Effective C++ 2e Item16

本文围绕C++编程展开,介绍了赋值运算符和拷贝构造函数的使用要点。写赋值运算符时要对对象所有数据成员赋值,类增加新成员时需更新该函数。涉及继承时,派生类赋值运算符要处理基类成员赋值,拷贝构造函数要调用基类拷贝构造函数。

条款16: 在operator=中对所有数据成员赋值

条款45说明了如果没写赋值运算符的话,编译器就会为你生成一个,条款11则说明了为什么你会经常不喜欢编译器为你生成的这个赋值运算符,所以你会想能否有个两全其美的办法,让编译器生成一个缺省的赋值运算符,然后可以有选择地重写不喜欢的部分。这是不可能的!只要想对赋值过程的某一个部分进行控制,就必须负责做赋值过程中所有的事。

实际编程中,这意味着写赋值运算符时,必须对对象的每一个数据成员赋值:

template<class T>          // 名字和指针相关联的类的模板
class NamedPtr {           // (源自条款12)
public:
  NamedPtr(const string& initName, T *initPtr);
  NamedPtr& operator=(const NamedPtr& rhs);

private:
  string name;
  T *ptr;
};

template<class T>
NamedPtr<T>& NamedPtr<T>::operator=(const NamedPtr<T>& rhs)
{
  if (this == &rhs)
    return *this;              // 见条款17

  // assign to all data members
  name = rhs.name;             // 给name赋值

  *ptr = *rhs.ptr;             // 对于ptr,赋的值是指针所指的值,
                               // 不是指针本身

  return *this;                // 见条款15
}

初写这个类时当然很容易记住上面的原则,但同样重要的是,当类里增加新的数据成员时,也要记住更新赋值运算符函数。例如,打算升级NamedPtr模板使得名字改变时附带一个时间标记,那就要增加一个新的数据成员,同时需要更新构造函数和赋值运算符。但现实中,因为忙于升级类的具体功能和增加新的成员函数等,这一点往往很容易被忘记。

当涉及到继承时,情况就会更有趣,因为派生类的赋值运算符也必须处理它的基类成员的赋值!看看下面:

class Base {
public:
  Base(int initialValue = 0): x(initialValue) {}

private:
  int x;
};

class Derived: public Base {
public:
  Derived(int initialValue)
  : Base(initialValue), y(initialValue) {}

  Derived& operator=(const Derived& rhs);

private:
  int y;
};

逻辑上说,Derived的赋值运算符应该象这样:

// erroneous assignment operator
Derived& Derived::operator=(const Derived& rhs)
{
  if (this == &rhs) return *this;    // 见条款17

  y = rhs.y;                         // 给Derived仅有的
                                     // 数据成员赋值

  return *this;                      // 见条款15
}

不幸的是,它是错误的,因为Derived对象的Base部分的数据成员x在赋值运算符中未受影响。例如,考虑下面的代码段:

void assignmentTester()
{
  Derived d1(0);                      // d1.x = 0, d1.y = 0
  Derived d2(1);                      // d2.x = 1, d2.y = 1

  d1 = d2;         // d1.x = 0, d1.y = 1!
}

请注意d1的Base部分没有被赋值操作改变。

解决这个问题最显然的办法是在Derived::operator=中对x赋值。但这不合法,因为x是Base的私有成员。所以必须在Derived的赋值运算符里显式地对Derived的Base部分赋值。

也就是这么做:

// 正确的赋值运算符
Derived& Derived::operator=(const Derived& rhs)
{
  if (this == &rhs) return *this;

  Base::operator=(rhs);    // 调用this->Base::operator=
  y = rhs.y;

  return *this;
}

这里只是显式地调用了Base::operator=,这个调用和一般情况下的在成员函数中调用另外的成员函数一样,以*this作为它的隐式左值。Base::operator=将针对*this的Base部分执行它所有该做的工作——正如你所想得到的那种效果。

但如果基类赋值运算符是编译器生成的,有些编译器会拒绝这种对于基类赋值运算符的调用(见条款45)。为了适应这种编译器,必须这样实现Derived::operator=:

Derived& Derived::operator=(const Derived& rhs)
{
  if (this == &rhs) return *this;

  static_cast<Base&>(*this) = rhs;      // 对*this的Base部分
                                        // 调用operator=
  y = rhs.y;

  return *this;
}

这段怪异的代码将*this强制转换为Base的引用,然后对其转换结果赋值。这里只是对Derived对象的Base部分赋值。还要注意的重要一点是,转换的是Base对象的引用,而不是Base对象本身。如果将*this强制转换为Base对象,就要导致调用Base的拷贝构造函数,创建出来的新对象(见条款M19)就成为了赋值的目标,而*this保持不变。这不是所想要的结果。

不管采用哪一种方法,在给Derived对象的Base部分赋值后,紧接着是Derived本身的赋值,即对Derived的所有数据成员赋值。

另一个经常发生的和继承有关的类似问题是在实现派生类的拷贝构造函数时。看看下面这个构造函数,其代码和上面刚讨论的类似:

class Base {
public:
  Base(int initialValue = 0): x(initialValue) {}
  Base(const Base& rhs): x(rhs.x) {}

private:
  int x;
};

class Derived: public Base {
public:
  Derived(int initialValue)
  : Base(initialValue), y(initialValue) {}

  Derived(const Derived& rhs)      // 错误的拷贝
  : y(rhs.y) {}                    // 构造函数

private:
  int y;
};

类Derived展现了一个在所有C++环境下都会产生的bug:当Derived的拷贝创建时,没有拷贝其基类部分。当然,这个Derived对象的Base部分还是创建了,但它是用Base的缺省构造函数创建的,成员x被初始化为0(缺省构造函数的缺省参数值),而没有顾及被拷贝的对象的x值是多少!

