Effective C++阅读笔记

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条款01-04——让自己习惯C++

条款01：视C++语言为一个语言联邦

将C++视为一个由多种语言组成的联邦。在某个次语言中，各种守则都简单易懂；从一个次语言转换为另一个次语言时守则可能改变。有以下四种次语言：
1.C：区块、语句、预处理器、内置数据类型、数组、指针等。
2.C with Class：classes：封装、继承、多态、虚函数。
3.Template C++：泛型编程。
4.STL：容器、迭代器、算法、函数对象。

条款02：尽量以const，enum，inline替换#define

使用#define的好处：
1. 用宏定义一个函数的时候不会导致因函数调用导致的额外开销，会有一定的效率提升
2. 不会导致非必要的内存分配。

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使用#define的坏处：
1.调试：当使用#define时记号名称在编译之前就被预处理器替换掉了，可能并未进入记号表中，发生错误时很难追踪。
因此用

const double AspectRatio = 1.653;

替换

#define ASPECT_RATIO 1.653;

2.作用域问题：我们是无法用#define来创建一个class的专属常量，一旦宏被定义，其后的编译过程都会有效，没有任何的封装性。
3. 导致函数不安全

#define CALL_WITH_MAX(a,b) f((a) > (b) ? (a) : (b))
int a = 5,b = 0;
CALL_WITH_MAX(++a,b);   //a被累加2次
CALL_WITH_MAX(++a,b+10);   //a被累加1次

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用常量替换#define时注意事项
1.定义常量指针时有必要将指针（而不是指针所指之物）声明为const，如

const char* const authorName = “Scott Meyers”;

使用string更好些：

const std::string authorName(“Scott Meyers”);

2.使用class专属常量时，让常量成为class成员以限制其作用域。

class GamePlayer {
private:
    static const int NumTurns = 5; //常量声明式 static确保常量只有一个实体
    int scores[NumTurns];   //使用该常量
    ...
};

以上NumTurns是声明式而非定义式，C++还要求提供定义式：

Const int GamePlayer::NumTurns;//声明时已获得初值定义时不可以再赋值

旧式编译器也许不支持static成员在声明式上获得初值，只能将初值放在定义式。然而在上述GamePlayer的数组声明式中，编译器必须在编译期间知道数组的大小，而又不允许在声明式上获得初值，可以使用enum：

class GamePlayer {
private:
    enum { NumTurns = 5 };
    int scores[NumTurns];
    ...
};

enum无法取到地址，这样做可以避免被别人取到指向这个整型变量的指针。enum和#define一样不会导致非必要的内存分配。

条款03：尽可能使用const

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条款05-12——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

编译器可以自动为class创建一个default构造函数、copy构造函数、copy assignment操作符以及析构函数，所有这些函数都是public且inline。
因此你写下：

class Empty { };

就等同于你写下这样的代码：

class Empty {
public:
    Empty() { ... }
    Empty(const Empty& rhs) { ... }
    ~Empty() { ... }

    Empty& operator=(const Empty& rhs) { ... }
};

default构造函数和析构函数主要是编译器用来放置调用base class和non-static成员变量的构造函数和析构函数。注意，编译器产出的析构函数是个non-virtual，除非这个class的base class自身声明有virtual析构函数。
copy构造函数和copy assignment操作符，编译器只是将来源对象的每一个non-static成员变量拷贝到目标对象。考虑这样一个类：

template
class NamedObject {
public:
    NamedObject(const char* name, const T& value);
    NamedObject(const std::& name, const T& value);
    ...
private:
    std::string nameValue;
    T objectValue;
}

NamedObject<int> no1("hello world", 2);
NamedObject<int> no2(no1);

编译器生成的copy构造函数必须以no1.nameValue和no1.objectValue为初值设定no2.nameValue和no2.objectValue。其中nameValue的类型是string，而标准的string有个copy构造函数，所以no2.nameValue的初始化方式是调用string的copy构造函数并以no1.nameValue为实参，另一个成员NameObject::objectValue的类型是int，是内置类型，所以会拷贝no1.objectValue内的每个bits完成初始化。
编译器所生的copy assignment操作符其行为和copy构造函数一致，但如果生成的代码是不合法的，编译器会拒绝为class生成operator=。例如成员变量是reference或const，或者base class将copy assignment操作符声明为private。

