《Effective C++ 改善程序与设计的55个具体做法》读书笔记

《Effective C++ 改善程序与设计的55个具体做法》读书笔记

1 .让自己习惯C++

条款01 视C++为一个语言联邦

  • C
  • Object-Oriented C++
  • Template C++
  • STL
  • C++高效编程守则视情况而变化,取决于你使用C++的哪一部分。

条款02 尽量与const,enum,inline替换#define

  • 对于单纯常量,最好以const对象或enums替换#defines
  • 对于形似函数的宏(macros),最好改用inline函数替换#defines

条款03 尽可能使用const

  • 将某些东西声明为const可以帮助编译器侦测出错误用法。const可被施加于任何作用域内的对象、函数参数、函数返回类型、成员函数本体。
  • 编译器强制实施bitwise constness,但你编写程序时应该使用“概念上的常量性”(conceptual constness)。
  • constnon-const成员函数有着实质等价的实现时,令con-const版本调用const版本可避免代码重复。

条款04 确定对象使用前已被初始化

  • 为内置类型对象进行手工初始化,因为C++不保证初始化他们。
  • 构造函数最好使用成员初始值列(member initialization list),而不要在构造函数本体内使用赋值操作(assignment)。初始值列列出的成员变量,其排列次序应该和它们在class中声明的次序相同。
  • 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。

2. 构造/析构/赋值运算

条款05 了解C++默认编写并调用哪些函数

  • 编译器可以暗自为class创建default构造函数、copy构造函数和copy assignment操作符,以及析构函数。(C++11开始还有move constructormove assignment)。

条款06 若不想使用编译器自动生成的函数,就应该明确拒绝

  • 为驳回编译器自动(暗自)提供的机能,可将相应的成员函数声明为private并且不予实现。使用像uncopyable这样的base calss也是一种做法。(C++11以后可以使用=delete告诉编译器删除不需要的成员函数。)

条款07 为多态积累声明virtual析构函数

  • 多态性质的base calsses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。
  • 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(polymorphically),就不应该声明virtual析构函数。

条款08 别让异常逃离析构函数

  • 析构函数绝对不要吐出异常。如果一个被析构哈你数调用的函数可能抛出异常,析构函数应该捕捉人分和异常,并吞下它们或结束程序。
  • 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

  • 在构造和析构期间不要调用virtual函数,因为这类调用从不下降至derived class

条款10 令operator=返回一个reference to *this

  • 为了实现“连锁赋值”,应该令operator=返回一个reference to *this

条款11 在operator=中处理“自我赋值”

  • 确保当对象自我赋值时operator=有良好的行为。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
  • 确定任何函数如果操作一个以上的对象,而其中多个对象时同一个对象时,其行为仍然正确。

条款12 复制对象时勿忘其每一个成分

  • Copying函数应该确保赋值“对象内的所有成员变量”及“所有base class”成分。
  • 不要尝试以某个copying函数实现另一个copying函数。应该将共同机能放在第三个函数中,并有两个copying函数共同调用。

3. 资源管理

条款13 以对象管理资源

  • 为了防止资源泄露,请使用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。
  • 两个常被使用的RAII Class分别时tr1::shared_ptrauto_ptr。前者通常是较好的选择,因为其copy行为比较直观。若选择auto_ptr,赋值动作会使它(被复制物)指向null。(C++11中使用std::shared_ptrstd::unique_ptrstd::weak_ptr代替了两者。)

条款14 在资源管理类中小心copying行为

  • 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。
  • 普通常见的RAII class copying行为是:抑制copying、实行引用计数法(reference counting)。不过其行为也都可以被实现。

条款15 在资源管理类中提供对原始资源的访问

  • 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。
  • 对原始资源的访问可能经由显式转换或隐式转换。一般而言显式转换比较安全,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

  • 如果在new表达式中使用[],必须在相应的delete表达式中也使用[]。如如果在new表达式中不使用[],一定不要在相应的delete表达式中也使用[]

条款17 以独立语句蒋newed对象置入智能指针

  • 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露。

4. 设计与声明

条款18 让接口容易被正确使用,不易被吴用

  • 好的接口很容易被正确使用,不容易被误用。应该在所有的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。

条款19 设计class犹如设计type

  • Class的设计就是type的设计。应该带着和“语言设计者当初设计语言内置类型”时一样的谨慎来研讨class的设计。

条款20 宁以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
  • 以上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。

