
class Derived: public Base {
 
 public:
 
  virtual void mfl();
 
  void mf3 ();
 
  void mf4 ();
 
  …
 
};

base class 内所有名为mfl 和mf3的函数都被derived class 内的mfl 和mf3函数遮掩掉了。从名称查找观点来看,Base: :mfl 和Base: :mf3 不再被Derived继承!

(2) 为了让被遮掩的名称再见天日,可使用using 声明式或转变函数( forwarding

functions) 。举例说明:

[1] 使用using声明式

 
class Base {
 
 private:
 
  int x;
 
 public:
 
  virtual void mfl() = 0;
 
  virtual void mfl(int);
 
  virtual void mf2();
 
  void mf3 ();
 
}
 
void mf3(double); class Derived: public Base {
 
 public:
 
  using Base::mfl; //使用using 声明式
 
  using Base: :mf3; //使用using 声明式
 
  virtual void mfl();
 
  void mf3 ();
 
  void mf4();
 
}
 
Derived d;
 
int x;
 
d.mf1 () ; //仍调用Derived: :mfl
 
d.mf1 (x); //调用Base: :mfl
 
d.mf2 () ; //调用Base: :mf2
 
d.mf3 ();//调用Derived: :mf3
 
d.mf3 (x); //调用Base: :mf3

[2] 使用转变函数

 
class Derived: private Base (
 
 public:
 
  virtual void mfl () //转变函数(forwading  function) ,
 
  { Base:: mfl ( );} //暗自成为inline
 
}

条款34: 区分接口继承和实现继承

本条款告诉程序员:

(1) 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。

(2) pure virtual 函数只具体指定接口继承。(要求继承者必须重新实现该接口)

(3) 简朴的(非纯) impure virtual 函数具体指定接口继承及缺省实现继承(继承者可自己实现该接口也可使用缺省实现)。

(4) non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承。(继承者必须使用该接口的实现)

举例:

 
class Shape {
 
 public:
 
  virtual void draw( ) const = 0; //pure virtual 函数
 
  virtual void error(const std::string& msg); //简朴的(非纯) impure virtual 函数
 
  int objectID ( ) const;// non-virtual 函数
 
};
 
class Rectangle: public Shape { };
 
class Ellipse: public Shape { };

条款35: 考虑virtual函数以外的其他选择

本条款告诉程序员,当需要使用virtual 函数时,可以考虑其他选择。

Virtual函数的替代方案是:

(1) 使用non-virtual interface(NVI)手法。思想是:将virutal函数放在private中,而在public中使用一个non-virtual函数调用该virtual函数。优点是:用一个不能被子类重定义的函数,做一些预处理、后处理等,子类只需要在private中重新实现virtual函数即可。即:基类给出virtual函数的使用方法,而派生类给出virtual函数的使用方法。

举例:

 
class GameCharacter {
 
 public:
 
  int healthValue() const{                // 1. 子类不能重定义
 
    ...                               // 2. preprocess
 
    int retVal = doHealthValue();     // 2. 真正的工作放到虚函数中
 
    ...                               // 2. postprocess
 
   return retVal;
 
  }
 
  ...
 
 private:
 
  virtual int doHealthValue() const {   // 3. 子类可重定义
 
    ...
 
   }
 
};

(2) 将virtual函数替换为“函数指针成员变量”(这是Strategy设计模式中的一种表现形式)。优点是对象实例和派生类对象,可使用各种实现,也可在运行时随意改;缺点是:该函数不能访问类中的私有成员

举例:

 
class GameCharacter;
 
int defaultHealthCalc(const GameCharacter& gc); // default algorithm
 
class GameCharacter {
 
 public:
 
  typedef int (*HealthCalcFunc)(const GameCharacter&);
 
  explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf = defaultHealthCalc)
 
  : healthFunc(hcf)
 
  {}
 
  int healthValue() const {
 
   return healthFunc(*this);
 
  }
 
  ...
 
 private:
 
  HealthCalcFunc healthFunc;
 
};

(3) 以tr1::function成员变量替换virtual函数,这允许使用任何可调用物搭配一个兼容于需求的签名式。这也是Strategy设计模式的某种形式。这种方式比上面的函数指针更灵活、限制更少:[1]返回值不一定是int,与其兼容即可; [2]可以是function对象; [3]可以是类的成员函数。

(4) 继承体系内的virtual函数替换为另一个继承体系内的virtual函数。这是Strategy设计模式的传统实现手法。这种方式最大的优点是:可以随时添加新的算法。举例:

 
class GameCharacter;
 
class HealthCalcFunc {
 
 public:
 
  ...
 
  virtual int calc(const GameCharacter& gc) const
 
   { ... }
 
  ...
 