条款06：若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝

通常如果不希望class支持某一项特定的功能，只要不声明对应的函数即可，但这个策略对copy构造函数和copy assignment操作符却不起作用，因为编译器会默认声明。那么如何达到目的呢？
关键是所有的编译器产出的函数都是public，为阻止这些函数被创建出来，需要自行声明它们，因此可以将copy构造函数和copy assignment操作符声明为private。这样既阻止了编译器创建它，又阻止了人们调用它。
这被用在C++的iostream程序库中阻止拷贝行为。
一般而言这种做法并不是绝对安全，因为member函数和friend函数还是可以调用private函数。当然你可以不去定义它们（即不实现他们），如果不慎调用了任何一个，就会获得一个连接错误(linkage error)。
将连接期错误移到编译期是可能的(而且是好事，越早侦测出错误越好)，设计一个专门阻止copying动作的base class类：

class Uncopyable {
protected:
    Uncopyable() {}
    ~Uncopyable() {}
private:
    Uncopyable(const Uncopyable&);
    Uncopyable& operator=(const Uncopyable&);
};
//为阻止HomeForSale 对象被拷贝，使其继承Uncopyable：
class HomeForSale : private Uncopyable  {
};

这样当member函数和friend函数尝试拷贝 HomeForSale对象，编译器便试着生成一个copy构造函数和一个copy assignment操作符，编译器会尝试调用base class，由于其base class的拷贝函数是private所以会被拒绝。这样就将连接期错误移到了编译期。
Uncopyable class的实现和运用颇为微妙，不一定以public继承它，Uncopyable的析构也不一定得是virtual。

条款07：为多态基类声明virtual析构函数

当基类被派生（即带有virtual函数，因为通常一个class被意图用作基类时含有virtual函数）且基类的析构函数不为虚析构函数时，如果用一个基类指针指向派生类对象，该对象经由基类指针删除时，会出现对象的派生成分没被销毁，基类成分却被销毁的“局部销毁”对象，这将造成资源泄露等后果。
因此，当基类被派生时，请务必将它的析构函数设置为虚析构函数。

当需要抽象类但并没有纯虚函数时，可以将析构函数声明为纯虚析构函数。但此时必须为纯虚析构函数提供一份定义，不然连接器会报错。

class AWOV {
public:
    virtual ~AWOV() = 0;   //声明纯虚析构函数
};
AWOV::~AWOV() { }   //纯虚析构函数的定义

class如果不是作为基类使用，或不是为了具备多态性，就不该声明虚析构函数。例如标准string和STL容器。

条款08：别让异常逃离析构函数

避免析构函数抛出异常。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它们或者结束程序。
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（而非在析构函数中）执行该操作。

class DBConn {
public:
    …
    void close( )   //供客户使用的新函数
    {
        db.close( );
        closed = true;
    }
    ~DBConn( )
    {
        if(!closed) {
            try {        //关闭连接
                db.close( );
            }
            catch {…} {   //如果close调用失败，记录下来并结束程序或吞下异常
                制作运转记录，记录对close的调用失败；
                …
        }
    }
}
private:
DBConnection db;
bool closed;
};

条款09：绝不在构造和析构过程中调用virtual函数

当基类的构造函数中调用了一个虚函数时，此时创建一个派生类对象，无疑基类构造函数将先于派生类构造函数执行，由于基类构造期间虚函数不会下降到派生类阶层，也就是说基类构造函数中的虚函数尚未被初始化，“要求使用对象内部尚未初始化的成分”是危险和不被允许的。
相同道理也适用于析构函数。
因此不要在构造和析构过程中调用virtual函数。
并且构造和析构函数调用的所有函数也须遵守这一点。

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

赋值可以写出连锁的形式：

x = y = z = 15;

因为赋值是采用右结合律的，所以赋值操作符必须返回一个引用指向操作符的左侧实参。这是为classes实现赋值操作符时应该遵循的协议：

class Widget {
public:
    ...
    Widget& operator=(const Widget* rhs) {  //返回类型是引用，指向当前对象
        ...
        return *this;  //返回左侧对象
    }
};

