• 【读书笔记】【Effective C++】设计与声明

    条款 18：让接口容易正确使用，不易被误用

    • 好的接口应该容易使用，不易被勿用，在设计接口时应该努力达到这点。
    • 要保持接口的一致性，以及与内置类型的行为相同。
    • 阻止误用的措施有：
      • 建立新类型（例如给同为 int 的多个参数分别外覆一个类型，加以区分）；
      • 限制类型上的操作（用 get 函数调用取代直接取参数）；
      • 束缚对象值；
      • 消除客户的资源管理责任（存入智能指针中）。
    • trl:：shared_ptr 支持定制性删除器，这能解决 cross-DLL 问题，即对象在一个动态链接库（DLL）中被 new 创建，又在另一个 DLL 中被 delete。【多使用 shared_ptr】

    条款 19：设计 class 犹如设计 type

    • 设计一个 class 应该考虑以下问题：
      1. class 如何被创建和销毁：构造函数和析构函数以及重载 new、delete 的设计。
      2. 对象的初始化和对象的赋值之间的差别：构造函数和赋值操作符的行为以及差异，重点是区分初始化和赋值行为。
      3. 对象以 pass-by-value 意味着什么：意味着拷贝构造函数是传值。
      4. 什么是新 type 的合法值：即用特定的标志来维护对象的正确性（约束），这决定了错误检查机制，影响函数抛出的异常。
      5. 新 type 需要配合某个继承图系吗：是否为基类或子类，这会影响虚函数机制。
      6. 新 type 需要什么样的转换：考虑添加类型转换函数。
      7. 什么样的操作符和函数对该类是合理的：考虑添加多少成员函数。
      8. 什么样的标准函数应该驳回：即哪些部分必须设置为 private。
      9. 谁该取用新 type 的成员：即如何区分 public 和 protected 以及 private 权限。
      10. 新 type 的未声明接口：对效率、异常安全性以及资源运用的保证。
      11. 新 type 的一般性：考虑是否写成模板类。
      12. 是否真的需要一个新 type：用别的手法代替（函数、模板）。

    条款 20：用 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value

    • 默认情况下，C++ 采用 pass-by-value 来进行函数参数的传递。
    • pass-by-value 由于有对象的赋值以及构造函数、析构函数的调用，会造成内存的增大，效率的下降，同时在将派生类作为基类函数参数传递时，会造成派生类数据截断。（之所以会造成 slicing 问题，是因为传值的时候被视为 base 类，所以传指针才能保证多态性质）
    • 本条建议不适用于内置类型、STL 迭代器和函数对象，它们一般采用 pass-by-value 的写法，因为相比于传引用（底层实现就是指针），传值效率更快。

    条款 21：必须返回对象时，别妄想返回 reference

    • 如果在函数内定义对象，即在 stack 上创建对象，然后再返回改对象的引用，这样可以避免返回参数时候的构造开销，但问题是随着函数的执行完成，对象的生命周期结束，对象也就自动销毁了，返回的引用也就指向了一个销毁了的对象，会产生不明确行为。
    • 如果在 heap 上创建了对象，而我们选择返回指针，这样一种策略会导致 new 和 delete 分属不同的使用者，极容易导致内存泄露。
    • 定义静态对象，返回引用，这样一种策略也会导致隐患。
      • 比如说一个重载乘法的操作符返回静态对象的引用，当执行下面语句时 if(a*b==c*d) 就会产生不符合预期的效果。
      • 这里是因为重载乘法操作符，返回了引用，而引用的其实函数内的 static 变量，意思就是无论 a、b 的乘积，还是 c、d 的乘积，最后都是返回函数内同一个 static 变量的结果，所以判断只能为 true。
      • 其实对于多线程也会产生不符合预期的结果。
    • 采用返回对象的方式会有对象构造的开销，但相对于上述的不安全行为，这样一种开销是值得的。

    条款 22：将成员变量声明为 private

    • 把成员变量声明为 private，再设置 get、set 函数来获取、设置该成员变量。
      • 好处就是加强封装，只使用接口，不直接改变变量。
      • 比如程序员对一个 public 成员变量进行改变时，会影响到所用使用该类的客服端代码；对于 protected 成员变量，会影响到所有派生类代码。
      • protected 并不比 public 更具封装性。

    条款 23：以 non-member、non-friend 函数代替 member 函数

    • 如果用 non-member、non-friend 函数作为接口，那么直接接触 private 变量的机会会越来越少。
    • 通过使用 namespace 可以降低编译依赖以及功能进行扩充。

    条款 24：若所有参数皆需要类型转换，请为此采用 non-member 函数

    • 假设在 Rational 类中重载了乘法操作符，且其中一个参数是同类；且 Rational 构造函数不添加 explicit，即允许 int 转 Rational：
      Rational A;
//如果Rational的构造函数是explicit的，则下面两个式子都会错误
result = A * 2;// 是允许的，因为2是int，会转成Rational
result = 2 * A;// 是错误的，因为2是没有相应的class，没有operator*成员函数

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    • 第一次调用（A*2）的时候，int 在 Rational 构造函数的参数类型内，所以成功转换。
    • 而想要让乘法操作符针对 Rational 能实现混合运算（即 A*2=2*A），则需要将成员函数中的 operator* 改成非成员函数。
    • 改成 const Rational operator*(Rational& A, Rational& B) 即可。
      • 这样无论乘法运算符左右哪一个是 int，都能实现隐式转换。