};
 
HealthCalcFunc defaultHealthCalc;
 
class GameCharacter {
 
 public:
 
  explicit GameCharacter(HealthCalcFunc *phcf = &defaultHealthCalc)
 
   : pHealthCalc(phcf)
 
    {}
 
  int healthValue() const {
 
   return pHealthCalc->calc(*this);
 
 }
 
  ...
 
private:
 
HealthCalcFunc *pHealthCalc;
 
};

条款36: 绝对不要重新定义继承而来的non-virtual函数

本条款告诫程序员:绝不要重新定义继承而来的non-virtual函数,因为这不仅容易造成错误,而且是一种自相矛盾的设计。 举例:

 
class B{
 
 public:
 
  void func(){ cout<<“B”;}
 
};
 
class D:public B{
 
 public:
 
  void func() { cout<<“D”;}
 
};

下面是对B和D的使用:

 
D dObject;
 
B* basePtr = &dObject;
 
D* dOjbectPtr = &dObject;

看下面这两种调用方式:

 
basePtr->func();
 
dOjbectPtr->func();

你会发现打印结果为:

B

D

解释:在C++继承中,virtual函数是动态绑定的,调用的函数跟指针或者引用实际绑定的那个对象有关,而non-virtual函数是静态绑定的,调用的函数只跟声明的指针或者引用的类型相关。

此外,继承者自己重新实现了non-virtual函数的行为是自相矛盾的。Non-virtual函数是用于同时指定函数接口和函数实现的,既然你想只继承函数接口,就应该定义为non-virtual的。

条款37: 绝对不要重新定义继承而来的缺省参数值

该条款告诫程序员: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。

举例:

 
class Shape{
 
 public:
 
  enum Color{RED,GREEN,BLUE};
 
  virtual void draw(Color color = RED)const = 0;
 
  ...
 
};
 
class Circle:public Shape{
 
 public:
 
  //竟然改变缺省参数值
 
  virtual void draw(Color color = GREEN)const{ ... }
 
};
 
Shape* pc = new Circle;
 
pc->draw(); //注意调用的是: Circle::draw(RED),也就是说,此处的draw函数是基类和派生类的“混合物”。

为什么缺省参数是静态绑定而不是动态绑定呢?主要原因是运行效率。如果是动态绑定,程序员使用起来很方便,但会降低运行效率,C++做了取舍,结果就是现在这样。

条款38:XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

条款39:明智而审慎地使用private继承

(1)如果class之间的继承关系是private。编译器不会自动将一个derived class对象转化为一个base class对象。由private base class继承而来的所有成员,在derived class中都会变成private属性,纵使它们在base class中原来是protected或public属性。

(2)private继承意味is-implemented-in-terms-of,它的级别比组合低,当derived class需要protected base class或者需重新定义继承而来的virtual class时,设计才是合理的。

(3)与复合不同 ,private继承可以使empty base空间最优化。举例:

 
class Empty{}; //empy class
 
clsss HoldsAnyInt{
 
 private:
 
  int x;
 
  Empty e;
 
};//这个的大小为>sizeof(int),Empty空对象需要安插一个char到空对象,并且有齐位需求。
 
class HoldsAnyInt::private Empty{
 
 private:
 
  int x;
 
}; //这个sizeof大小为sizeof(int)
 
补充:
 
class HoldsAnyInt::private Empty{
 
 private:
 
  int cal() = 0;
 
  int x;
 
}; //这个sizeof大小为8, 实际上为size(int) + sizeof(vptr)

