Effective C++ 一些记录和思考

Effective C++

• Iter 3 - 尽可能使用 const

  • 一个反逻辑的 bitwise const

    class Text {
        ...
        char& operator[](std::size_t pos) const { return text[pos]; }
    private:
        char *text;
    };
    

    . 在 clang 3.8 上编译失败，编译器已经修复这个反逻辑的问题。const 成员函数只能返回 const char& 类型的变量，这就保证了对象不能被修改。

  • 当存在 const 成员函数和 non-const 成员函数的时候，可先实现 const 成员函数，non-const 成员函数通过调用 const 函数来实现，具体做法为先将对象转换为const类型（static_cast<const T&>()）,调用const成员函数，再去除const属性（const_cast<T&>()）

    // const
    const char& operator[](std::size_t pos) const { return text[pos]; }
    // non-const
    char& operator[](std::size_t pos) {
        return const_cast<char&>(static_cast<const char&>(*this)[pos]);
    }
    

    . 这样做的好处是 const 成员函数保证了数据的不变，减少代码量，缺点是转换的性能缺失。

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• Item 4 - 确定对象使用前已先被初始化
  • 勿混淆赋值和初始化
  • 对象的成员变量的初始化动作发生在进入构造函数 {/* body /*} 之前，使用 member initialization list 初始化对象是一种比较好的做法
  • 内置type（int char）默认为 0
  • 初始化顺序为其声明次序
  • non-local static 编译器对不同编译单元的 non-local static 的编译顺序是随机的
    • 解决的办法是不直接访问 non-local static 对象，而是使用一个函数包装在其内部声明为 local static 对象并且返回改对象引用
    • static 为声明在其作用域内的全局变量，比如在函数内，只要该函数栈没有被回收该变量便一直存在。在调用该函数时，该 local static 对象会在首次访问时被初始化

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• Item 5 6 - C++ 隐式实现和调用的函数
  • 编译器在没有 默认构造函数，copy构造函数，赋值重载操作符 时会自动生成，且为 public
  • 阻止调用 copy构造函数，赋值重载操作符函数
    • C++11 之前，实现一个基类然后继承

    class UnCopyable {
    public:
        UnCopyable() {}
        ~UnCopyable() {}
    private:
        UnCopyable(const UnCopyable&);
        UnCopyable& operator=(const UnCopyable&);
    };
    
    class Impl : private UnCopyable {};
    

    • C++11 使用 delete 关键字

    class Impl {
    public:
        Impl(const Impl&) = delete;
        Impl& operator=(const Impl&) = delete;
    };
    

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• Item 7 - 为多态基类声明 virtual 析构函数
  • C++ 11 中子类的可以用 override 来覆盖基类的 virtual 函数（析构函数可不用）
  • 由于virtual table 和virtual table pointer的存在，会使的class 的大小膨胀。
  • 尽量不继承non-virtual 析构函数的类，C++11后可以用final关键字修饰类而禁止被继承
  • 构造函数和析构函数执行方式相反，构造函数是从最顶层的基类开始执行
• Item 8 - 别让异常逃离析构函数
• Item 9 - 不在构造和析构函数内调用 virtual 函数
  • 在多态基类中构造函数调用虚函数，子类对象构造时执行的基类构造函数调用的基类的对象，而非子类对象，析构函数相同，这样虚函数就变成普通的函数了

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• Item 10 - 令 operator= 返回一个 reference to *this
• Item 11 - 在 operator= 中处理“自我赋值”
  • 只看正确性，一般的做法是先保留一个副本，再进行赋值，最后删除副本，这样在赋值操作失败的时候，不会丢失原来的数据
• Item 12 - 复制对象时勿忘其每一个部分
  • 一个较容易忽略的地方，子类在copy构造的时候易忽略对基类对象变量进行copy，而这时默认调用了基类的default构造函数
  • 不要在一个构造函数内调用另外一个构造函数，可行的做法是将共同的机能放进一个普通函数中，在两个构造函数内调用

