【阅读笔记】Effective C++

hawks:)

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分类专栏： Linux C++ 文章标签：笔记 c++

于 2024-07-31 16:00:11 首次发布

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【C++】万字详解Effective C++

C++是一个语言联邦

C
Object-Oriented C++
Template C++
STL

四大范式：

过程式编程PP：Procedural Programming。
面向对象编程OO：Object-Oriented Programming。
泛型编程GP：Generic Programming。
模板元编程：Template Metaprogramming。

确定对象使用前已被初始化

C++的初始化列表（构造函数初始化列表）初始化顺序只与定义的顺序有关，跟在初始化列表中的顺序无关。

构造/析构/赋值运算

C++11增加了关键字delete, default等，可以方便地控制默认函数（C++自动生成）。
基类析构函数应声明为virtual，否则当对基类指针进行delete操作时，会调用基类析构函数，而不是子类析构函数。如果继承并不是为了多态，则应该不用虚析构函数。
- C++11增加了final关键字，可以防止某个类被继承。
析构函数不应该抛出异常
- 异常点后面的程序可能有资源释放，提前抛出异常则资源泄漏
- 异常发生时，C++会通过调用析构函数来释放资源，但如果是析构函数本身抛出异常。。。。然后崩溃
构造和析构过程中不要调用virtual函数，虚函数在构造析构过程中并不虚。
赋值操作符
- 返回*this的引用（处理连续等号）
- 处理自我复制（删除当前成员，构造新成员，设置新成员，删除后参数指向的对象也没了）
- 处理异常安全（new失败了，然而当前成员已经删除，这造成该成员指针悬垂）

资源管理

以对象管理资源：RAII
智能指针（使用make_shared和make_unique）
- make_unique在C++14中加入
- 这样内存分配时引用计数控制块和对象在一块儿，一次new也比两次new快
- 还有造成泄露的可能，new对象后，其他函数抛出异常，这时new出来的对象指针遗失

设计与声明

将成员变量声明为private
- 实际上只有两种权限：封装与不封装
  - 用户视角：private/protect=封装，public=不封装
  - 子类视角：private=封装，protect/public=不封装
  - 整体来看protect并不具有封装性
- 基类的private成员只能被基类的成员函数或友元函数访问
- https://blog.youkuaiyun.com/scott198510/article/details/129075736
- 封装性意味着改变之后影响的范围尽可能小。
public和private。在用户的视角，public就是public，private和protected被他一同视作了private；在子类的视角，private就是private，public和protected被他一起视作了public。只不过是视角不同而已
non-member函数有时比member函数更恰当
- non-member函数不能访问private成员，也因此non-member函数不依赖private成员，更具封装性。
- 如需所有参数都可以类型转换（尤其是一些数学计算之类的），使用non-member

实现

尽量延后变量定义出现的时间
类型转换
- 尽量避免转型，将转型隐藏于某个函数背后，使用新式转型
- dynamic_cast<>执行效率不高（运行时完成转换）
  - 如果不正确会返回空指针
  - 依赖运行时类型信息（RTTI），必须具备多态性（父类有虚方法），如果父类没有虚方法则只能使用static_cast
避免返回对象内部成分的引用、指针等
- 返回一个私有对象的引用会破坏封装性，退一步也尽量返回一个const类型的
- 例外：operator[]
异常处理
- 异常安全：（1）不泄露资源，如上锁后，中间发生异常，锁没有释放；（2）不允许数据破坏，如一系列操作是一起的，某个操作失败，则其他操作会破坏一致性
- 对于new这种操作
  - 如果项目有处理，就抛异常，否则最多在最外层打印个日志。
  - set_new_hander钩子，new失败后清理资源，然后继续程序或结束程序
  - 使用new(std::nothrow) xxx，这样new失败会返回null，不抛异常
  - 智能指针
- 三种保证
  - nothrow：使用nonexcept关键字，不是100%不抛处，而是抛出时遇到了重大问题
  - 强烈保证：失败则恢复调用之前状态
  - 基本承诺：状态可能改变，但具备一致性
减少文件间的编译依赖关系
- pimpl
  - 类成员放到struct里面，类中只放一个指针，在类前面前置声明，impl文件中定义该struct。
    - 头文件中值包含了“接口信息”，具体实现都在impl类，而且对impl类的引用只有一个指针，所以该头文件并不需要include impl类。故而降低依赖关系。
    - 好处是降低依赖关系，一定程度上增加了封装性，减少增量编译时间
    - 缺点是可读性变差，运行效率降低，而且接口本身不能被直接构建出来（不能在栈中，需要工厂类）
- 把所有的东西都包含在一起，这样依赖关系扁平化，也可以加快增量编译速度，哈哈哈
- 尽量将实现写进cpp而不是头文件，尽量不要包含不需要的头文件

