《Effective C++》

PART0、前言

• TOPIC
  • 运用c++进行高效编程
• 收获
  • 了解c++如何行为
  • 为什么那样行为
  • 如何运用其行为形成优势

PART1、导读

定义式的任务

• 对象：为此对象拨发内存的地点
• 函数：提供代码本体
• 类：列出他们的成员

c++没有接口的关键字，定义接口就是定义一个全是纯虚函数的类
PS：自定义构造函数后，编译器就不会自动构造默认构造函数

PART2、让自己习惯C++

视c++为一个语言联邦

• 联邦组成
  • c
  • Object-Oriented C++
  • Templete C++
  • STL
• 内置类型值传递通常比引用传递高效的原因
• 传递效率
  • 引用传递本质传递一个指针：不管何种类型指针，默认是4字节
• 执行效率
  • 直接寻址&间接寻址

尽量以const、enum、inline替换#define

• 即“宁以编译器替换预处理器”
• 单纯常量：以const或enum替换#define
• 形似函数的宏，最好改用inline函数替换#define

尽可能使用const

const语法

• 星号左侧出现const：被指物是常量
  const int *ptr
• 星号右侧出现const：指针本身是常量
  int * const ptr
• 右侧两式等价
  const int * ptr
  int const * ptr

const成员函数

• void fun() const;
• 声明const的理由
  • 让编译器知道，该函数不改变类成员变量
  • 提高代码健壮性
• 两个函数如果只是常量性不同，可以被重载
  • const char& operator [] (int position) const;
  • char& operator [] (int position);

确定对象被使用前已先被初始化

• c++对对象的初始化反复无常，不能保证始终初始化
• 策略
  • 内置类型：使用对象前手工完成初始化
  • 引用类型：初始化责任落在构造函数上
    • 构造函数中使用形如：myName = name，并非初始化，而是赋值
      • 因为调用带参构造函数前，首先调用默认构造函数
    • 正确初始化：使用成员初始化列表的做法

PART3、构造、析构、赋值运算

条款05、了解C++默默编写并调用哪些函数

• 如无声明，编译器会为类默默声明
  • copy构造函数
  • copy assignment 操作符
  • 析构函数

条款06、若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝

• 如何拒绝
  • 主动声明，且将其声明为private
  • 为防止友元或成员函数调用，故意不实现函数
  • 使用像Uncopyable这样的base class

    •   该方式是上述两点的综合
      

• 用了上述方式
  • 企图拷贝、赋值时，编译器报错
• 友元、成员函数调用时，链接器报错

条款07、为多态基类声明virtual析构函数

• class只有有虚函数，一般也要有一个虚析构函数
  • 原因：防止只销毁base部分，derived部分没被销毁
• 注意：把string、vector、list等标准库中不带virtual析构函数的类当做base class
• c++没有类似java中final或c#中sealed的关键字

条款08、别让异常逃离析构函数

• 最好不要在析构函数中抛异常
• 实在需要在析构函数中执行动作，该如何避免
  • 调用abort
  • 吞下异常
  • 提供普通函数执行动作

条款09、绝不在构造、析构函数中调用virtual函数

• 因为这样不能实现多态，只会调用base的函数
  • 派生类构造函数，一般先调用父类构造函数
  • base class构造期间，virtual函数不是virtual函数
  • 在derived class对象的base class构造期间，对象的类型是base class，而不是derived class
• derived class析构函数开始执行时，相应的derived class成员变量便呈现未定义值，派生类先执行派生类析构函数，再执行基类析构函数

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

• 原因：实现连续赋值
• 例子：x = y = z = 15
• 该条款只是个协议，无强制性

条款11、在operator=中处理“自我赋值”

• 例子：int a; a = a;
• 例子：p =q（两个指针指向同一变量）

条款12、复制对象时勿忘其每一个成分

• class每添加一个成员变量
  • 修改拷贝构造函数
  • 修改copy assignment操作
• copy构造和copy assignment操作符有相近的代码
  • 可建立新的成员函数给两者调用