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• Item 13 - 以对象管理资源 Resource Acquistion Is Initialization, RAII
  • auto_ptr 在标准中已经废除，用 unique_ptr 替代
  • shared_ptr 互相引用的问题，可以用 weak_ptr 解决
• Item 14 - 在资源管理类中注意copying行为
• Item 15 - 在资源管理类中提供对原始资源的访问
  • 在只能指针中提供原始指针即可
• Item 16 - 成对使用new和delete
  • 尽量使用只能指针替代 new
  • 数组可用 std::vector 或者 C++11 中的 std::array 代替
• Item 17 - 以独立语句将 new对象置入指针指针
  • 分离创建和使用的过程

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• Item 18 - 让接口易于使用，不易被误用
  • 类的设计通常应与内置类型的逻辑保持一致
  • 函数的有资源相关的操作时可以考虑使用智能指针来处理
• Item 19 - 设计 class 如同 type
• Item 20 - 宁以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value
  • 涉及到底层的处理，编译器对待指针和自定义类型（class）的处理可能会不一样
  • 对于内置类型、STL的迭代器和函数对象，pass-by-value 更合适
• Item 21 - 必须返回对象时，勿返回reference
  • clang 3.8 可以发现这个问题，并发出警告

    warning: reference to stack memory associated with local variable 'a' returned [-Wreturn-stack-address]
    

• Item 22 - 将成员变量声明为 private（能够访问 private的函数只有 friend函数和成员函数）
  • 将成员变量隐藏在函数接口后，可以为实现提供弹性
• Item 23 - 宁以 non-member、non-friend 替换 member 函数
  • 将 non-member 函数与当前 class 声明在同一个命名空间内
• Item 24 - 若所有参数皆需类型转换，请采用 non-member 函数
  • 只有当参数位于参数列内，这个参数才是隐式类型转换的合格者
• Item 25 - 考虑写出一个不抛出异常的 swap 函数
  • 全特化版本，与 STL 保持一致性，这样 Widget 对象就可以正常的调用 swap 了

  class Widget {
  public:
      void swap(Widget& other) {
          using std::swap;
          swap(pImpl, other.pImpl);
      }
  private:
      WidgetImpl *pImpl;
  };
  namespace std {  // std
      template <>
      void swap<Widget> (Widget& a, Widget& b) { a.swap(b); }
  }
  

  • 偏特化一个 function template 时，惯用手法是简单的为它添加一个重载版本

  namespace WidgetFpp {  // 这里不是添加到 std 中了
      class WidgetImpl {};
      class Widget {};
      template<typename T>
      void swap(Widget<T>& a, Widget<T>& b) { a.swap(b); }
  }
  

  • 一般经验
    • 能使用 std::swap 就不去造轮子
    • 有 pimpl 手法的，或类似的
      1. 提供一个 public swap，置换该类型的两个对象
      2. 在当前 class 或者 template 所在的命名空间内提供一个 non-member swap，并调用上述成员函数
      3. 如果当前是 class 而不是 class template，为class特化 std::swap，并调用 swap 成员函数
    • 在调用 swap 前，使用 using std::swap, 自动匹配合适的那个 swap 函数

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实现

• Item 26 - 尽可能延后变量定义是的出现时间
  • 以“具明显意义之初值”将变量初始化，还可以附带说明变量的目的
• Item 27 - 尽量少做转型动作
  • 书中对 Window::OnResize() 的分析，这里用过代码看结果，L18 这里转型后调用的OnResize()的*this是一个副本，L19 直接调用基类 OnResize能够得到正确的结果

  7 class Window {
  8   public:
  9     virtual void OnResize() {
  10         a = 3;
  11     }
  12     int a;
  13 };
  14
  15 class SpWindow : public Window {
  16   public:
  17     void OnResize() override {  // C++ 11
  18         // static_cast<Window>(*this).OnResize();  // 这里 a = 0
  19         Window::OnResize();  // a = 3
  20     }
  21 };
  

