高质量c/c++编程(11)

 

第11章 其它编程经验

11.1 使用const提高函数的健壮性

看到const关键字，C++程序员首先想到的可能是const常量。这可不是良好的条件反射。如果只知道用const定义常量，那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修饰函数的参数、返回值，甚至函数的定义体。

const是constant的缩写，“恒定不变”的意思。被const修饰的东西都受到强制保护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。所以很多C++程序设计书籍建议：“Use const whenever you need”。

 

11.1.1用const修饰函数的参数

如果参数作输出用，不论它是什么数据类型，也不论它采用“指针传递”还是“引用传递”，都不能加const修饰，否则该参数将失去输出功能。

const只能修饰输入参数：

u       如果输入参数采用“指针传递”，那么加const修饰可以防止意外地改动该指针，起到保护作用。

例如StringCopy函数：

        void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);

其中strSource是输入参数，strDestination是输出参数。给strSource加上const修饰后，如果函数体内的语句试图改动strSource的内容，编译器将指出错误。

 

u       如果输入参数采用“值传递”，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该输入参数本来就无需保护，所以不要加const修饰。

例如不要将函数void Func1(int x) 写成void Func1(const int x)。同理不要将函数void Func2(A a) 写成void Func2(const A a)。其中A为用户自定义的数据类型。

 

u       对于非内部数据类型的参数而言，象void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A类型的临时对象用于复制参数a，而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。

为了提高效率，可以将函数声明改为void Func(A &a)，因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已，不需要产生临时对象。但是函数void Func(A &a) 存在一个缺点：“引用传递”有可能改变参数a，这是我们不期望的。解决这个问题很容易，加const修饰即可，因此函数最终成为void Func(const A &a)。

以此类推，是否应将void Func(int x) 改写为void Func(const int &x)，以便提高效率？完全没有必要，因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程，而复制也非常快，“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。

    问题是如此的缠绵，我只好将“const &”修饰输入参数的用法总结一下，如表11-1-1所示。

 

对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。

对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const引用传递”。否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。

表11-1-1 “const &”修饰输入参数的规则

 

11.1.2用const修饰函数的返回值

u       如果给以“指针传递”方式的函数返回值加const修饰，那么函数返回值（即指针）的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加const修饰的同类型指针。

例如函数

        const char * GetString(void);

如下语句将出现编译错误：

        char *str = GetString();

正确的用法是

        const char *str = GetString();

 

u       如果函数返回值采用“值传递方式”，由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中，加const修饰没有任何价值。

    例如不要把函数int GetInt(void) 写成const int GetInt(void)。

    同理不要把函数A GetA(void) 写成const A GetA(void)，其中A为用户自定义的数据类型。

    如果返回值不是内部数据类型，将函数A GetA(void) 改写为const A & GetA(void)的确能提高效率。但此时千万千万要小心，一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了，否则程序会出错。见6.2节“返回值的规则”。

 

u       函数返回值采用“引用传递”的场合并不多，这种方式一般只出现在类的赋值函数中，目的是为了实现链式表达。

例如

    class A

    {…

        A & operate = (const A &other); // 赋值函数

    };

    A a, b, c;      // a, b, c 为A的对象

    …

    a = b = c;          // 正常的链式赋值

    (a = b) = c;        // 不正常的链式赋值，但合法

如果将赋值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不允许被改动。上例中，语句 a = b = c仍然正确，但是语句 (a = b) = c 则是非法的。

 

11.1.3 const成员函数

    任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const类型。如果在编写const成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其它非const成员函数，编译器将指出错误，这无疑会提高程序的健壮性。

以下程序中，类stack的成员函数GetCount仅用于计数，从逻辑上讲GetCount应当为const函数。编译器将指出GetCount函数中的错误。

    class Stack

{

     public:

        void    Push(int elem);

        int     Pop(void);

        int     GetCount(void) const; // const成员函数

     private:

        int     m_num;

        int     m_data[100];

};

 

    int Stack::GetCount(void) const

{
        ++ m_num;   // 编译错误，企图修改数据成员m_num

    Pop();     // 编译错误，企图调用非const函数

    return m_num;

    }

    const成员函数的声明看起来怪怪的：const关键字只能放在函数声明的尾部，大概是因为其它地方都已经被占用了。

11.2 提高程序的效率

程序的时间效率是指运行速度，空间效率是指程序占用内存或者外存的状况。

全局效率是指站在整个系统的角度上考虑的效率，局部效率是指站在模块或函数角度上考虑的效率。

 

l         【规则11-2-1】不要一味地追求程序的效率，应当在满足正确性、可靠性、健壮性、可读性等质量因素的前提下，设法提高程序的效率。

 

l         【规则11-2-2】以提高程序的全局效率为主，提高局部效率为辅。

 

l         【规则11-2-3】在优化程序的效率时，应当先找出限制效率的“瓶颈”，不要在无关紧要之处优化。

 

l         【规则11-2-4】先优化数据结构和算法，再优化执行代码。

 

l         【规则11-2-5】有时候时间效率和空间效率可能对立，此时应当分析那个更重要，作出适当的折衷。例如多花费一些内存来提高性能。

 

l         【规则11-2-6】不要追求紧凑的代码，因为紧凑的代码并不能产生高效的机器码。

 

11.3 一些有益的建议

²        【建议11-3-1】当心那些视觉上不易分辨的操作符发生书写错误。

我们经常会把“＝＝”误写成“＝”，象“||”、“&&”、“<=”、“>=”这类符号也很容易发生“丢1”失误。然而编译器却不一定能自动指出这类错误。

 

²        【建议11-3-2】变量（指针、数组）被创建之后应当及时把它们初始化，以防止把未被初始化的变量当成右值使用。

 

²        【建议11-3-3】当心变量的初值、缺省值错误，或者精度不够。

 

²        【建议11-3-4】当心数据类型转换发生错误。尽量使用显式的数据类型转换（让人们知道发生了什么事），避免让编译器轻悄悄地进行隐式的数据类型转换。

 

²        【建议11-3-5】当心变量发生上溢或下溢，数组的下标越界。

 

²        【建议11-3-6】当心忘记编写错误处理程序，当心错误处理程序本身有误。

 

²        【建议11-3-7】当心文件I/O有错误。

 

²        【建议11-3-8】避免编写技巧性很高代码。

 

²        【建议11-3-9】不要设计面面俱到、非常灵活的数据结构。

 

²        【建议11-3-10】如果原有的代码质量比较好，尽量复用它。但是不要修补很差劲的代码，应当重新编写。

 

²        【建议11-3-11】尽量使用标准库函数，不要“发明”已经存在的库函数。

 

²        【建议11-3-12】尽量不要使用与具体硬件或软件环境关系密切的变量。

 

²        【建议11-3-13】把编译器的选择项设置为最严格状态。

 

²        【建议11-3-14】如果可能的话，使用PC-Lint、LogiScope等工具进行代码审查。

 

 

 

参考文献

[Cline] Marshall P. Cline and Greg A. Lomow, C++ FAQs, Addison-Wesley, 1995

 

[Eckel] Bruce Eckel, Thinking in C++（C++ 编程思想，刘宗田 等译），机械工业出版社，2000

 

[Maguire] Steve Maguire, Writing Clean Code（编程精粹，姜静波 等译），电子工业出版社，1993

 

[Meyers] Scott Meyers, Effective C++, Addison-Wesley, 1992

 

[Murry] Robert B. Murry, C++ Strategies and Tactics, Addison-Wesley, 1993

 

[Summit] Steve Summit, C Programming FAQs, Addison-Wesley, 1996