条款40:明智而审慎地使用多重继承

(1) 多重继承比单一继承复杂。他可能导致新的歧义性,以及virtual继承的需要

(2) Virtual继承会增加大小、速度、初始化复杂度等等成本。如果virtual base classed不带任何数据,将是最具使用价值的情况。

(3) 多重继承最正当用途是:其中一个设计“public 继承某个interface class”和“priavte继承某个协助实现的class”的两相结合。

7. 模板与泛型编程(Templates and Generic Programming)

条款41:了解隐式接口和编译期多态

(1) class和templates都支持接口(interfaces)和多态(polymorphism)。

(2) 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。

(3) 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)发生于编译期。

条款42:了解typename的双重定义

(1) 声明template参数时,前缀关键字class与typename可互换。

例如:

 
template <class T> //or template <typename T>
 
void swap(T& obj1, T& obj2) {
 
  T temp(obj1);
 
  obj1 = obj2;
 
  obj2 = temp;
 
}

(2) 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 initailization list(成员初值表列)内以作为base class修饰符。

例如,你必须:

 
tempalte <typename C>
 
void print2nd(const C& container)//打印容器内的第二元素
 
{
 
  if( containter.size() >= 2 ){
 
   typename C::const_iterator iter( containter.begin() );
 
   ++iter;
 
   int value = *iter;
 
   std::cout << value;
 
  }
 
}

解释:template内出现的名称如果相依于某个template参数,称之为从属名称;如果从属名称在class内呈嵌套状,称为嵌套从属名称。在上面的例子中,C::const_iterator就是嵌套从属名称。编译器并不知道 const_iterator是个类型,除非你告诉编译器,不然它以为这是C中的static成员变量或者是global变量。

但需要注意一下情况:

 
template <typename T>
 
class Derived:public Base<T>::Nested{ //base class list中不允许出现"typename"
 
 public:
 
  explicit Dervied(int x) : Base<T>::Nested(x){ //成员初始化列表中不允许"typename"
 
  typename Base<T>::Nested temp; //既不在base class list也不在初始化列表中,作为一个base class修饰符需加上typename.
 
  ...
 
  }
 
  ...
 
};

条款43:学习处理模板化基类内的名称

本条款给出了以下问题的解决方案:当基类是模板化的类时,派生类应该怎样调用基类中的函数。

 
template<typename Company>
 
class MsgSender{
 
 public:
 
  ...
 
  void sendClear(const MsgInfo& info){
 
   std::string msg;
 
   ...//根据info产生信息
 
   Company c;
 
   c.sendClearText(msg);
 
  }
 
  void sendSecret(const MsgInfo& info){...} //这里调用的是c.sendEncrypted.
 
};
 
template <typename Company>
 
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Comany>{
 
 public:
 
  ...
 
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){ //为避免"名称遮掩"现象的发生,采用了一个不同的名称
 
   ...// record status information before sending message
 
   sendClear(info);
 
   ...//record status information after sending message.
 
  }
 
  ...
 
};

以上代码直接编译会报错:抛出了”sendClear不存在”的抱怨。解决方法有以下三个:

(1) 在base class函数调用动作之前加上”this->”:

 
template <typename Company>
 
void LoggingMsgSender<Company>::sendClearMsg(const MsgInfo& info){
 
  ...
 
  this->sendClear(info); //ok
 
  ...
 
}

(2) 使用using声明式:

 
template <typename Company>
 
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Company>{
 
 public:
 
  //这里的情况不是base class名称被derived class名称遮掩,而是编译器不进入base base
 
  //作用域查找,于是我们通过using声明式告诉它,请它这么做
 
  using MsgSender<Company>::sendClear;//告诉编译器,请它假设sendClear位于base class内
 
  ...
 
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){
 
   ...
 
   sendClear(info);//ok
 
   ...
 
  }
 
};

(3) 明明白白指出被调用函数位于base class内:

 
template <typename Company>
 
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Company>{
 
 public:
 
  ...
 
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){
 
  ...
 
  MsgSender<Company>::sendClear(info); //ok
 
  ...
 
 }
 
 ...
 