继承与面向对象设计

记住public继承是一种“is a”的关系，不要随便使用继承（比如鸟类的飞行属性，但企鹅并不会飞；比如正方形是矩形，但对矩形的操作并不能全都可以作用在正方形上，例如增加某个方向的长度）要时刻记住is a的面向对象关系并不一定和现实生活中的相同
- 每次继承的时候也要问一句：这是不是is a的关系？
注意继承时可能会发生的名称遮盖
- 虚函数也可能被覆盖（参数列表不相同）
- 非虚函数和成员变量则会覆盖（只要同名就会覆盖，不论参数和返回值），这是作用域的原因。如果要访问，直接在名称前面加上ClassA::即可
  - 对于同名函数，如果想要父子实现的函数都可见（以类似重载的关系存在），可以使用using在子类中声明。
  - 从“is a”的关系来看，编写代码时不应该出现覆盖
接口继承和实现继承
- 纯虚函数指定接口继承，普通虚函数同时指定接口继承和默认实现继承，非虚函数指定接口继承和强制实现继承
- 可以选择将接口继承和实现继承分开，例如定义一个默认实现（protect的非虚函数），然后定义一个纯虚函数。这样就要求子类必须去处理这个功能应该使用什么方式运行（自己定义或者即便不自己定义也要调用一下默认实现）。还有一种形式是把默认实现放在父类的纯虚函数定义中，子类通过ClassA::fun()的形式调用默认实现
考虑virtual函数以外的选择
- NVI（Non-Vertual Interface）手法实现模板方法设计模式
  - 非虚函数规定了框架，调用private的虚函数，子类可以重写某一步骤的具体实现
- 函数指针/function对象实现策略模式
  - 可灵活指定具体实现
  - 古典策略模式是通过将功能也设计成父子类，并通过多态指针来实现的
绝不重新定义继承而来的缺省参数值
- 虚函数是动态绑定的，但是虚函数的默认参数值却是静态绑定的
- 就是说如果有一个父类多态指针，其调用某个已经被子类重写的函数，函数虽然确实是子类定义的函数，但是使用的默认参数值却是父类中的，也即“静态绑定”
- 所以不要重新定义缺省参数值，以免程序不符合预期
private继承和组合
- private继承并不是ia a和关系，而是is-implemented-in-terms of（根据某物实现出）的关系
- 组合表示has a的关系和is-implemented-in-terms of的关系
- 大部分情况下应该使用组合，只在特殊情况可以考虑private继承：
  - 需要访问protected成员，或者需要重新定义继承来的虚函数
  - 追求对象尺寸最小化（父类没有成员变量，空白基类）
- private继承无法阻止派生类重新定义虚函数，可使用public继承定义一个嵌套类，然后组合在外面的类中
  - C++11后增加了final关键字
多重继承
- 歧义性
  - 如果从多个基类继承到了相同名称，会导致歧义
- 菱形继承导致出现重复成员
  - 默认是复制，成员重复。要想只保留一份，基类必须全部是虚继承得来的，如class basic_ostream : virtual public basic_ios{}，但虚继承会增加很多开销
- 因为其复杂性，所以除非不得已，不要使用多重继承
- 如果要使用多重继承，请不要在基类中放置数据（类似java中的interface）

模板与泛型编程

隐式接口和显式接口
- 如果不用泛型，那么全部的接口都可以通过直接阅读代码得知，这些接口都有具体的声明或定义。多态发生在运行时
- 某个模板函数可能支持传入各种类型，但并不是任意的，这个类型必须能够完成函数内部可能的操作，这种约束是隐式的。多态发生在编译期
typename与“嵌套从属类型”
- class和typename在模板参数部分可以通用，嵌套从属类型只能用typename
- 嵌套从属类型是类似C::iter这样的，这种写法默认是变量，而不是类型，要显式在前面加上typename才说明这是个类型
- 嵌套从属类型在继承列表和初始化列表里面不需要加typename
处理模板化基类的名称
- 模板基类的派生类中，并不可直接访问基类成员函数/变量
  - 加上this->
  - 使用using声明
  - 使用TBase<T>::fun()来访问。不推荐，因为如果fun是虚函数，那么无法完成多态
尽量减少可能的代码膨胀
- 非类型模板参数可能更容易产生代码膨胀，改成函数参数更好一些