《Effective C++》 阅读小结 (笔记)

　　A person who is virtuous is also courteous.

　　"有德者必知礼"

书本介绍：《Effective C++：改善程序与设计的55个具体做法》(中文版)(第3版)

一、让自己习惯C++

　　1、如今的C++是一个多重范型的编程语言，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）；

　　2、因为或许 #define 不被视为语言的一部分，你所使用的名称可能并未进入记号表（symbol table），所以：

　　　　①对于单纯常量，最好以 const 对象或 enums 替换 #defines ；

　　　　②对于形似函数的宏(macros)，最好用 inline 函数替换 #defines ；

　　3、 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；

　　4、 class 成员的初始化次序总是相同：先 base classes 成员，后 derived classes 成员； class 内的成员按声明次序被初始化；

　　5、所谓 static 对象，其寿命从被构造出来直到程序结束为止。这种对象包括： global 对象、定义于 namespace 作用域内的对象、在 classes 内、在函数内、以及在file作用域内被声明为 static 的对象；

　　6、因为C++不保证为内置对象进行默认初始化，所以我们必须进行手工初始化；

　　7、构造函数最好使用成员成员初值列，而不要在构造函数本体内使用赋值操作; 初值列列出的成员变量，其排列次序应该和他们在 class 中的声明次序相同；

　　8、为了避免“跨编译单元之初始化次序”问题，应该用 local static 对象替换 non-local static 对象；

二、构造/析构/赋值运算

　　1、当用户没有声明时，编译器将会自动声明一个构造函数、一个 copy 构造函数、一个 copy assignment 操作符和一个析构函数，但是只有当这些函数被调用的时候才会被编译器创建出来；

　　2、在以下几种情况下，编译器不会生成默认的 copy assignment 操作符：

　　　　① class 内包含 reference 成员；

　　　　② class 内包含 const 成员；

　　　　③ base classes 将 copy assignment 声明为 private ；

　　3、为了阻止编译器自动声明的行为，可以将相应的成员函数声明为 private 并且不予实现，或者声明一个空基类，将对应的成员函数声明为 private 并 private 继承它；

　　4、带多态性质的（polymorphic） base classes 应该声明一个 virtual 析构函数；只要 class 带有任何 virtual 函数，它就应该拥有一个 virtual 析构函数；

　　5、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（不传播）或结束程序；

　　6、如果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；

　　7、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 ， virtual 函数不是 virtual 函数，对象在 derived class 的构造函数执行之前不会成为一个 derived class 对象，所以不会发生动态绑定，此时调用 virtual 函数将得不到正确的版本；

　　8、重载赋值运算符（=，+=，-=，*=等）时应该返回一个 reference to *this ；

　　9、为了确保对象自我赋值时 operator= 有良好行为，我们可以通过 比较“来源对象”和“目标对象”的地址、合理安排语句顺序、以及 copy-and-swap  技术来实现 operator= ；

　　10、必须确保：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；

　　11、当编写一个 copying 函数时，请确保：①复制所有 local 成员变量；②调用所有 base classes 内的适当 copying 函数；

　　12、如果你发现你的 copy 构造函数和 copy assignment 操作符有相近的代码时，不要尝试以某个 copying 函数实现另一个 copying 函数，应该将相同的功能实现为一个名为 init 的 private 函数以供两个 copying 函数共同调用；

三、资源管理

　　1、以对象管理资源，又被称为 资源取得时机便是初始化时机（Resource Acquisition Is Initialization; RAII），它有两个关键想法：

　　　　①获得资源后立刻放进管理对象内；

　　　　②管理对象运用析构函数确保资源被释放；

　　2、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；

　　3、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”的方法；

　　4、成对使用 new 和 delete 时要采取相同形式，最好尽量不要对数组形式做 typedefs 动作；

　　5、由于编译器对于“跨越语句的各项操作”没有重新排列的自由，所以应该以独立语句将newed对象存储于智能指针内，在作为函数参数；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；

