代码笔记 - Effective cpp

Effective cpp 读书笔记

导读

// P5
class Widget {
public:
    Widget();                       // default 构造函数
    Widget(const Widget& rhs);      // copy 构造函数
    Widget& operator=(const Widget& rhs);   // copy assignment 操作符
};

Widget w3 = w2;                     // 调用 copy 构造函数

lhs     ->      left hand side
rhs     ->      right hand side

1. 让自己习惯 c++

item 01: view cpp as a federation fo languages.

• C part of C++
  • 面向过程 procedural
  • C with Classes
• Object-Oriented C++
  • 类、封装、继承、多态、虚函数
• Template C++
  • 泛型编程（generic programming）
  • 模板元编程（template metaprogramming, TMP）

item 02: prefer consts, enums, and inlines to #define.

• #define 可能导致变量不会进入符号表（symbol table）；
• enum hack 代替 #define ；
• template inline 代替 #define 函数宏；

item 03: use const whenever possible.

const char *p;      // const data;
char const *p;      // const data;
char* const p;      // const pointer;

• 两个成员函数如果只是常量属性（constness）不同，可以被重载。
• mutable 释放掉 non-static 成员变量的 bitwise constness 约束。
• 当 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。

item 04: make sure that objects are initialized before they're used.

• 永远在使用对象之前先将它初始化；
• 确保构造函数将对象的每一个成员初始化；
• 不要混淆赋值（assignment）和初始化（initialization）；
• 函数内的 static 对象称为 local static 对象，其他 static 对象称为 non-local static 对象；

2. 构造/析构/赋值运算

item 05: know what functions C++ silently writes and calls.

• 声明任意构造函数，编译器将不再为其创建 default 构造函数；
• 如果没有声明 copy / copy assignment 构造函数，编译器将会在他们被调用的情况 创建；

item 06: explicitly disallow the use of compiler-generated functions you do not want.

• 为防止编译器隐式提供的接口，可将相应的成员函数声明为 private 并不予实现；

class Uncopyable {
protected:
    Uncopyable() {}                 // 允许子类对象构造和析构
    ~Uncopyable() {}
private:
    Uncopyable( const Uncopyable& );        // 阻止 copy 操作
    Uncopyable& operator=( const Uncopyable& );
};

class Home : private Uncopyable {};

item 07: declare destructors virtual in polymorphic base classes.

• polymorphic (多态) base classes 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性（polymorphically），就不该声明 virtual 析构函数。

item 08: prevent exceptions from leaving destructors.

• 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，然后吞下他们或结束程序。

item 09: never call virtual functions during construction or destruction.

• 在 基类构造期间，virtual 函数不是 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 classes。

item 10: have assignment operators return a reference to *this.

• 令赋值（assignment）操作符返回一个 reference to *this。以便兼容连等形式调用。

item 11: handle assignment to self in operator=.

• 确保当对象自我赋值时 operator= 有良好行为。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，而其中多个对象是同一个对象时，其行为仍然正确。

item 12: copy all parts of an object.

• copying 函数应该确保复制“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。应该将共同机能放进第三个函数中，并由两个 copying 函数共同调用。

3. 资源管理

item 13: use objects to manage resources.

• 获取资源后立刻放进管理对象内（自动指针、智能指针）；
• 管理对象运用析构函数确保资源被释放；
• 为防止资源泄露，请使用 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）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 classes 分别是 tr1::shared_ptr 和 auto_ptr。前者通常是较佳选择，因为其 copy 行为比较直观。若选择 auto_ptr，赋值动作会使它（被复制对象）指向 NULL。

item 14: think carefully about copying behavior in resource-managing classes.（没看懂）

• 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。
• 普遍而常见的 RAII class copying 行为是：抑制 copying、施行引用计数法。不过其他行为也可能被实现。

item 15: provide access to raw resources in resource-managing classes.

• 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示转换或隐式转换。一般而言显式转换比较安全，但是隐式转换对客户比价方便。

item 16: use the same form in corresponding uses of new and delete.

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

item 17: store newed objects in smart pointers in standalone statements.

• 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

item 18: make interfaces easy to use correctly and hard to use incorrectly.

• 好的接口很容易被正确使用，不容易被误用。你应该在你的所有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。
• tr1::shared_ptr 支持定制型删除器（custom deleter）。这可防范 dll 问题，可被用来自动解除互斥锁（mutexes; 见 item 14）等等。
• 好的接口可以防止无效的代码通过编译。

item 19: treat class design as type design.

• class 的设计就是 type 的设计。在定义一个新 type 之前，请确定你已经考虑过本条款覆盖的所有讨论主题。

item 20: prefer pass-by-reference-to-const to 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。

item 21: don't try to return a reference when you must return an object.