};

条款44:将与参数无关的代码抽离template

(1) 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。

(2) 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。

举个例子,假设现在你要为固定尺寸的矩阵编写一个template类,该类声明要支持矩阵的逆运算,可以采用下面代码:

 
template <typename T, std::size_t n> //矩阵元素类型T,尺寸大小为n
 
class SquareMatrix{
 
 public:
 
   ...
 
   void invert(); //逆运算
 
};

这样定义,声明以下两个对象会产生不同的代码,造成代码膨胀:

 
SquareMatrix<double,5> square1;
 
SquareMatrix<double,10> square2;

减小代码膨胀的方法是采用以下定义:

 
template <typename T > //矩阵元素类型T
 
class SquareMatrix{
 
 public:
 
  ...
 
  void invert(std::size_t n); //把尺寸大小n作为参数
 
};

条款45:运用成员函数模板接受所有兼容类型

本条款告诉你,怎样编写成员函数模板。从下面例子说起:

怎样支持以下操作:

 
template <typename T>
 
class SmartPtr{
 
 public:
 
  explicit SmartPtr(T* realPtr);//智能指针通常以原始指针完成初始化
 
  ...
 
};
 
SmartPtr<Top> top1_smart_ptr = SmartPtr<Middle>(new Middle);
 
SmartPtr<Top> top2_smart_ptr = SmartPtr<Bottom>(new Bottom);
 
SmartPtr<const Top> const_top2_ptr = top1_smart_ptr;

一个比较好的方案是:

 
//根据SmartPtr<U>创建一个SmartPtr<T>,其中T是基类,U是T的派生类
 
template <typename T>
 
class SmartPtr{
 
 public:
 
  template <typename U>
 
  SmartPtr(const SmartPtr<U>& other) :held_ptr_( other.get() ){...} //这里就完成子类向父类的隐式转换过程.
 
  T* get()const{ return held_ptr_;}
 
  ...
 
 private:
 
  T* held_ptr_; //这是SmartPtr持有的内置指针.
 
};

上述中的SmartPtr构造函数便是成员函数模板(member function template),得出的结论是:

(1) 请使用member function template(成员函数模板)生成”可接受所有兼容类型”的函数。

(2) 如果你声明member template用于”泛化copy构造”或”泛化assignment操作”,你还需要声明正常copy构造函数和copy assignment操作符。(不然编译器会为你生成默认的copy构造函数和copy assignment操作符)

条款46:需要类型转换时请为模板定义非成员函数

本条款告诉程序员,当你需要进行类型转化时,为了避免麻烦,最好将模板定义为非成员函数(如friend函数)。

条款47: 请使用traits classes 表现类型信息

条款48: 认识template 元编程

8. 定制new和delete(Customizing new and delete)

条款49: 了解new-handler 的行为

(1) 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。

(2) No-throw 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bad_alloc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口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内应该有一个无穷循环,并在其中尝试分配内存,如果分配失败,就调用new handler。它也应该有能力处理0 bytes申请(对于标准库中的new操作符,当用户申请0bytes,会返回1bytes的空间)。class版本还需要处理“比正确大小更大的(错误)申请”。

需要注意的是,operator new成员函数会被derived classes继承,也就是说, base class的operator new可能被调用以分配derived class对象。因此 derived class的 operator new的代码建议:

 
struct Base{
 
 static void* operator new(std::size_t size) throw( std::bad_alloc );
 
 ...
 
};
 
struct Derived:public Base{...};
 
Derived* p = new Derived;//call Base::operator new.
 
void* Base::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
 
{
 
  if( size != sizeof(Base) ){
 
  return ::operator new( size ); //call standard operator new version.
 
}
 
...
 
}

条款52: 写了placement new 也要写placement delete

1. 当你写一个placement new,请确定也写出对应的placement delete。如果没这样做,你的程序可能会出现微弱时断时续的内存泄漏;

2. 当你写placement new和placement delete时,请确定不要无意识的(非故意的)遮掩了全局范围默认的new/delete版本。

9. 杂项讨论(Miscellany)

条款53: 不要轻忽编译器的警告

条款54: 让自己熟悉包括TR1在内的标准程序库

本条款告诉程序员:

1.C++标准程序库的主要机能由STL、iostreams、locales组成,并包括C99标准程序库。

2.TR1添加了智能指针、一般化函数指针、hash-based容器、正则表达式,以及另外10个组件的支持。

3.TR1自身只是一个规范。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

posted @ 2014-09-24 09:37  海滨银枪小霸王  阅读(176)  评论(0编辑  收藏  举报