Effective C++ [ 读书笔记 ] 整理 1 - 12/55

有人说C++程序员可以分为两类，读过Effective C++的和没读过的。世界顶级C++大师Scott Meyers 成名之作的第三版的确当得起这样的评价。
本书并没有你告诉什么是C++语言，怎样使用C++语言，而是从一个经验丰富的C++大师的角度告诉程序员：怎么样快速编写健壮的，高效的，稳定的，易于移植和易于重用的C++程序。
本书共分为9节55个条款，从多个角度介绍了C++的使用经验和应遵循的编程原则。
本系列文章分两部分概括介绍了《Effective C++》每个条款的核心内容，本文是第一部分，第二部分为:《Effective C++》读书笔记（第二部分）。
1. 让自己习惯C++（Accustoming your self to C++）
条款01: 视C++ 为一个语言联邦
本条款提示读者，C++已经不是一门很单一的语言，而应该将之视为一个由相关语言组成的联邦。从语言形式上看，它是一个多重范型编程语言(multiparadigm programminglanguage) ，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，从语言种类上看，它由若干次语言组成，分别为：
(1) C。说到底C++ 仍是以C 为基础。区块(blocks) 、语句( statements) 、预处理器( preprocessor) 、内置数据类型(built-in data types) 、数组(arrays) 、指针(pointers) 等统统来自C。
(2) Object-Oriented C++。这部分也就是C with Classes 的: classes (包括构造函数和析构函数) ，封装( encapsulation) 、继承( inheritance) 、多态(polymorphism) 、virtual 函数(动态绑定) ……
(3) Template C++。这是C++ 的泛型编程(generic programming) 部分，也是大多数程序员经验最少的部分。Template 相关考虑与设计己经弥漫整个C++，实际上由于templates 威力强大，它们带来崭新的编程范型(programming paradigm) ，也就是所谓的templatemetaprogramming (TMP，模板元编程)
(4) STL。 STL 是个template 程序库，它是非常特殊的一个。它对容器(containers) 、迭代器(iterators) 、算法(algorithms) 以及函数对象(function objects) 的规约有极佳的紧密配合与协调。

条款02: 尽量以const, enum, inline替换#define
本条款讨论了C语言中的#define在C++程序设计中的带来的问题并给出了替代方案。
C语言中的宏定义#define只是进行简单的替换，对于程序调试，效率来说，会带来麻烦，在C++中，提倡使用const，enum和inline代替#define；然而，有了consts 、enums 和inlines，我们对预处理器(特别是#define) 的需求降低了，但并非完全消除。#include 仍然是必需品，而#ifdef/#ifndef 也继续扮演控制编译的重要角色。目前还不到预处理器全面引迫的时候。

条款03: 尽可能使用const
本条款总结了Const的使用场景和使用它带来的好处。
关键字canst 多才多艺。你可以用它在classes 外部修饰global 或namespace作用域中的常量，或修饰文件、函数、或区块作用域(block scope) 中被声明为static 的对象。你也可以用它修饰classes 内部的static 和non-static 成员变量。面对指针，你也可以指出指针自身、指针所指物，或两者都(或都不〉是const。你应该尽可能地使用const，这样降低程序错误，使程序易于理解。
此外，一个编程技巧是：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：

classTextBlock {
public:
    const char& operator[] (std::size_tposition) const {
        //……
        returntext[position];
    }
    char& operator[] (std::size t position)  {
        return const_cast<char&>(static_cast<constTextBlock&>(*this) [position]);
        //将op[]返回值的const 转除为*this 加上cons, 调用const op[]
    }
}

条款04: 确定对象被使用前已先被初始化
本条款告诫程序员，在C++程序设计中，应该对所有对象初始化，以避免不必要的错误，同时，给出了高效初始化对象的方法和正确初始化对象的方法。
（1）初始化构造函数最好使用成员初值列(member initialization list) ，而不要在构造函数本体内使用赋值操作(assignment) 。初值列出的成员变量，其排列次序应该和它们在class 中的声明次序相同。
考虑一个用来表现通讯簿的class ，其构造函数如下:
C++ 有着十分固定的”成员初始化次序。次序总是相同： base class早于其derived classes 被初始化，而class 的成员变量总是以其声明次序被初始化。回头看看ABEntry. 其theName 成员永远最先被初始化，然后是theAddress，再来是thePhones，最后是numTimesConsulted。即使它们在成员初值列中以不同的次序出现(很不幸那是合法的)，也不会有任何影响。
（2）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。为免除”跨编译单元之初始化次序”问题，请以local static 对象替换non-local static 对象。
2. 构造/析构/赋值运算（Constructors，Destructors，and Assignment Operators）

classFileSystem { ... };
FileSystem& tfs() {//代替tfs对象
    staticFileSystem fs; // 以local static的方式定义和初始化object
    returnfs; // 返回一个引用
}
classDirectory { ... };
Directory::Directory( params )  {
    // ...
    std::size_tdisks = tfs().numDisks();
    // ...
}
Directory& tempDir() {// 代替tempDir对象，
    staticDirectory td;
    returntd;
}