• 绝不要返回 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 对象而有可能同时需要多个这样的对象。item 4 已经为 “在单线程环境中合理返回 reference 指向一个 local static 对象”提供了一份设计实例。

item 22: declare data members 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。

item 23: prefer non-member non-friend functions to member functions.

• namespace 和 classes 不同，前者可以跨越多个源码文件而后者不能。（namespace 的用法）
• 尽量用 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（packaging flexibility）和机能扩充性。

item 24: declare non-member functions when type conversions should apply to all parameters.

• 如果你需要为某个函数的所有参数（包括被 this 指针所指的那个隐喻函数）进行类型转换，那么这个函数必须是个 non-member。
• member 函数对应 non-member 函数，而不是 friend 函数。不能够只因函数不该成为 member，就自动让它成为 friend。

item 25: consider support for a non-throwing swap.

• 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。
• 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 classes（而非 templates），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 全特化是好的，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

item 26: postpone variable definitions as long as possible.

• 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。

item 27: minimize casting.

• const_cast(...), dynamic_cast(...), reinterpret_cast(...), static_cast(...)
• 单一对象可能拥有一个以上的地址，父类指针和子类指针指向的地址有一个 offset。
• 如果可以，尽量避免转型，特别是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。
• 如果转型是必要的，试着将它隐藏于某个函数背后。客户随后可以调用该函数，而不需将转型放进他们自己的代码内。
• 宁可使用 C++ style 转型，不要使用旧式转型。前者很容易辨识出来，而且也比较有着分门别类的职掌。

item 28: avoid returning "handles" to object internals.

• 避免返回 handles （包括 references、指针、迭代器）指向对象内部。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 handles 的可能性降到最低。

item 29: strive for exception-safe code.

• 异常安全要求：不泄露任何资源；不允许数据败坏；
• 异常安全函数提供以下三个保证之一：
  • 基本承诺；如果异常被抛出，程序内的任何事物仍然保持在有效状态下。没有任何对象或数据结构会因此而败坏。
  • 强烈保证；如果异常被抛出，程序状态不改变。函数成功，则成功；函数失败，则恢复到之前的状态。
  • 不抛掷（nothrow）保证；承诺不抛出异常。
• 不要为了表示某件事情发生而改变对象状态，除非那件事情真的发生了。（count++）
• 异常安全函数（exception-safe functions）即使发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构败坏。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 通常能够以 copy-and-swap 实现出来，但 强烈保证 并非对所有函数都可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各个函数的“异常安全保证”中的最弱者。

item 30: understand the ins and outs of inlining.

• 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。

item 31: minimize compilation dependencies between files.

• 如果使用 object references 或 object pointers 可以完成任务，就不要使用 objects。
• 如果能够，尽量以 class 声明式替换 class 定义式。
• 为声明式和定义式提供不同的头文件。
• 使用 pimpl idiom 的 classes, 往往被称为 Handle classes。
• 另一个 Handle class 的办法是，继承一个特殊的 abstract base class，称为 interface class。
• 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。
• 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。

6. 继承与面向对象设计

item 32: make sure public inheritance models "is-a".

• “public 继承”意味着 is-a。适用于 base classes 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。

item 33: avoid hiding inherited names.

• derived classes 内的名称会遮掩 base classes 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）。

item 34: differentiate between inheritance of interface and inheritance of implementation.

• 成员函数的接口总是会被继承；
• 声明一个 pure virtual 函数的目的是为了让 derived class 只继承函数的接口；
• 声明简朴（非纯） impure virtual 函数的目的，是让 derived classes 继承该函数的接口和缺省实现。
• 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。
• pure virtual 函数只具体指定接口继承。
• 简朴的（非纯）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以及强制性实现继承。

item 35: consider alternatives to virtual functions.

• 藉由 Non-Virtual Interface 手法实现 Template Method 模式
• 藉由 Function Pointers 实现 Strategy 模式
• 藉由 tr1::function 实现 Strategy 模式（没看懂）
• 古典的 Strategy 模式
• 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 手法自身是一个特殊形式的 Template Method 设计模式。
• 将机能从成员函数移到 class 外部函数，带来的一个缺点是，非成员函数无法访问 class 的 non-public 成员。
• tr1::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）。

item 36: Never redefine an inherited non-virtual function.

• 绝对不要重新定义继承而来的 non-virtual 函数。

item 37: Never redefine a function's inherited default parameter value.

• virtual 函数系动态绑定而来，意思是调用一个 virtual 函数时，究竟调用哪一份函数实现代码，取决于发出调用的那个对象的动态类型； - 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——你唯一应该覆写的东西——却是动态绑定。

item 38: Model "has-a" or "is-implemented-in-terms-of" through composition.

• 复合（composition）是类型之间的一种关系：一个对象内含其他类型的对象；
• 复合的意义和 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），复合意味着根据某物实现出。

item 39: Use private inheritance judiciously.