PART4、资源管理

条款13、以对象管理资源

• 资源

  • 资源由系统给予，用完须还给系统
  • 常使用的资源
    1、内存（动态分配内存）
    2、文件描述器
    3、互斥锁
    4、数据库连接
    5、网络sockets

• 有new，就要delete，有malloc，就要free

  • 但这还不够，因为代码可能因种种原因没运行到delete或free
  • 出现异常的情况
    1、区域内有一个过早return语句
    2、delete位于循环内，程序过早break或goto，跳出了循环
    3、区域内抛出异常
  • 上述异常情况，如果是个人开发，谨慎一点依然可以防止错误，但团队开发不行
    • 单纯依赖“对象总是会执行delete语句的”是行不通的

• 策略：把资源放进对象内

  • 依赖c++的析构函数自动调用机制来确保资源被释放
    • 在析构函数中对对象调用delete
  • 关键想法
    1、获得资源后立刻放进管理对象
    2、运用析构函数确保资源被释放
  • 存放资源的对象即是智能指针
    • auto_ptr
      • 切记不能让多个auto_ptr同时指向同一个对象，防止野指针
      • 不同寻常的性质
        • 通过拷贝构造函数或opertor=复制的话，原指针变成null，复制所得指针取得资源唯一拥有权
        • 这一性质使得其并非动态分配资源的最佳对象
        • STL容器要求其元素有正常的复制行为，因此这些容器不能* 用auto_ptr
    • shared_ptr
      持续追踪共有多少对象指向资源
      无人指向时自动删除资源
      引用计数型
    • c++中没有特别针对“动态分配数组”而设计的智能指针
      • auto_ptr和shared_ptr在析构函数中做delete而不是delete[]
      • 原因是c++中有vector和string对象取代数组
      • 实在要用的话，可求助boost
        • boost::scoped_array
        • boost::shared_array
  • 为防止资源泄漏，使用智能对象，在构造函数中获得资源，在析构函数中释放资源

条款14、在资源管理类中小心copy行为

小心copy行为的几种做法

• 禁止复制
  继承ucopyable,详见条款6
• 对底层资源使用“引用计数法”
  shared_ptr的做法
• 复制底部资源
  深度拷贝
• 转移底部资源的拥有权
  autor_ptr的做法

条款15、在资源管理类中提供对原始资源的访问

• 智能对象应该提供一个取得原始资源的方法
• 对原始资源的访问经由显式转换（安全）或隐式转换（方便客户）

条款16、成对使用new和delete时要采取相同形式

• 使用new生成对象，有两件事会发生
  1、内存被分配出来
  2、对此内存，有一个以上的构造函数被调用
• 使用delete释放对象，也有两件事发生
  1、对此内存，有一个以上的析构函数被调用
  2、内存被释放
• new时使用[],delete时也使用[]
• ps：尽量不要对数组形式做typedef动作

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对象存储于智能指针内，防止异常抛出，导致资源泄漏
• 原型：std::tr1::shared_ptr<Widget> pw(new Widget)

PART5、设计与声明

条款18、让接口容易被正确使用，不易被误用

• 尽量让你的type与内置type一致
  • 接口一致性
• 阻止误用的方法
  • 建立新类型
  • 限制类型上的操作
  • 束缚对象的值
  • 消除客户的资源管理责任
• 支持定制型删除器：防止DLL问题
  • 引用计数为0是调用删除器

条款19、设计class犹如设计type

高效设计type的规范

• 新type对象应该如何被创建和销毁
  • 构造函数（内存分配函数）设计
  • 析构函数（内存释放函数）设计
• 对象初始化和赋值有什么差别
• 什么是新type的合法值
• 新type的对象如果被pass by value，意味着什么
• 详见P84-85