四、设计与声明

　　1、让接口容易被正确使用，不易被误用：

　　　　①“促进正确使用”的方法包括接口的一致性，以及与内置类型的行为兼容；

　　　　②“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；

　　2、把设计一个 class 当作设计一个 type ，在设计一个 class 的时候，请先考虑以下问题： （重点！！！）

　　　　①新 type 的对象应该如何被创建和销毁？（构造和析构）

　　　　②对象的初始化和对象的赋值该有什么样的差别？（资源管理）

　　　　③新 type 的对象如果被 passed by value （以值传递），意味着什么？（资源管理）

　　　　④什么是新 type 的“合法值”？（接口和异常）

　　　　⑤你的新 type 需要配合某个继承图系（inheritance graph）吗？（继承和派生）

　　　　⑥你的新 type 需要什么样的转换？（类型转换）

　　　　⑦什么样的操作符和函数对此新 type 而言是合理的？（运算符）

　　　　⑧什么样的标准函数（ copy 构造等）应该驳回（禁止编译器自动声明和创建）？（拷贝控制）

　　　　⑨谁该取用新 type 的成员？（成员的访问权限）

　　　　⑩什么是新 type 的“未声明接口”（underclared interface）？（资源管理、异常和效率）

　　　　+1：你的新 type 有多么一般化？（类模板）

　　　　+2：你真的需要一个新 type 吗？（继承和派生）

　　3、对于自定义类型，尽量以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value ，这通常比较高效，并且可以避免切割问题；对于内置类型、STL的迭代器和函数对象， pass-by-value 往往比较适当；

　　4、绝对不要返回 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；

　　5、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；

　　6、如果你需要为某个函数的所有参数（包括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 ；

　　7、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；

　　8、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 ；

　　9、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”；

五、实现

　　1、对象在定义时总会伴随着构造函数的执行，所以应该尽可能延后对象或变量定义式的出现，这样可以增加程序的清晰度并改善程序效率；

　　2、单一对象（例如一个类型为Derived的对象）可能拥有一个以上的地址（例如“以Base*指向它”时的地址和“以Derived*指向它”时的地址）；

　　3、如果可以，尽量避免转型；如果转型是必要的，试着将它隐藏于某个函数背后；宁可使用C++-style转型，不要使用旧式转型；

　　4、避免返回handles（包括referencees、指针、迭代器）指向对象内部，这样可以增加封装性，帮助 const 成员函数的行为像个 const ；

　　5、异常安全函数应该提供以下三个保证之一：

　　　　①基本承诺：如果异常被抛出，程序内的任何事物任然保持在有效状态下；

　　　　②强烈保证：如果异常被抛出，程序状态不改变；（ copy-and-swap ）

　　　　③不抛掷保证：承诺绝不抛出异常，因为他们总是能够完成它们原先承诺的功能；

　　6、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；

　　7、支持“编译依存性最小化”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；

　　8、程序库头文件应该以“完全且仅有声明式”的形式存在，这种做法不论是否涉及 templates 都适用；

六、继承与面向对象设计

　　1、 public inheritance （公开继承）意味着“is-a”（是一种）关系。适用于 base class 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；

　　2、世界上并存在一个“适用于所有软件”的完美设计。所谓最佳设计，取决于系统希望做什么事，包括现在与未来；

　　3、如果你继承 base class 并加上重载函数，而你又希望重新定义或覆写（推翻）其中一部分，那么你必须为那些原本会被掩盖的每个名称引入一个 using 声明式；

　　4、 base class 中为 pure virtual 函数给出一份实现可以将该函数分割为两个基本要素：其声明部分表现的是接口（那是 derived classes 必须使用的），其定义部分则表现出缺省行为（那是 derived classes 可能使用的，但只有在它们明确提出申请时才是）；