这个协议不仅适用于以上的标准赋值形式，也适用于所有赋值相关运算，如+=，-=，*=等。

条款11：在operator= 中处理“自我赋值”

自我赋值是指对象赋值给自己。在有别名（即有一个以上的方法指向某对象）的情况下很容易出现自我赋值。
假设建立一个class用来保存一个指针指向一块动态分配的位图：

class Bitmap { ... };
class Widget {
    ...
private:
    Bitmap* pb;   //指针，指向一个从heap分配而得的对象
};

Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs) {  //一份不安全的operator=实现版本
    delete pb;
    pb = new Bitmap(*rhs.pb);
    return *this;
}

这里的自我赋值问题是如果*this和rhs是同一个对象，delete删除的就是rhs的bitmap，Widget将持有一个指针指向一个已被删除的对象。想要阻止这种错误，传统的做法是借由operator=最前面的一个“认同测试”达到“自我赋值”的检验目的：

Widget* Widget::operator=(const Widget& rhs) {
    if (this == &rhs) return *this;  //证同测试_如果是自我赋值就不做任何事

    delete pb;
    pb = new Bitmap(*rhs.pb);
    return *this;
}

这样做并不具备异常安全性。如果new Bitmap抛出异常（分配时内存不足或bitmap的copy构造函数抛出异常），Widget最终会持有一个指针指向一块被删除的Bitmap。以下代码可以解决这个问题，只要注意在复制pb所指东西之前别删除pb：

Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs) {
    Bitmap* pOrig = pb;           //记住原先的pb
    pb = new Bitmap(*rhs.pb)     //令pb指向*pb的一个副本
    delete pOrig;                   //删除原先的pb
    return *this;
}

现在，如果new Bitmap抛出异常，pb及其栖身的Widget保持原状。同时也能处理自我赋值。
另一种替代方案是使用copy and swap技术。

class Widget {
    ...
    void swap(Widget& rhs); //交换*this和rhs的数据
    ...
};
Widget& Widget::operator=(const Widget& rhs) {
    Widget temp(rhs);   //为rhs数据制作一份副本
    swap(temp);        //将*this数据和上述复件的数据交换
    return *this;
}

这个方法基于的事实是:
(1)某class的copy assignment操作符可能被声明为“以by value方式接受实参”；
(2)以by value方式传递东西会造成一份副本。

Widget& Widget::operator=(Widget rhs) {
    swap(rhs):
    return *this;
}

这种做法为了伶俐巧妙的修补而牺牲了清晰性。然而将copying的动作从函数的本体移至函数参数构造阶段，可以令编译器生成更加高效的代码。

条款12：复制对象时勿忘其每一个成分（又名：编译器的复仇）

如果你手动地声明了copying函数，编译器仿佛被冒犯似的，会以一种奇怪的方式回敬：当实现代码几乎必然出错时却不告诉你。
例如有新的私有成员变量加入，就必须同时修改copying函数，如果忘记修改，编译器也不会提示。
当基类被继承，写copying函数时不能遗忘复制其基类成分。这些成分一般是private，无法直接访问，所以应该调用基类的构造函数。

当编写一个copying函数时请确保:
(1)复制所有的local成员变量；
(2)调用所有的base classes内的适当的copying函数。
如果发现copy构造函数和copy assignment操作符有相近的实现体，消除重复代码的做法是，建立一个新的成员函数给两者调用。这个函数通常是private且被命名为init。