条款21 必须返回对象时,别妄想返回其reference

  • 绝不要返回pointerreference指向一个local stack对象,或返回reference指向一个heap-allocated对象,或返回pointerreference指向一个local static对象而有可能同事需要多个这样的对象。

条款22 将成员变量声明为private

  • 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。
  • protected并不比public更具封装性。

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

  • 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(packing flexibility)和机能扩充性。

条款24 若所有参数皆需类型转换,请为此采用non-number函数

  • 如果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

条款25 考虑写出一个不抛弃异常的swap函数

  • 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用来调用前者。对于class(而非template),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 templates全特化时好的,但千万不要尝试在std内加入某些对std而言全新的东西。

5. 实现

条款26 尽可能延后变量定义式的出现时间

  • 尽可能延后变量定义式的出现。这样做可增加程序的清晰度并改善程序效率。

条款27 尽量少做转型动作

  • 如果可以,尽量避免转型,特别时在注重效率的代码中避免dynamic_casts。如果有个设计需要转型动作,试着发展无需转型的替代设计。
  • 如果转型时必须的,试着将它隐藏于某个函数背后。客户随后可以调用该函数,而不需将转型放进自己的代码内。
  • 宁可使用C++-style(新式)转型,而不是用旧式转型。前者很容易辨识出来,而且也比较有着分门别类的执掌。

条款28 避免返回handles指向对象内部成员

  • 避免返回handles(包括references、指针、迭代器)指向内部对象。遵守这个条款可增加封装性,帮助const成员函数的行为像个const,并将发生dangling handlers的可能性降至最低。

条款29 为“异常安全”而努力是值得的

  • 异常安全函数(Exception-salf functions)即使发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构破坏。这样的函数区分为三种可能的保证:基本型、强烈型、不抛异常型。
  • “强烈保证”往往能够以copy-and-swap实现出来,但“强烈保证”并非对所有函数都可以实现或具备实现意义。
  • 函数提供的“异常安全保证”通常最高只等于其所调用之各个函数的“异常安全保证”中的最弱者。

条款30 透彻了解inlining的里里外外

  • 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(binary upgradability)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。
  • 不要只因为function templates出现在头文件,就将它们声明为inline

条款31 将文件间的编译依存关系降至最低

  • 支持“编译依赖最小化”的一般构想是:依赖于声明式,不要依赖于定义式。基于此构想的两个手段时Handle classesInterface classes
  • 程序库头文件应该以“完全且仅有声明式”(full and declaration-only forms)的形式存在。这种做法不论是否设计templates都适用。

6. 继承与面向对象

条款32 确定你的public继承塑模出Is-a关系

  • public继承”意味Is-a。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”对象也是一个base class对象。

条款33 避免遮掩继承而来的名称

  • derived class内的名称会遮掩base class内的名称。在public继承下从来没有人希望如此。
  • 为了让被遮掩的名称再见天日,可使用using声明式或转交函数(forwarding functions)。

条款34 区分接口继承和实现继承

  • 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。
  • 纯虚(pure virtual)函数只具体指定接口继承。
  • 非纯虚(impure virtual)函数具体指定接口继承及缺省实现继承。
  • non-virtual函数具体指定接口继承预计强制性实现继承。

条款35 考虑virtual函数以外的其他选择

  • virtual函数的替代方案包括NVI手法及Strategy设计模式的多种形式。NVI手法自身时一个特殊形式的Template Method设计模式。
  • 将机能从成员函数移到class外部函数,带来的一个缺点时,非成员函数无法访问classnon-public成员。
  • tr1::functionC++11已经移到std::function)对象的行为就像一般函数指针。这样的对象可接纳“与给定之目标签名式(target signature)兼容”的所有可调用物(callable entities)。

条款36 绝不重新定义继承而来的non-virtual函数

  • 绝对不要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

  • 绝对不要重新定义一个继承而来的缺省参数值,因为缺省参数值是静态绑定,而virtual函数——你唯一应该覆写的定西——确是动态绑定。

条款38 通过复合塑模出has-a或“根据某物实现出”

  • 复合(composition)的意义和public继承完全不同。
  • 在应用域(application domain),复合意味着has-a(有一个),在实现域(implementation domain),复合意味着is-implemented-in-terms-of(根据某物实现出)。