为避免这个问题,Derived的拷贝构造函数必须保证调用的是Base的拷贝构造函数而不是Base的缺省构造函数。这很容易做,只要在Derived的拷贝构造函数的成员初始化列表里对Base指定一个初始化值:

class Derived: public Base {
public:
  Derived(const Derived& rhs): Base(rhs), y(rhs.y) {}

  ...

};

现在,当用一个已有的同类型的对象来拷贝创建一个Derived对象时,它的Base部分也将被拷贝了。

<think> 我们参考了用户提供的引用内容,其中提到了内存管理、多线程编程和STL等内容。用户已经学完C++基础语法、STL和多线程,接下来应该学习什么? 根据C++的学习路径,在掌握了这些基础之后,可以继续深入学习以下方向: 1. 深入模板元编程C++的模板是强大且复杂的特性,学习模板元编程可以提高代码的抽象能力和复用性。 2. 现代C++特性(C++11/14/17/20):学习lambda表达式、智能指针、移动语义、并发库等现代特性。 3. 设计模式:掌握常用的设计模式,提高软件设计能力。 4. 网络编程:学习使用C++进行网络编程,如socket编程,以及网络库(如Boost.Asio)的使用。 5. 系统级编程:包括操作系统相关的API调用、进程管理、文件系统操作等。 6. 性能优化:学习如何分析和优化C++程序的性能,包括内存访问模式、缓存友好设计等。 7. 跨平台开发:了解如何在不同的操作系统(如Windows、Linux)上开发和移植C++程序。 8. 深入学习并发编程:虽然已经学习了多线程,但并发编程还有更多高级主题,如无锁编程、线程池、条件变量等。 我们根据这些方向,为用户推荐接下来的学习内容,并生成相关问题。 </think>在学完C++基础语法、STL和多线程后,建议按照以下路径继续深入学习,这些内容能帮助你构建更专业的C++开发能力: ### 1. 现代C++特性(C++11/14/17/20) ```cpp // 示例:现代C++核心特性 auto lambda = [](auto x) { // C++14泛型lambda return std::make_unique<int>(x*2); // 智能指针 }; std::vector<int> v{1,2,3}; // 初始化列表 for(auto&& item : v) { // 范围for循环 std::cout << item << std::endl; } ``` - **关键特性**:智能指针(`unique_ptr/shared_ptr`)、移动语义、lambda表达式、类型推导(`auto`)、并发库(`<future>`) - **学习资源**:《Effective Modern C++》(Scott Meyers)、cppreference.com ### 2. 内存管理进阶 ```cpp // 智能指针应用场景 class Resource { public: Resource() { std::cout << "资源创建\n"; } ~Resource() { std::cout << "资源释放\n"; } }; auto processResource() { auto res = std::make_shared<Resource>(); // 自动内存管理 return res; // 引用计数管理生命周期 } ``` - **重点内容**: - 智能指针的原理与使用场景 - 自定义内存分配器 - 内存泄漏检测工具(Valgrind、AddressSanitizer) - RAII(资源获取即初始化)设计模式 ### 3. 网络编程(结合多线程) ```cpp // 简易TCP服务器示例 void start_server() { boost::asio::io_context io; tcp::acceptor acceptor(io, tcp::endpoint(tcp::v4(), 8080)); auto handle_connection = [&] { tcp::socket socket(io); acceptor.accept(socket); std::thread(handle_client, std::move(socket)).detach(); }; } ``` - **推荐方向**: - Socket编程基础 - 网络库:Boost.Asio/Poco/libevent - HTTP/TCP协议实现 - 高并发服务器架构 ### 4. 设计模式与架构 ```cpp // 工厂模式示例 class Widget { public: virtual void draw() = 0; static std::unique_ptr<Widget> create(WidgetType type); // 工厂方法 }; ``` - **常用模式**: - 创建型:工厂/单例/建造者 - 结构型:适配器/代理/组合 - 行为型:观察者/策略/命令 - **学习建议**:《设计模式:可复用面向对象软件的基础》 ### 5. 跨平台开发 - **关键技术**: - CMake构建系统 - 平台特定API封装(Windows/Linux/macOS) - 条件编译与宏定义 - 跨平台GUI框架(Qt/WxWidgets) ### 6. 性能优化 ```cpp // 缓存友好设计示例 struct alignas(64) CacheLine { // 64字节对齐 int data[16]; }; ``` - **优化方向**: - CPU缓存机制 - 分支预测优化 - SIMD指令集(AVX/SSE) - 性能分析工具(perf、VTune) ### 7. 项目实践建议 ```mermaid graph LR A[基础语法] --> B[STL容器] B --> C[多线程] C --> D[网络编程] D --> E[设计模式] E --> F[性能优化] F --> G[完整项目] ``` - **项目类型**: - 简易数据库系统 - HTTP服务器 - 实时数据处理系统 - 游戏引擎模块
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