• 由 private base class 继承而来的所有成员，在 derived class 中都会变成 private 属性，纵使它们在 base class 中原来是 protected 或 public 属性；
• 尽可能使用 item38 的复合，必要时才使用 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，这么设计是合理的；
• 和复合不同，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。

item 40: Use multiple inheritance judiciously.

• 非必要不使用 virtual bases，平常请使用 non-virtual 继承；
• 如果必须使用 virtual base classes，尽可能避免在其中放置数据；
• 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）复杂度的成本。如果 virtual base classes 不带任何数据，将是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

item 41: Understand implicit interfaces and compile-time polymorphism.

• 面向对象编程世界总是以显示接口（explicit interfaces）和运行期多态（runtime polymorphism）解决问题；
• Templates 及泛型编程与面向对象的不同在于 隐式接口（implicit interfaces）和编译期多态（compile-time polymorphism）的重要性提升；
• classes 和 templates 都支持接口（interfaces）和多态（polymorphism）；
• 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；
• 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。

item 42: Understand the two meanings of typename.

• 声明 template 参数时，前缀关键字 class 和 typename 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（成员初值列）内以它作为 base class 修饰符。（查看书中例子）

item 43: Know how to access names in templatized base classes.

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

item 44: Factor parameter-independent code out of templates.

• Templates 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；
• 因非类型模板参数（non-type template parameters）而造成的代码膨胀，往往可消除，做法是以函数参数或 class 成员变量替换 template 参数；
• 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的二进制表述（binary representations）的具现类型（instantiation types）共享实现码。

item 45: Use member function templates to accept "all compatible types".

• 泛化（generalized）copy 构造函数；（隐式转换）
• 请使用 member function 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。

item 46: Define non-member functions inside templates when type conversions are desired.

• template 实参推导过程中，不考虑“通过构造函数而发生的”隐式类型转换；
• 许多编译器会强迫将所有 template 定义式放进头文件内；
• 当我们编写一个 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”。

item 47: Use traits classes for information about types. 【没看懂】

• traits，又被叫做特性萃取技术，说得简单点就是提取“被传进的对象”对应的返回类型，让同一个接口实现对应的功能。因为STL的算法和容器是分离的，两者通过迭代器链接。算法的实现并不知道自己被传进来什么。萃取器相当于在接口和实现之间加一层封装，来隐藏一些细节并协助调用合适的方法，这需要一些技巧（例如，偏特化）。
• Traits classes 使得“类型相关信息”在编译器可用。它们以 templates 和“templates 特化”完成实现；
• 整合重载技术（overloading）后，traits classes 有可能在编译期对类型执行 if…else 测试。

item 48: Be aware of template metaprogramming.

• Template metaprogramming, TMP, 模板元编程；是编写 template-based C++ 程序并执行于编译期的过程；
• 由于 template metaprograms 执行于 C++ 编译期，因此可将工作从运行期转移到编译期。
  • 某些错误原本通常在运行期才能侦测到，现在可在编译期找出来；因而得以实现早期错误侦测和更高的执行效率；
  • 使用 TMP 的 C++ 程序：较小的可执行文件、较短的运行期、较少的内存需求；但编译时间可能远长于不使用 TMP 的对应版本；
• TMP 可被用来生成“基于策略选择组合”（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

item 49: Understand the behavior of the new-handler.

• 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。

item 50: Understand when it makes sense to replace new and delete.

• 有许多理由需要写个自定的 new 和 delete，包括改善效率、对 heap 运用错误进行调试、收集 heap 使用信息。

item 51: Adhere to convention when writing new and delete.

• C++ 保证“删除 null 指针永远安全”；
• 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 bytes 申请。Class 专属版本则还应该处理“比正确大小更大（错误）的申请”；
• 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”。

item 52: Write placement delete if you write placement new.

• 如果 operator new 接受的参数除了一定会有的 size_t 之外还有其他，这便是所谓的 placement new。
• 当你写一个 placement operator new，请确定也写出了对应的 placement operator delete。如果没有，你的程序可能会发生隐威而时断时续的内存泄露；
• 当你声明 placement new 和 placement delete，请确定不要无意识（非故意）地遮掩了它们的正常版本。

9. 杂项讨论

item 53: Pay attention to compiler warnings.

• 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形同。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。

item 54: Familiarize yourself with the standard library, including TR1.

• C++ 标准程序库的主要机能由 STL、iostreams、locales 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、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。为获得 TR1 提供的好处，你需要一份实物。一个好的实物来源是 Boost。

item 55: Familiarize yourself with Boost.

• Boost 由 C++ 标准委员会成员创设，目标作为“可被加入标准 C++ 的各种功能”的测试场。
• http://boost.org