  • 谨慎使用 dynamic_cast
• Item 28 - 避免返回handles指向对象内部成分
  • 书中的例子会造成 bitwise constness, 见 Item 3, 但是 clang 3.8 上这些代码已经不能编译通过了
• Item 29 - 值得为“异常安全”花费精力
  • 异常安全的要求
    • 不泄露任何资源
    • 不允许数据败坏
  • 资源泄漏用对象管理，如锁
  • 单个函数的安全保证，copy-and-swap
  • 多个函数“连带效应”， 对每一个函数都实现安全保证
• Item 30 - 了解 inline
  • inline 和 template 通常被定义于头文件内。 是因为通常而言，inlining 和 template 是编译期的行为，编译器必须知道被调用函数的本体
  • 改变程序需要重新编译，而不能像普通的函数直接链接即可
• Item 31 - 将文件间的编译关系降至最低
  • Handle class 和 Interface class 解除接口和实现之间的耦合关系，降低文件间的编译依赖
• Item 32 - 避免遮掩继承而来的名称
  • derived class 继承了 base class 内的所有东西，实际上的运行方式是 derived class 作用域被嵌套在 base class 作用域内

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继承与面向对象设计

• Item 33 - 确认 public 继承塑造出 is-a 关系

  • public 继承适用于 base class 对象上的每件事情也能够作用于 derived class 对象上
  • base class 和 derived class 中有相同的函数名称时，base class 中的函数就被覆盖了，virtual 函数也是这样，但是有运行时多态，但是普通函数当想继承的时候就出问题了
  • 在 derived class 加入 using base::func; 后相同参数和返回还是会覆盖 base class 中的对象

• Item 34 - 区分接口继承和实现继承

  • C++ 的隐式规则太多，需要继承的东西干脆显示化，减少出错

• Item 35 - 考虑 virtual 函数以及以外的选择

  • non-virtual interface, NVI 手法也是将真正需要的改变的部分分离出来放进一个函数内，而虚函数内先处理前置条件，再调用该函数

  7  class Game {
  8    public:
  9      int health() const {
  10         std::cout << "Game::health()\n";
  11         int ret = doHealth();
  12         std::cout << "Game:: ret " << ret << '\n';
  13         return ret;
  14     }
  15   private:
  16     virtual int doHealth() const {
  17         std::cout << "Game:: doHealth()\n";
  18         return 1;
  19     }
  20 };
  21
  22 class LOL : public Game {
  23   private:
  24     virtual int doHealth() const {
  25         std::cout << "LOL doHealth()\n";
  26         return 2;
  27     }
  28 };
  29
  30 int main() {
  31     LOL lol;
  32     lol.health();
  33 }
  // 可以使用到 base class 默认的析构函数，参考 Item39，用 private 作种实现方式。
  // LOL 未定义虚函数的时候，结果为
  // Game::health()
  // Game:: doHealth()
  // Game:: ret 1
  
  // 定义虚函数后
  // Game::health()
  // LOL doHealth()
  // Game:: ret 2
  

  • strategy 策略使用函数指针替换虚函数，这样每个对象都可以更灵活的有自己的特定处理函数，和运行时可以改变函数

  7 class GameCharacter;
  8 class HealthCalcFunc {
  9   public:
  10     virtual int calc(const GameCharacter&) const {
  11         return 3;
  12     }
  13 };
  14
  15 HealthCalcFunc defaultHealthFunc;
  16
  17 class GameCharacter {
  18   public:
  19     explicit GameCharacter(HealthCalcFunc* phcf = defaultHealthFunc) : pHealthCalc(phcf) {}
  20     int healthValue() const {
  21         return pHealthCalc->calc(*this);
  22     }
  23
  24   private:
  25     HealthCalcFunc* pHealthCalc;
  26 };
  27
  28 int main() {
  29     GameCharacter gc;
  30     gc.healthValue();
  31 }
  

• Item 36 - 绝对不重新定义继承而来的 non-virtual 函数

  • 继承而来的 non-virtual 函数是静态绑定，父类指针只能表现出父类对象的行为, 换而言之，这个在编译期就确定好了

• Item 37 - 绝不重新定义继承而来的缺省参数值

  • 缺省参数值都是静态绑定的，应该覆盖的是 virtual 函数，而它为动态绑定的

  struct B {
      virtual void mf(int i = 1) { std::cout << "B::mf " << i << "\n"; }
      // 不改变 virtual 函数的时候，可以使用 NVI 手法，实现一个外围函数，令子类调用它
  };
  struct D : public B {
      void mf() { std::cout << "D::mf\n"; }
  };
  int main() {
      D d;
      B *pb = &d;
      pb->mf();  // B::mf
  }
  

