• Effective C++: 01让自己习惯C++


    01:视C++为一个语言联邦

             1:今天的C++已经是个多重范型编程语言(multiparadigm programming language),一个同时支持过程形式(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 )的语言。所以,需要将C++视为一个由相关语言组成的联邦而非单一语言。

             2:这个联邦中主要包含4个次语言:C、Object-Oriented C++(classes,封装,继承,多态等)、Template C++(泛型编程)、STL(template标准库)。

             3:当你从某个次语言切换到另一个,导致高效编程守则要求你改变策略时,不要感到惊讶。

     

    02:尽量以const, enum, inline替换#define

             1:该条款的本质是:以编译器替换预处理器。

             2:#define ASPECT_RATIO 1.653这样的宏定义,ASPECT_RATIO也许从未被编译器看见,因而也就没有记录到符号表中,所以调试器也有可能不认识它。可以使用下面的语句代替它:

    const double AspectRatio = 1.653; 至少AspectRatio 肯定会被编译器看见,从而进入符号表。

            3:class的专属整型常量可以在声明时赋初值:

    class GamePlayer {
    private:
      static const int NumTurns = 5;      // 常量声明
      int scores[NumTurns];               // 使用该常量
      ...
    };

     上面的代码中,NumTurns是声明而非定义,C++允许class专属的static整型常量只声明而不定义,只要不取它的地址即可。

             4:一个属于枚举类型的数值可以充当ints被使用,比如一个枚举值就可以作为数组大小的定义:

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

              5:使用#define定义一个看起来像函数一样的宏,虽然它不会招致函数调用带来的额外开销,但是却也不会有必要的语法检查,因此必须记住为宏中的所有实参加上小括号。此时,可以使用inline函数,inline函数具有宏一样的效率,还具有一般函数的所有可预料行为和类型安全性。

     

    03:尽可能使用const

             1:如果关键字const出现在星号左边,表示被指物是常量;如果出现在星号右边,表示指针自身是常量;如果出现在星号两边,表示被指物和指针两者都是常量。const写在类型之前,或者写在类型之后,星号之前,这两种写法的意义是相同的。

             2:声明迭代器为const就像声明指针为const一样(即声明一个T* const指针),表示这个迭代器不得指向不同的东西,但它所指的东西的值是可以改动的。如果你希望迭代器所指的东西不可被改动(即希望STL模拟一个const  T*指针),你需要的是const_iterator:

    std::vector<int> vec;
    ...
    // iter acts like a T* const
    const std::vector<int>::iterator iter = vec.begin();
    *iter = 10;                                 // OK, changes what iter points to
    ++iter;                                     // error! iter is const
    
    // cIter acts like a const T*
    std::vector<int>::const_iterator cIter = vec.begin();
    *cIter = 10;                                // error! *cIter is const
    ++cIter;                                    // fine, changes cIter

            3:让函数返回一个常量值,往往可以降低因客户错误而造成的意外,而又不至于放弃安全性和高效性。比如:

    class Rational {
    public:
        Rational(int numerator = 0,int denominator = 1):numerator(numerator), denominator(denominator){};
        int getnumerator() const {return numerator;}; 
        int getdenominator() const {return denominator;};
    
    private:
      int numerator;
      int denominator;
    };
    
    const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
    {
        return Rational(lhs.getnumerator() * rhs.getnumerator(),
                      lhs.getdenominator() * rhs.getdenominator());
    }

              让operator*返回一个const对象,就可以防止下面错误的发生(程序员的原意可能是a*b == c):

        Rational a, b, c;
        ...
        a * b = c;

            4:如果成员函数是const的,则该成员函数才可作用于const对象。

    如果两个成员函数如果只是常量性(一个是const,一个非const)不同,则这是一种重载。 

    class TextBlock {
    public:
      ...
      const char& operator[](std::size_t position) const   // 针对const对象的operator[]
      { return text[position]; }                           
    
      char& operator[](std::size_t position)               // 针对非const对象的operator[]
      { return text[position]; }                    
    
    private:
       std::string text;
    };
    
    TextBlock tb("Hello");
    std::cout << tb[0];                    // 调用非const的TextBlock::operator[]
    
    const TextBlock ctb("World");
    std::cout << ctb[0];                   // 调用const的TextBlock::operator[]

      注意,上面两个operator[]的返回类型也不相同:

    std::cout << tb[0]; // fine, 读 non-const TextBlock
    tb[0] = 'x';        // fine, 写 non-const TextBlock
    
    std::cout << ctb[0];  // fine, 读 const TextBlock
    ctb[0] = 'x';         // 错误,写 const TextBlock

     注意,non-const operator[]返回类型是reference to char,不是char,如果它返回char,则像tb[0] = ‘x’; 这样的语句就不合法。