　　5、对于接口继承与实现继承：

　　　　① pure virtual 函数只具体指定接口继承；

　　　　② impure virtual 函数具体指定接口继承及缺省实现继承；

　　　　③ non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承；

　　6、当你为解决问题而寻找某个设计方法时，不妨考虑 virtual 函数的替代方案：

　　　　①使用non-virtual interface（NVI）手法；

　　　　②将 virtual 函数替换为“函数指针成员变量”；

　　　　③以 tr1::function 成员变量替换 virtual 函数；

　　　　④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；

　　7、任何情况下都不应该重新定义一个继承而来的 non-virtual 函数；

　　8、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 函数却是动态绑定；

　　9、如果 classes 之间的继承关系是 private ：

　　　　①编译器不会自动将一个 derived class 对象转换为一个 base class 对象；

　　　　②由 private base class 继承而来的所有成员，在 derived class 中都会变成 private 属性；

　　10、多重继承比单一继承复杂，他可能导致新的歧义性，以及对 virtual 继承的需要，而 virtual 继承会增加大小、速度、初始化（及赋值）复杂度等等成本；只有当 virtual base classes 不带任何数据时，它才最具实用价值；

七、模板与泛型编程

　　1、 classes 和 template 都支持接口（interfacees）和多态（polymorphism）：

　　　　①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；

　　　　②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；

　　2、声明 template 参数时，前缀关键字 class 和 typename 可互换；

　　3、使用关键字 typename 标识嵌套从属类型名称，但不得在base class lists（基类列表）或member initialization list(成员初始列表)内以它作为 base class 修饰符；

　　4、如何使用基类模板中的名称：

　　　　①在 base class 函数调用动作之前加上“ this-> ”；

　　　　②使用 using 声明式；

　　　　③明白指出被调用的函数位于 base class 内；

　　5、 templatees 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；

　　6、因非类型模板参数（non-type template parameters）而造成的代码膨胀，往往可以消除，做法是以函数参数或 class 成员变量替换 template 参数；

　　7、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；

　　8、使用member function templatees（成员函数模板）生成“可接受所有兼容类型”的函数；

　　9、当编写一个 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”；

　　10、如何设计并实现一个 traits class ：

　　　　①确认若干你希望将来可取得的类型相关信息；

　　　　②为该信息选择一个名称；

　　　　③提供一个 template 和一组特化版本，内含你希望支持的类型相关信息；

　　11、如何使用一个 traits class ：

　　　　①建立一组重载函数或函数模板，彼此间的差异只在于各自的 traits 参数，令每个函数实现码与其接受之 traits 信息相应和；

　　　　②建立一个控制函数或函数模板，它调用上述函数（模板）并传递 traits class 所提供的信息；

　　12、template metaprogramming（TMP，模板元编程）可将工作由运行期移往编译期，因而得以实现早期错误侦测和更高的执行效率；

八、定制new和delete

　　1、当 operator new 抛出异常以反映一个未获满足的内存需求之前，它会先调用一个客户指定的错误处理函数，一个所谓的 new-handler ；

　　2、如何设计一个良好的 new-handler ：

　　　　①让更多内存可被使用；

　　　　②安装另一个 new-handler ；

　　　　③卸除 new-handler （将 null 指针传给 set_new_handler ）；

　　　　④抛出 bad_alloc （或派生自 bad_alloc ）的异常；

　　　　⑤不返回（调用 abort 或 exit ）；

　　3、 static 成员必须在 class 定义式之外被定义（除非他们是 const 而且是整数型）；

　　4、 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；

　　5、Nothrow new是一个颇为局限的工具，因为它只适用于内存分配，后继的构造函数调用还是可能抛出异常；

　　6、有许多理由需要写个自定义的  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；

　　7、 operator new 应该内含一个无穷循环，并在其中尝试分配内存，如果他无法满足内存需求，就该调用 new-handler ，它也应该有能力处理 0 byte 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”；

　　8、 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”；

九、杂项讨论

　　1、严肃对待编译器发出的警告信息，但不要过度依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；

　　2、C++标准程序库的主要技能由STL、iostreams、locales组成，并包含C99程序库；

　　3、boost是一个高质量、源码开放、平台独立、编译器独立的程序库，应该让自己熟悉boost，首页 http://boost.org

总结：简单将书本过了一遍，前面的部分还相对容易接受，到了 模板与泛型编程 和 定制new和delete 这两章时，感觉像在云里雾里，以后还要多多温习，⊙﹏⊙‖∣。这本书给出了许多对于C++编程的建议，以后写代码的时候可以当一个参考书来参考。