• Item 38 - 通过复合 (composition) 塑造或根据某物实现出 has-a

  • 在应用域，复合意味着 has-a，在实现域复合意味着 is-implemented-in-terms-of

• Item 39 - 谨慎使用 private 继承

  • private 继承作为一种实现技术，意味着 is-implemented-in-terms-of， base class 为实现细节
  • 当两个class不存在 is-a 关系时，其中一个需要访问另一个的 protected 成员，或者需要 重新定义 其一或者多个vitual函数，可以考虑private继承

• Item 40 - 谨慎使用多重继承

  • 多重继承易造成歧义（ambiguity）
  • 干脆直接禁用了

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模板与泛型编程

• Item 41 - 了解隐式接口和编译期多态
• Item 42 - 了解 typename 的双重意义
  • 声明 template 参数时，typename 和 class 没有区别
  • 利用 typename 标示嵌套从属类型名称（形如 C::const_iterator），但不得在 base class lists 或者 member initialization list 以他作为 base class 标示
• Item 43 - 学习处理模板化基类内的名称
  • 模板的具现是在函数使用的时候
  • 编译器遇到 class template 继承的类时，并不知道该类的定义是什么
    • 所以只能通过 this 指针指向 base class 对象，具现base class
    • 在该定义域内声明需要访问的 base class 函数
    • 直接调用base class 中的代码

    struct CompanyA {
        void sendClear(const std::string& msg) {}
    };
    
    struct CompanyB {
        void sendClear(const std::string& msg) {}
    };
    
    struct MsgInfo {};
    
    template <typename Company>
    class MsgSend {
    public:
        void send(const MsgInfo& info) {
            std::string msg = "foo";
            Company c;
            c.sendClear(msg);
        }
    };
    
    template <typename Company>
    class LogMsg : public MsgSend<Company> {
    public:
        // using MsgSend<Company>::send;  // slove - way 2: tell complier, send() is defined in base class
        void sendMsg(const MsgInfo& info) {
            // send(info);  // base: cant pass complier
            // this->send(info);  // slove - way 1: could pass complier
            // MsgSend<Company>::send(info);  // slove - way 3: same as way 2
        }
    };
    
    int main() {
        MsgInfo mi;
        LogMsg<CompanyA> ma;
        ma.send(mi);
    }
    

• Item 44 - 将与参数无关的代码抽离 template
  • 模板只有在使用时被具现，不同类型的会被具现出不同的代码，引起代码膨胀，有点儿类似宏的用法
  • 或者参数使用相同的二进制表述，如指针
• Item 45 - 运用成员函数模板接受所有兼容类型
  • 模板具现化后的 base class 和 derived class 为两个独立的类了
  • member function template 成员函数模板可接受所有兼容类型参数，也就是泛化了构造函数
  • 为阻止编译器默认生成copy构造函数和重载=，在已经有泛化版本的情况下也须自己定义这些函数
• Item 46 - 需要类型装换时须为模板定义非成员函数
  • 模板函数在进行实参类型推导的时候，不允许进行参数的隐式转换（隐式转换是发生在函数调用的时候），而类型推导的时候是先根据已经有的定义确定函数原型
  • 为了转换可以使用 friend ，感觉变复杂了
• Item 47 - 使用 traits classes 表现类型信息
  • 整合重载技术，使得traits class 有可能在编译期对类型执行if...else测试
  • 使用 traits class
    • 实现一组重载函数，或者函数模板，作为实现部分
    • 建立一组驱动（控制）函数或者函数模板，调用以上重载函数
• Item 48 - 认识模板元编程（编写模板程序在编译期执行的过程）

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一些新的知识点

• pimpl, 以指针指向一个对象，内含真正数据
• 模板全特化、偏特化的一个博客 https://blog.csdn.net/m_buddy/article/details/72973207
• copy and swap, 在副本上做修改，直到修改成功时再进行写入，在陈硕的muduo书里面讲到的，用swap在临界区外释放资源