条款20、宁以常量引用传递替换值传递

• 该规则不适用于内置类型以及STL中的迭代器和函数对象
  • 对于这些小型对象，执行效率与传递效率均比常量引用传递高
• 对于引用类型，则适用该规则
  • 常量引用传递减少构造对象的成本
  • 还可避免对象切割问题
    • 但能调用derived class中的成员吗？

条款21、必须返回对象时，别妄想返回其reference

• 函数返回一个引用或者指针
  • 如果指向local对象，将发生内存泄露
  • 如果指向动态对象（存于heap）
    • 对象的delete操作不明确，同样会造成资源泄漏
  • 如果指向static对象，则可能发生线程安全
• 正确策略：返回对象
  • 构造与析构成本代价高，但一般编译器有做优化，可消除这一代价

条款22、将成员变量声明为private

• 为什么不是public？
  1、一致性：统一函数均为public，变量为private
  这样用户使用该类均是调用函数，不用犹豫该不该加（）
  2、精确控制：可实现不准访问，读写访问，只读访问
  3、封装：成员变量改变时，外部代码不会受到破坏
• protected成员封装性不一定高于public~
  • 取决于代码破坏量

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

• 误解：写成member函数可以提高封装性，其实反而降低了封装性
• 例子
• 使用non-member、non-friend，增加
  • 封装性
  • 包裹弹性
  • 机能扩充性

条款24、若所有参数皆需类型转换，请为此采用non-member函数
条款25、考虑写出一个不抛异常的swap函数

• swap传入的两个参数是
  • 对象形式的话，使用临时变量方法无可厚非
  • 指针的话，依然使用临时变量方法效率太低
    • 策略：自己写一个成员函数

PART6、实现

实现须知

• 太快定义变量
  • 造成效率上的拖延
• 过度使用转型
  • 代码变慢又难维护
  • 招来难以理解的错误
• 返回对象内部数据的地址
  • 破坏封装
  • 留给客户虚吊号码牌（野指针）
• 未考虑异常带来的冲击
  • 资源泄漏
  • 数据败坏
• 过度inlining
  • 引起代码膨胀
• 过度耦合
  • 不尽人意的冗长build时间

条款26、尽可能延后变量定义式的出现时间

• 变量定义式与真正使用该变量的间隔要尽可能短
• 防止间隔中代码抛异常，白白付出了变量的构造和析构成本

条款27、尽量少做转型动作

转型语法

• c风格(旧式转型)
  1、( T )expression
  2、T( expression )

• c++风格

  • const_cast<T>( exp )
    • 常量性转除
    • 唯一有此能力c++风格方式
  • dynamic_cast<T>( exp )
    • 安全向下转型
    • 决定某对象是否归属继承体系中的某个类型
    • 旧式转型无法执行
    • 运行成本高
    • 应用场合
      • 在derived类对象上执行操作函数，但手上只有base的指针或引用
  • reinterpret_cast<T>( exp )
    • 执行低级转型
      • 低级转型：int指针转型为int
    • 实际效果取决于编译器
  • static_cast<T>( exp )
    • 强迫隐式转换
    • 可执行上述多种转换的反向转换
    • 例子
      • non-const对象转const对象
      • int转double（向上转）
      • void*指针 转 typed指针
      • pointer2base 转 pointer2derived
      • 无法将const转non-const，只有const_cast能

• 旧式转型仍合法

• 新式转型较受欢迎的原因
  1、易辨识，易排bug
  2、转型动作目标窄化，编译器更容易诊断错误

• 错误观念：
  转型什么也没做，只是告诉编译器把某类型视为另一类型

• c++中，如果派生类中虚函数第一个动作是调用base class的对应函数，其原型：

  • base::vir();
  • 错误做法
    • 类型转换：static_cast<base>(*this).vir()
    • Java后遗症：super();

• 优秀的c++代码很少使用转型

条款28、避免返回handles指向对象内部成分

• 形式：返回handles（reference、指针、迭代器）指向private内部数据
• 危害：造成调用者可通过引用更改内部数据
• 预防：加const
  • 但依然有后遗症：导致悬垂指针、handle