条款13-17——资源管理

条款13：以对象管理资源

把资源放进对象内，可以倚赖C++的“析构函数自动调用机制”确保资源被释放。
标准程序库提供了类指针对象auto_ptr（智能指针）：

class Investment {…};
Investment* createInvestment(); //工厂函数返回指针，指向Investment继承体系内的动态分配对象

void f()
{
    std::auto_ptr pInv(createInvestment());
    ...
}

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。
由于auto_ptr被销毁的时候会自动销毁所指的对象，所以要注意别让多个auto_ptr同时指向同一个对象。为了预防这个问题，auto_ptrs有一个不寻常的性质：若通过copy构造函数或copy assignment操作符复制它们，它们就会变成null，而复制所得的指针将获得资源的唯一拥有权。

std::auto_ptr pInv1(createInvestment());
std::auto_ptr pInv2(pInv1); // 现在pInv2指向对象，pIn1被设为null
pInv1 = pInv2;  // 现在pInv1指向对象，pInv2被设为null

auto_ptr替代方案是“引用计数型智能指针”RCSP，记录共有多少对象指向某笔资源。

void f()
{
    ...
    std::tr1::shared_ptr pInv1(createInvestment());

    std::tr1::shared_ptr pInv2(pInv1); // pInv1和pInv2指向同一个对象
   pInv1 = pInv2;  // 同上，没有改变
      ...
}

auto_ptr和tr1::shared_ptr两者都在其析构函数内做delete而不是delete[]动作，意味着在动态分配而得的array上使用auto_ptr和tr1::shared_ptr是馊主意。

条款14：在资源管理中小心coping行为

coping函数包括copy构造函数与copy assignment操作符。
条款13中提出了RAII的概念：资源获得时机便是初始化时机。当一个RAII对象被复制时，应当选择以下两种行为：
1.禁止复制。具体做法见条款06：将copying操作声明为private。
2.对底层资源采用“引用计数法”。
tr1::shared_ptr允许指定“删除器”，“删除器”是一个函数或函数对象，当引用次数为0时被调用。此机能可以用于封装希望对资源采取的操作，例如当处理互斥器对象mutex时，当引用计数为0时利用删除器函数解除对mutex的锁定，如果没有删除器，则会直接删掉mutex。

条款15：在资源管理类中提供对原始资源的访问

在条款13中，使用智能指针保存工厂函数：

std::tr1::shared_ptr pInv1(createInvestment());

假如用某个函数处理Investment 对象，如：

int daysHeld(const Investment* pi);
int days = daysHeld(pInv); //这样调用是错误的！

因为daysHeld需要的是Investment*指针，而不是类型为tr1::shared_ptr 的对象。
这时候需要一个函数将RAII类对象（tr1::shared_ptr）转换为其所内含之原始资源（底部Investment*），有显式转换和隐式转换两种做法。

显式转换：get成员函数。

int days = daysHeld(pInv.get());

隐式转换：大多智能指针都重载了指针取值操作符（operator-> operator*）。

class Investment {
public:
    bool isTaxFree() const;
    …
};
Investment* createInvestment();

std::tr1::shared_ptr pi1(createInvestment());
bool taxable = !(pi1->isTaxFree()); //用operator->访问资源

std::auto_ptr pi2(createInvestment());
bool taxable2 = !((*pil).isTaxFree()); //用operator*访问资源

条款16：成对使用new和delete时要采取相同形式

string* stringArray = new string[100];
…
delete stringArray; //错误 没有调用所有的析构函数
delete [] stringArray; //正确


string* stringArray2 = new string;
…
delete stringArray2; //正确
delete [] stringArray2; //错误 delete会读取若干内存解读为“数组大小”，然后开始多次调用析构函数

//注意对数组使用typedef时也要匹配使用delete []

条款17：以独立语句将newed对象置入智能指针

int priority(); //函数
void processWidget(tr1::shared_ptr pw, int priority); //在动态分配的Widget上进行带有优先权的处理
processWidget(new Widget, priority()); //错误无法进行将得自new Widget的原始指针转换为processWidget所要求的tr1::shared_ptr
processWidget(tr1::shared_ptr(new Widget), priority()); //正确

上述代码中，调用processWidget之前，编译器要做三件事：执行new Widget、调用priority、调用tr1::shared_ptr构造函数。由于调用priority 发生的顺序是任意的，当发生在另外两个操作之间时（也就是按照上述顺序），调用一旦发生异常，则导致new Widget返回的指针未被置入tr1::shared_ptr而遗失，就引发了资源泄露。解决办法是将new操作分离出来，这样编译器对于跨越语句的操作没有重新排列的权利，不会导致上述问题：

tr1::shared_ptr pw(new Widget);
processWidget(pw,priority());