条款05: 了解C++ 默默编写并调用哪些函数
本条款告诉程序员，编译器自动为你做了哪些事情。
用户定义一个empty class (空类)，当C++ 处理过它之后，如果你自己没声明，编译器就会为它声明(编译器版本的)一个copy 构造函数、一个copy assignment操作符和一个析构函数。此外如果你没有声明任何构造函数，编译器也会为你声明一个default 构造函数。所有这些函数都是public 且inline 。举例，如果你写下:
classEmpty { };
这就好像你写下这样的代码:

classEmpty {
public:
    Empty() { ... }
    Empty(constEmpty& rhs) { ... )
    ~Empty( ) { ... }
    Empty& operator=(constEmpty& rhs) { ... }
};

需要注意的是，只要你显式地定义了一个构造函数（不管是有参构造函数还是无参构造函数），编译器将不再为你创建default构造函数。

条款06: 若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝
本条款告诉程序员，如果某些对象是独一无二的（比如房子），你应该禁用copy 构造函数或copy assignment 操作符，可选的方案有两种：
(1) 定义一个公共基类，让所有独一无二的对象继承它，具体如下：

classUncopyable {
protected ://允许derived对象构造和析构
    Uncopyable() {}
    ~Uncopyable() {}
private:
    Uncopyable(constUncopyable&); //但阻止copying
    Uncopyable& operator=(constUncopyable&);
};
为阻止HomeForSale对象被拷贝，唯一需要做的就是继承Uncopyable:
classHomeForSale : privateUncopyable {
  //…
};

这种方法带来的问题是，可能造成多重继承，这回导致很多麻烦。
(2) 创建一个宏，并将之放到每一个独一无二对象的private中，该宏为：
// 禁止使用拷贝构造函数和 operator= 赋值操作的宏
// 应该类的 private: 中使用
#define DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(TypeName) \
TypeName(constTypeName&); \
void operator=(const TypeName&)
这种方法比第一种方法好，google C++编程规范中提倡使用该方法。

条款07: 为多态基类声明virtual 析构函数
本条款阐述了一个程序员易犯的可能导致内存泄漏的错误，总结了两个程序员应遵守的百编程原则：
（1）polymorphic (带多态性质的) 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。这样，但用户delete基类指针时，会自动调用派生类的析构函数（而不是只调用基类的析构函数）。
（2）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。这是因为，当用户将一个函数声明为virtual时，C++编译器会创建虚函数表以完成动态绑定功能，这将带来时间和空间上的花销。

条款08: 到让异常逃离析构函数
（1）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，然后吞下它们(不传播)或结束程序。
（2）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。

条款09: 绝不在构造和析构过程中调用virtual 函数

条款10: 令operator= 返回一个reference to *this
本条款告诉程序员一个默认的法则：为了实现“连锁赋值“，应令operator= 返回一个reference to *this。

条款11: 在operator= 中处理”自我赋值”
本条款讨论了几种编写复制构造函数的正确方法。给出的结论是：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。
(1) 复制操作符的一种编写方式如下：

Widget& Widget::operator=(constWidget& rhs) {
    if(this == &rhs) return *this; //判断是否为同一个对象，如果是自我复制，直接返回
    delete pb;
    pb = new Bitmap(*rhs.pb);
    return *this;
}

这个版本存在异常方面的麻烦，即，如果”new Bitmap” 导致异常(不论是因为分配时内存不足或因为Bitmap 的copy构造函数抛出异常) , Widget 最终会持有一个指针指向被删除的Bitmap 。
(2) 让operator= 具备”异常安全性”往往自动获得”自我赋值安全”的回报。因此愈来愈多人对”自我赋值”的处理态度是倾向不去管它，把焦点放在实现”异常安全性” (exception safety) 上，即：

widget& Widget::operator=(constWidget& rhs) {
  Bitmap* pOrig = pb;
  pb = new Bitmap(*rhs.pb);
  delete pOrig;
  return *this;
}

如果”newBitmap” 抛出异常， pb (及其栖身的那个Widget) 保持原状。即使没有证同测试(identity test) ，这段代码还是能够处理自我赋值，但这种方法效率比较低。
(3) 另外一种比较高效的方法是：

classWidget {
  //……
  void swap(Widget& rhs); //交换*this 和rhs 的数据:详见条款29
  //……
};
Widget& Widget::operator=(Widget rhs) {//rhs是被传对象的一份复件(副本),注意这里是pass by value.
  swap(rhs);//将*this 的数据和复件/副本的数据互换
  return *this;
}

条款12: 复制对象时勿忘其每一个成分
本条款阐释了复制对象时容易犯的一些错误，给出的教训是：
(1) 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”。
(2) 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coping 函数共同调。
换句话说，如果你发现你的copy 构造函数和copy assignment 操作符有相近的代码，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。
这样的函数往往是private 而且常被命名为init。