条款29、为异常安全而努力是值得的

• 带有异常安全性的函数会
  • 不泄漏任何资源
  • 不允许数据破坏
• 异常安全函数保证
  • 基本承诺
    • 异常被抛出，程序内任何事物仍保持有效状态
  • 强烈保证
    • 异常抛出，程序状态不改变
    • 函数要么完全成功，要么完全失败，没有部分成功
    • 实现形式：copy and swap
    • 类似数据库事务的roll back
    • 类似怀孕，要么怀了，要么没怀，木有部分怀孕的说法
  • 不抛掷保证
    • 承诺绝不抛出异常
    • 即是什么都不做？

条款30、透彻了解inlining的里里外外

• inline函数
  • 看着像函数，动作像函数，但又不需承受函数调用的开销
  • 编译器会对inline函数有特殊照顾
    • 对inline函数执行最优化
  • 比宏好的多
  • 缺点
    1、增加目标代码大小
    2、代码膨胀导致额外的换页行为，降低高速缓存的命中率
• 错误观念：函数模板一定必须是inline
  • template的具现化与inline无关
  • 如果想让template内联化，请显示声明inline
• 一般虚函数会使inlining落空
  • virtual意味着等待，直到运行期才确定调用那个函数
  • inline意味着执行前，先将调用动作替换为被调用函数的本体
• 使用函数指针进行的调用，不会inlining
• 构造/析构函数不适合inlining，特别是成员变量特多的类
• inline函数无法调试
  • vs2010下是可以的~~
• inline应用场合
  • 小型、被频繁调用的函数

相关细节

• 许多环境中，template定义式通常只能置于头文件内，无法分离编译
  • 另有些环境支持分离编译，但很少
  • 如果编译器支持export关键字，也可实现分离编译
    • 但支持的编译器也很少

PART7、继承与面向对象设计

条款31、将文件间的编译依存关系降至最低

• 使用引用对象、指针对象可以完成任务，就不要直接使用对象
• 尽量以class声明式替换class定义式
• 使编译依存性最小化的方式
  • handle class
  • interface class

条款32、确定你的public继承塑模出is-a关系

• 适用于base class的事情一定也适用于derived class
• 每个derived class 对象也都是一个base class对象

条款33、避免遮掩继承而来的名称

• derived class内实现虚函数写不写virtual关键字
• 派生类的名称会遮掩基类的名称
• 让基类被遮掩的名称再见天日的方法
  • using 声明式
  • 转交函数

条款34、区分接口继承、实现继承

• 纯虚函数只具体指定接口继承
• 虚函数具体制定接口继承和缺省实现继承
• 一般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函数以外的其他选择

• Non-Virtual-Interface实现
  • 将原来的虚函数改为普通public成员函数
  • 普通成员函数调用私有虚函数

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

• 静态绑定又称前期绑定
• 动态绑定又名后期绑定
• 基类和派生类中同一函数均有缺省参数值的后果
  • 基类和派生类各出一半力
  • 缺省参数值是静态绑定，而虚函数要求的是动态绑定
  • 原因：程序执行速度和编译器实现的简易度

条款38、通过复合塑模处has-a或根据某物实现出

• 复合两意义
  • has-a
  • is-implemented-in-terms-of
    • 例子：set和list的关系

条款39、明智而审慎的使用private继承

• private继承的话，编译器不会自动将一个派生对象转换为一个base对象
• private继承是为了采用base已经准备的某些特性，不意味base和derived之间有什么关系
• private是一种实现技术
  • 无设计层面上的意义
  • 其意义只及于软件实现层面

条款40、明智而审慎的使用多继承

• 多继承会造成多种后患
  • 继承多个base，如果base中有相同的名称，会导致歧义
  • 钻石型多重继承
    多个base又都继承同一个base
    virtual继承会增加成本