Effective C++ 总结（二）

四.设计与声明
    

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     条款18：让接口容易被正确使用，不易被误用

     理想上，如果客户企图使用某个接口而却没有获得他所预期的行为，这个代码不该通过编译；如果代码通过了编译，它的行为就应该是客户所想要的。欲开发一个“容易被正确使用，不容易被误用”的接口，首先必须考虑客户可能做出什么样的错误。

   class Data{

   public:

          Data(int month,int day,int year)

           .... 

   }

    上面这个类如果传入30,3,1990就会出现问题，因为我们没有任何预防机制阻止此类问题的发生

    这个错误可以利用导入新类型而获得预防，我们可以导入简单的包装类型（wrapper types）来处理此类问题。

struct Day{                                                  struct Month{                                                             struct Year{

   explict Day(int d):val(d){}                             explict Month(int m):val(m){}                                     explict Year(int y):val(y){} 

   int val;                                                            int val;                                                                        int val; 

  }                                                                }                                                                               }

　　

　　从而可以向下面这样调用：

class Data{
        public:
               Data(const Month&m, const &Day, const Year& y);
                ..........
     }
    Data d(Month(3),Day(30),Year(1990));

　　对日期进行类似的类型封装，能有效地避免不恰当的日期赋值。

　　“除非有好的理由，否则应该尽量令你的类型（定义的类）的行为与内置类型一致”。

　　在资源管理方面，也许我们应该“先发制人”，即让函数返回一个资源的指针改为返回一个智能指针。例如：
      std::tr1::shared_ptr<Investment> createInvestment();
      这便实质上强迫客户将返回值存储于一个tr1::shared_ptr内，几乎消除了忘记删除底部Investment对象的可能性。 tr1::shared_ptr提供的某个构造函数接受两个实参：一个是被管理的指针，另一个是引用次数变成0时被调用的“删除器”。 tr1::shared_ptr允许我们自己制定第二个参数，这是安全的。但是留给客户，那也许存在危险。

std::tr1::shared_ptr<Investment>         //tr1::shared_ptr构造函数坚持第一个参数必须是个指针。
pInv(static_cast<Investment*>(0), getRidOfInvestment); 

tr1::shared_ptr有一个特别好的性质是：它会自动使用它的“每个指针专属的删除器”，因而消除另一个潜在的客户错误：所谓的“cross-DLL problem”（对象在一个DLL被new创建，却在另一个DLL中delete销毁）。因为它缺省的删除器是来自“tr1::shared_ptr诞生所在的那个DLL”的delete。

     请记住：

• 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 支持定制删除器。这可防范DLL问题，可被用来自动解除互斥量等等。   

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    条款19：设计class犹如设计type

　　C++就像在其它面向对象编程语言一样，当你定义一个新class，也就定义了一个新type。这意味着你并不只是类的设计者，更是类型的设计者。重载函数和操作符、控制内存的分配和归还、定义对象的初始化和终结......全部在你手上。
　　设计优秀的类是一项艰巨的工作，因为涉及好的类型是一项艰巨的工作。好的类型有自然的语法，直观的语义，以及一或多个高效实现品。
     设计一个良好的类，或者称作类型，考虑一下设计规范：

• 新类型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？
• 新类型的对象如果被passed by value（值传递），意味着什么？
• 什么是新类型的“合法值”？
• 你的新类型需要配合某个继承图系吗？
• 你的新类型需要什么样的转换？
• 什么样的操作符和函数对此新类型而言是合理的？
• 什么样的标准函数应该驳回？
• 谁该取用新类型的成员？
• 什么是新类型的“未声明接口”？
• 你的新类型有多少一般化？
• 你真的需要一个新类型吗？   

    请记住：

• Class的设计就是type的设计。在定义一个新的type之前，请确定你已经考虑过本条款覆盖的所有讨论主题。 

• 所有讨论主题。   

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    条款20：宁以pass-by-reference-to-const替代psss-by-value

　　缺省情况下C++以by value方式传递对象至函数。除非你另外指定，否则函数参数都是以实际实参的副本为初值，而调用端所获得的亦是返回值的一个副本。这些副本由对象的拷贝构造函数产生。
     所以在以对象为by value时，可能会调用相应的构造函数（成员对象的构造、基类对象的构造），然后调用对应的析构函数。所以以by value的形式开销还是比较大的。
     如果我们用 pass-by-reference-to-const，例如：
     bool validateStudent(const Student& s);     //const，希望别对传入对象进行不恰当的修改；
     这种传递方式效率高得多：没有任何构造函数或析构函数被调用，因为没有任何新对象被创建。
     以传引用方式传递参数也可以避免对象切割问题：即当一个派生类对象以传值的方式传递并被视为一个基类对象，基类对象的拷贝构造函数会被调用，而“造成此对象的行为像个派生类对象”的那些特化性质全被切割掉了，仅仅留下了基类对象。这一般不是你想要的。
    所以我们一般的做法应该是这样：内置对象和STL的迭代器和函数对象，我们一般以传值的方式传递，而其它的任何东西都以传引用的方式传递。