    5:成员函数如果是const意味什么?这有两个流行概念:bitwise constness(又称physical constness)和logical constness。

    bitwise const阵营的人相信,成员函数只有在不更改对象之任何成员变量(static除外)时才可以说是const。也就是说它不更改对象内的任何一个bit。这种论点很容易侦测违反点:编译器只需寻找成员变量的赋值动作即可。Bitwise constness正是C++对常量性的定义,因此const成员函数不可以更改对象内任何non-static成员变量。

    但是,某种情况下,成员函数虽然不具备const性质却能通过bitwise测试。也就是一个更改了“指针所指物”的成员函数虽然不能算是const,但如果只有指针(而非其所指物)隶属于对象,那么称此函数为bitwise const且不会引发编译器错误。比如下面的例子:

    class CTextBlock {
    public:
      char& operator[](std::size_t position) const
      { return pText[position]; }
    
    private:
      char *pText;
    };
    
    const CTextBlock cctb("Hello");        // const对象
    char *pc = &cctb[0];  // 调用 const operator[] 得到一个指向cctb内部数据的指针
    *pc = 'J';            // cctb 的值现在是 "Jello"

     尽管operator[]声明为const成员函数,但是它却返回一个reference指向对象内部值。该函数不改变pText,因此编译器认为它是bitwise const的,编译通过。而实际上最终却改变了const对象的值。

    这种情况导出所谓的logical constness。这一派拥护者主张一个const成员函数可以修改它所处理的对象内的某些bits,但只有在客户端侦测不出的情况下才得如此。比如:

    class CTextBlock {
    public:
      ...
      std::size_t length() const;
    
    private:
      char *pText;
      std::size_t textLength; 
      bool lengthIsValid; 
    };
    
    std::size_t CTextBlock::length() const
    {
      if (!lengthIsValid) {
        textLength = std::strlen(pText);  // 错误,在const成员函数内不能为textLength
        lengthIsValid = true;             // 和 lengthIsValid 赋值
      }  
    
      return textLength;
    }

     Length函数的实现不是bitwise const,因此编译器不同意,编译报错。

    解决该问题的方法是使用mutable关键字,mutable释放掉non-static成员变量的bitwise constness约束:

    class CTextBlock {
    public:
      ...
      std::size_t length() const;
    
    private:
      char *pText;
      mutable std::size_t textLength; 
      mutable bool lengthIsValid;   
    }; 
    
    std::size_t CTextBlock::length() const
    {
      if (!lengthIsValid) {
        textLength = std::strlen(pText); 
        lengthIsValid = true; 
      }
    
      return textLength;
    }

    此时就可以通过编译了。

    04:确定对象被使用前已先被初始化

             1:永远在使用对象之前先将它初始化,对于内置类型,必须手工完成此事。

             2:在构造函数中,尽量使用成员初始化列表初始化所有成员。这样做有时候绝对必要(比如具有const或reference的类),而且往往比赋值更高效。

             3:不同编译单元内定义的non-local static对象的初始化次序是未定的。

    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。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。

        所谓编译单元是指产出单一目标文件的那些源码。基本上它是单一源码文件加上其所含入的头文件。

    如果某编译单元内的某个non-local static对象的初始化动作使用了另一编译单元内的某个non-local static对象,它所用到的这个对象可能尚未被初始化,因为C++对“定义于不同编译单元内的non-local static对象”的初始化次序并无明确定义。

    编译单元A内,有如下的定义:

    class FileSystem {
    public:
      ...
      std::size_t numDisks() const;
      ...
    };
    
    extern FileSystem tfs; 

     而编译单元B内有下面的定义:

    class Directory {                       // created by library client
    public:
       Directory( params );
      ...
    };
    
    Directory::Directory( params )
    {
      ...
      std::size_t disks = tfs.numDisks();   // use the tfs object
      ...
    }
    
    Directory tempDir( params );            // directory for temporary files

     现在,除非tfs在tempDir之前初始化,否则tempDir的构造函数会用到尚未初始化的tfs。

    幸运的是一个小小的设计便可完全消除这个问题。唯一需要做的是:将每个non-local static对象搬到自己的专属函数内(该对象在此函数内被声明为statIc)。这些函数返回一个reference指向它所含的对象。然后用户调用这些函数,而不直接指涉这些对象。换句话说,non-local static对象被local static对象替换了。

    这个手法的基础在于:C++保证,函数内的local state对象会在“该函数被调用期间,首次遇上该对象之定义式”时被初始化。

    所以,上面的例子可以改成:

    class FileSystem { ... };          
    
    FileSystem& tfs()
    {
      static FileSystem fs;
      return fs;
    }
    
    class Directory { ... };
    
    Directory::Directory( params )
    {
      ...
      std::size_t disks = tfs().numDisks();
      ...
    }
    
    Directory& tempDir()
    {
      static Directory td;
      return td;
    }

     这么修改之后,这个系统程序的客户完全像以前一样地用它,唯一不同的是他们现在使用tfs ()和tempDir()而不再是tfs和tempDir。也就是说他们使用函数返回的“指向static对象”的references,而不再使用static对象自身。

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