    条款 25：考虑写出一个不抛出异常的 swap 函数

    • swap 函数原本只是 STL 的一部分，而后成为异常安全性编程（exception-safe programming）的脊柱，以及用来处理自我赋值可能性的一个常见机制。

    • 通过代码进行分析 swap 函数实现的不同：

      // 一、最基础的swap函数（默认）
namespace std  {
    template<typename T>    // std::swap的典型实现
    void swap( T& a, T& b )    // 置换a和b
    {
        // 只要类型T支持copying，swap实现函数就会交换swap
        // 但是进行了很多复制，整个swap太慢了
        T temp(a);
        a = b;
        b = temp;
    }
}

// 二、pimpl手法（pointer to implementation的缩写）
  // 以指针指向一个对象，内含真正数据。
class WidgetImpl  {    // 针对Widget数据而设计的class
public:
    ...
private:
    int a,b,c;
    std::vector<double> v;    // 真正的数据有vector数组，意味着复制时间更长
    ...
};
class Widget  {    // 这个class使用pimpl手法
public:
    Widget( const Widget& rhs );
    Widget& operator=( const Widget& rhs )    // 复制Widget时，令它复制其WidgetImpl对象
    {
        ...
        *pImpl = *(rhs.pImpl);
        ...
    }
    ...
private:
    WidgetImpl* pImpl;// 注意是private的
};
  // 当Widgets被置换时，真正该做的是置换其内部的pImpl指针。
  // 所以需要将std::swap对Widgets对象进行特化：
namespace std  {
    template<>
    void swap<Widget>( Widget& a, Widget& b )
    {
        swap(a.pImpl,b.pImpl);    // 只要置换它们指针即可
    }
}
  // 但目前这个全特化版本是无法通过编译的，因为它试图调用private的成员函数
  // 所以有两个解决方法：
    // 可以将这个特化版本声明为friend；
    // 可以令Widget声明为一个名为swap的public成员函数做真正的置换工作，然后将std::swap特化，令它调用该成员函数:
class Widget  {    // 与之前相同，唯一差别是增加swap函数
public:
    ...
    void swap( Widget& other )
    {
        using std::swap;    // 这个声明很必要
        swap(pImpl,other.pImpl);    // 若要置换Widgets就置换其pImpl指针
    }
    ...
};
  
namespace std  {
    template<>    // 修订后的std::swap特化版本
    void swap<Widget>( Widget& a,Widget& b )
    {
        a.swap(b);
    }
}

// 三、还有一种情况：假设Widget和WidgetImpl 都是class templates 而非 classes
  // 我们可以试试将WidgetImpl 内的数据类型加以参数化:
template<typename T>
class WidgetImpl  {  ...  };
template<typename T>
class Widget  {  ...  };
  // 在Widget内（以及WidgetImpl内，如果需要的话）放个swap成员函数就像以往一样简单
  // 但我们却在特化std::swap时遇上乱流，因为C++只允许对class template进行偏特化：
namespace std  {
    template<typename T>
    void swap<Widget T>(Widget<T>& a,Widget<T>& b)    // 可惜，不合法，是错误的
    {  a.swap(b);  }
}
  // 因此我们只能考虑重载function template，但这又有新的问题，
  // 客户可以全特化std内的templates，
  // 但不可以添加新的templates（或classes或functions或其他任何东西）到std里头。
namespace std  {
    template<typename T>
    void swap(Widget<T>& a,Widget<T>& b)
    {  a.swap(b);  }
}

// 四、在这个情况下，我们再次考虑non-member函数
  // 假设Widget的所有相关机能都被置于命名空间WidgetStuff内：
namespace WidgetStuff  {
    ...
    template<typename T>
    class Widget  {  ...  };
    ...
    template<typename T>
    void swap( Widget<T>& a,Widget<T>& b )    // 这里并不属于std命名空间
    {
        a.swap(b);
    }
}
  // 补充说明：
  // C++的名称查找法则（name lookup rules ）确保将找到global作用域或T所在之命名空间内的任何T专属的swap。
  // 如果T是Widget并位于命名空间WidgetStuff内，编译器会使用“实参取决之查找规则”找出WidgetStuff内的swap。
  // 如果没有T专属之swap存在，编译器就会使用std内的swap，这需要感谢using声明式让std::swap在函数内曝光。
  // 然而即便如此编译器还是比较喜欢std::swap的T专属特化版，而非一般化的那个template，
  // 所以如果你已针对T将std::swap特化，特化版本会被编译器挑中。

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    • 本条款对 default swap、member swap、non-member swap、std::swap 特化版本以及对 swap 的调用进行了讨论。

      • 如果 swap 的缺省实现码对你的 class 或 class template 提供可接受的效率，你不需要额外做任何事。【任何尝试置换那种对象的人都会取得缺省版本，而那将有良好的运作】
      • 如果 swap 缺省实现版的效率不足（那几乎总是意味你的 class 或 template 使用了某种 pimpl 手法），试着做下面这些事：
        1. 提供一个 public swap 成员函数，让它高效地置换你的类型的两个对象值。
        2. 在你的 class 或 template 所在的命名空间内提供一个 non-member swap，并令它调用上述 swap 成员函数。
        3. 如果你正编写一个 class（而非 class template），为你的 class 特化 std::swap，并令它调用你的 swap 成员函数。
      • 如果你调用 swap，请确定包含一个 using 声明式，以便让 std::swap 在你的函数内曝光可见，然后不加任何 namespace 修饰符，赤裸裸的调用 swap。
      • 还有一点需要强调：成员版 swap 决不可抛出异常。

    • 总结：

      • 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。
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44705592/article/details/126844658