    请记住：

• 尽量以pass-by-reference-to-const替代pass-by-value。前者通常比较高效，并可避免切割问题。
• 以上规则并不使用于内置类型，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。  

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    条款21：必须返回对象时，别妄想返回其reference

　　当一个函数“必须返回新对象”时，就让它返回新对象。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。举例说明如下：

（1）如果返回pointer 或reference指向一个local stack 对象（函数的stack对象指函数的参数、局部变量、返回值；存放在函数stack空间）:

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：local对象在函数退出前被销毁了

（2）返回reference 指向一个heap-allocated对象（Heap-based对象指有new 和 malloc之类的函数分配的对象，存放在heap空间）

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

　　解释：容易导致内存泄露，因为没有谁对new出来的对象实施delete操作。（new 与 delete 成对出现的规则）

（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;
}

　　在下面的调用中，将出现错误：

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;
}

　　解释：(a * b) == (c * d)永远为true，因为两次operator*调用的确调用了各自的 static Rational 对象值，但他们返回的都是Reference，因此调用端看到的永远是static Rational的“现值”。

　　所以，我们最终的选择是通过pass-by-value来返回新的对象。

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

 

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    条款22：将成员变量声明为private

　　首先是代码的一致性（调用public成员时不用考虑是成员还是函数）。

　　其次封装性，都写成函数进行访问可以提供以后修改访问方法的可能性，而不影响使用方法。另外，public 影响的是所有使用者，而 protected 影响的是所有继承者，都影响巨大，所以都不建议声明成员变量。

     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。

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

　　想像有个class用来表示网页浏览器。这样的class可能提供的众多函数中，有一个用来清除下载元素的高速缓冲区(cache of downloaded elements)、清除访问过的URLs的历史记录、以及移除系统中所有的cookies。

class WebBrowse
{
public:
    void clearCache();
    void clearHistroy();
    void removeCookies();
};

　　许多用户想一个函数来执行整个动作，因些WebBrowse也提供这样一个函数：

class WebBrowse
{
public:
    //...
    void clearEverything();//依次调用clearCache(),clearHistory(),removeCookies()
};

　　当然这个功能也可以由一个non-member函数来完成：

void clearEverything(WebBrowse& wb)
{
    wb.clearCache();
    wb.clearHistory();
    wb.removeCookies();
}

　　问题：那么哪一个比较好呢？

　　根据面向对象守则要求，数据以及操作的那些函数应该捆绑在一块，这意味着member函数是较好的选择。不幸的是这个建议不正确。面向对象要求数据应该尽可能被封装。

　　member函数带来的封闭性比non-member函数低，因为non-member函数并不增加“能够访问class内之private成份”的函数数量。

　　此外，提供non-member函数可以允许对WebBrowse相关机能能有较大的包裹弹性，而那最终导致较低的编译相依度，增加WebBrowse的可延伸性。

　　如果我们把WebBrowse相关的功能设计为non-member函数，然后和WebBrowse放在同一个namespace中（namespace可以跨越多个源码文件，而class不能。namespace 可以是不连续的，他有多个文件中定义部分的综合构成，是可积累的）

namespace WebBrowsesStuff{
    class WebBrowse{..}
    void clearEverything(WebBrowse& wb)
}

　　而这种切割方式并不适用于 class 成员函数，因为一个 class 必须整体定义，不能被切割为片断。

　　请记住

•   宁可拿non-member non-friend函数替换member函数。这样做可以增加封装性、包裹弹性和机能扩充性。

 

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    条款24：若所有参数皆需类型转换，请为此采用non-member函数

 

　　当我们为一个有理数类的设计一个乘法操作符的重载函数，如果我们把它作为类的成员：

class Rational
{
public:
    //...
    const Rational operator*(const Rational &lhs);
};

　　当我们尝试混合算术的时候，你会发现只有一半行得通：

Rational result, oneHalf;
result = oneHalf * 2;
result = 2 * oneHalf;

　　第一个正确，应为它等价于result= oneHalf.operator(2)，2发生了隐式类型转换，由于Rational的单参数构造函数是non-explicit的，所以以2为参数调用构造函数生成一个临时对象，然后用这个临时对象和oneHalf做“*”,相当于：

      const Rational temp(2);

      result = oneHalf * temp;

      第二个错误，因为它等价于result=2.operator*(oneHalf)。

　　所以，如果我们想执行上面的操作，我们需要将这个重载函数设计为non-member函数。

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);

　　如果你需要为某个函数的所有参数（包括被this指针所指向的那个隐喻参数）进行类型转换，那么这个函数必须是个non-member

class Rational
{
public:
    Rational(int i):val(i){};
    int getValue() const{return val;};
private:
    int val;
};

const Rational operator*(const Rational& lhs,const Rational& rhs)
{   
    return Rational(lhs.getValue() * rhs.getValue());
}

int main()
{
    Rational lhs(2);
    Rational rhs(3);
    Rational hs=lhs*rhs;
    cout<<hs.getValue()<<endl;
    return 0;
}

　

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　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 template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。