条款39 明智而审慎的使用private继承

  • Private继承意味着is-implemented-in-terms-of(根据某物实现出)。它通常比复合(composition)的级别低。但是当derived class 需要访问protected base class的成员,或需要重新定义继承而来的virtual函数时,这么设计时合理的。
  • 和复合(composition)不同,private继承可以造成empty base最优化。这对致力于“对象尺寸最小化”的程序库开发者而言,可能很重要。

条款40 明智而审慎的使用多重继承

  • 多重继承比单一继承复杂。它可能导致新的歧义性,以及对virtual继承的需要。
  • virtual继承会增加大小、速度、初始化(及赋值)复杂度等成本。如果virtual base classes不带任何数据,将时最具有实用价值的情况。
  • 多重继承的确有正当用途。其中一个情节涉及“public继承某个interface class”和“private继承某个协助实现的class”的两相组合。

7. 模板与泛型编程

条款41 了解隐式接口和编译器多态

  • classestemplates都支持接口(interface)接多态(polymorphism)。
  • classes而言接口时显式的(explicit),以函数签名为中心,多态则是通过virtual函数发生于运行期。
  • 对于templates参数而言,接口是隐式的(implicit),奠基于有效表达式。多态则时通过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的双重意义

  • 声明template参数时,前缀关键字classtypename可互换。
  • 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 initialization list(成员初始值列)内以它最为base class 修饰符。

条款43 学习处理模板化基类内的名称

  • 可在derived class templates内通过this->指涉base class templates内的成员名称,或由一个明白写出的“base class资格修饰符”完成。

条款44 将与参数无关的代码抽离templates

  • Templates生成多个classes和多个函数,所有任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系。
  • 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。

条款45 运用成员函数末班接受所有兼容类型

  • 请使用member functions templates(成员函数模板)生成“可接受所有兼容类型”的函数。
  • 如果你声明member templates用于“泛化copy构造”或“泛化assignment操作”,你还是需要声明正常的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

  • 当编写一个class template,而它所提供的“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”。

条款47 请使用traits classes表现类型信息

  • Traits classes使得“类型相关信息”在编译期可用。它们以template和”template特化”完成实现。
  • 整合重载技术(overloading)后,traits calsses有可能在编译器对类型执行if...else测试。

条款48 认识template元编程

  • Template metaprogrammingTPM,模板元编程)可将工作由运行期移到编译期,因而得以实现早期错误侦测和更高的执行效率。
  • TMP可被用来生成“基于政策选择组合”(based on combinations of policy choices)的客户定制代码,也可用来避免生成对某些特殊类型并不适合的代码。

8. 定制new和delete

条款49 了解new-handler的行为

  • 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。
  • 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。

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义的newdelete,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应该内含一个无穷循环,并在其中尝试分配内存,如果它无法满足内存需求,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”。
  • 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”。

条款52 写了placement new也要写placement delete

  • 当你写一个placement operator new,请确定也写出对应的placement operator delete。如果没有这样做,你的程序可能会发生隐微而时断时续的内存泄露。
  • 当你声明placement new和placement delete时,确定不要无意识(非故意)的掩盖了它们的正常版本。

9. 杂项讨论

条款53 不要轻忽编译器的警告

  • 请严肃对待编译器发出的警告信息。努力在你的编译器的最高(最严苛)警告级别下争取“无任何警告”的荣誉。
  • 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。一旦移植到另一个编译器上,你原本依赖的警告信息有可能消失。

条款54 让自己熟悉包括TR1在内的标准程序库

  • C++标准库的主要机能由STLiostreamslocales组成。并包含C99标准程序库。
  • TR1添加了智能指针(例如tr1::shared_ptr)、一般化函数指针(tr1::function)、hash-based容器(unorderd_map,unordered_set)、正则表达式(regular expressions)以及另外10个组件的支持。
  • TR1自身只是一份规范。为了获得TR1提供的好处,你需要一份实物。一个好的实物来源时Boost

条款55 让自己熟悉Boost

  • Boost是一个社群,也是一个网站。致力于免费、源码开放、同僚复审的C++程序库开发。BoostC++标准化过程中扮演深具影响力的角色。
  • Boost提供许多TR1组件的实现品,以及其他许多程序库。

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