Effective C++：改善程序与设计的55个具体做法

Posted 2021-10-05 一起学编程

高效程序员必看技巧！

（1）视 C++ 为一个语言联邦（C、Object-Oriented C++、Template C++、STL）

（2）可以编译器替换预处理器（尽量以 const、enum、inline 替换 #define）

（3）尽可能使用 const

（4）确定对象被使用前已先被初始化（构造时赋值（copy 构造函数）比 default 构造后赋值（copy assignment）效率高）

（5）了解 C++ 默默编写并调用哪些函数（编译器暗自为 class 创建 default 构造函数、copy 构造函数、copy assignment 操作符、析构函数）

（6）若不想使用编译器自动生成的函数，就应该明确拒绝（将不想使用的成员函数声明为 private，并且不予实现）

（7）为多态基类声明 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）

（8）别让异常逃离析构函数（析构函数应该吞下不传播异常，或者结束程序，而不是吐出异常；如果要处理异常应该在非析构的普通函数处理）

（9）绝不在构造和析构过程中调用 virtual 函数（因为这类调用从不下降至 derived class）

（10）令 operator= 返回一个 reference to *this （用于连锁赋值）

（11）在 operator= 中处理 “自我赋值”

（12）赋值对象时应确保复制 “对象内的所有成员变量” 及 “所有 base class 成分”（调用基类复制构造函数）

（13）以对象管理资源（资源在构造函数获得，在析构函数释放，建议使用智能指针，资源取得时机便是初始化时机（Resource Acquisition Is Initialization，RAII））

（14）在资源管理类中小心 copying 行为（普遍的 RAII class copying 行为是：抑制 copying、引用计数、深度拷贝、转移底部资源拥有权（类似 auto_ptr））

（15）在资源管理类中提供对原始资源（raw resources）的访问（对原始资源的访问可能经过显式转换或隐式转换，一般而言显示转换比较安全，隐式转换对客户比较方便）

（16）成对使用 new 和 delete 时要采取相同形式（new 中使用 [] 则 delete []，new 中不使用 [] 则 delete）

（17）以独立语句将 newed 对象存储于（置入）智能指针（如果不这样做，可能会因为编译器优化，导致难以察觉的资源泄漏）

（18）让接口容易被正确使用，不易被误用（促进正常使用的办法：接口的一致性、内置类型的行为兼容；阻止误用的办法：建立新类型，限制类型上的操作，约束对象值、消除客户的资源管理责任）

（19）设计 class 犹如设计 type，需要考虑对象创建、销毁、初始化、赋值、值传递、合法值、继承关系、转换、一般化等等。

（20）以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value （前者通常更高效、避免切割问题（slicing problem），但不适用于内置类型、STL迭代器、函数对象）

（21）必须返回对象时，别妄想返回其 reference（绝不返回 pointer 或 reference 指向一个 local stack 对象，或返回 reference 指向一个 heap-allocated 对象，或返回 pointer 或 reference 指向一个 local static 对象而有可能同时需要多个这样的对象。）

（22）将成员变量声明为 private（为了封装、一致性、对其读写精确控制等）

（23）以 non-member、non-friend 替换 member 函数（可增加封装性、包裹弹性（packaging flexibility）、机能扩充性）

（24）若所有参数（包括被this指针所指的那个隐喻参数）皆须要类型转换，请为此采用 non-member 函数

（25）考虑写一个不抛异常的 swap 函数

（26）尽可能延后变量定义式的出现时间（可增加程序清晰度并改善程序效率）

（27）尽量少做转型动作（旧式：(T)expression、T(expression)；新式：const_cast<T>(expression)、dynamic_cast<T>(expression)、reinterpret_cast<T>(expression)、static_cast<T>(expression)、；尽量避免转型、注重效率避免 dynamic_casts、尽量设计成无需转型、可把转型封装成函数、宁可用新式转型）

（28）避免使用 handles（包括 引用、指针、迭代器）指向对象内部（以增加封装性、使 const 成员函数的行为更像 const、降低 “虚吊号码牌”（dangling handles，如悬空指针等）的可能性）

（29）为 “异常安全” 而努力是值得的（异常安全函数（Exception-safe functions）即使发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构败坏，分为三种可能的保证：基本型、强列型、不抛异常型）

（30）透彻了解 inlining 的里里外外（inlining 在大多数 C++ 程序中是编译期的行为；inline 函数是否真正 inline，取决于编译器；大部分编译器拒绝太过复杂（如带有循环或递归）的函数 inlining，而所有对 virtual 函数的调用（除非是最平淡无奇的）也都会使 inlining 落空；inline 造成的代码膨胀可能带来效率损失；inline 函数无法随着程序库的升级而升级）

（31）将文件间的编译依存关系降至最低（如果使用 object references 或 object pointers 可以完成任务，就不要使用 objects；如果能够，尽量以 class 声明式替换 class 定义式；为声明式和定义式提供不同的头文件）

（32）确定你的 public 继承塑模出 is-a（是一种）关系（适用于 base classes 身上的每一件事情一定适用于 derived classes 身上，因为每一个 derived class 对象也都是一个 base class 对象）

（33）避免遮掩继承而来的名字（可使用 using 声明式或转交函数（forwarding functions）来让被遮掩的名字再见天日）

（34）区分接口继承和实现继承（在 public 继承之下，derived classes 总是继承 base class 的接口；pure virtual 函数只具体指定接口继承；非纯 impure virtual 函数具体指定接口继承及缺省实现继承；non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承）

（35）考虑 virtual 函数以外的其他选择（如 Template Method 设计模式的 non-virtual interface（NVI）手法，将 virtual 函数替换为 “函数指针成员变量”，以 tr1::function 成员变量替换 virtual 函数，将继承体系内的 virtual 函数替换为另一个继承体系内的 virtual 函数）

（36）绝不重新定义继承而来的 non-virtual 函数

（37）绝不重新定义继承而来的缺省参数值，因为缺省参数值是静态绑定（statically bound），而 virtual 函数却是动态绑定（dynamically bound）

（38）通过复合塑模 has-a（有一个）或 “根据某物实现出”（在应用域（application domain），复合意味 has-a（有一个）；在实现域（implementation domain），复合意味着 is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出））

（39）明智而审慎地使用 private 继承（private 继承意味着 is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出），尽可能使用复合，当 derived class 需要访问 protected base class 的成员，或需要重新定义继承而来的时候 virtual 函数，或需要 empty base 最优化时，才使用 private 继承）

（40）明智而审慎地使用多重继承（多继承比单一继承复杂，可能导致新的歧义性，以及对 virtual 继承的需要，但确有正当用途，如 “public 继承某个 interface class” 和 “private 继承某个协助实现的 class”；virtual 继承可解决多继承下菱形继承的二义性问题，但会增加大小、速度、初始化及赋值的复杂度等等成本）

（41）了解隐式接口和编译期多态（class 和 templates 都支持接口（interfaces）和多态（polymorphism）；class 的接口是以签名为中心的显式的（explicit），多态则是通过 virtual 函数发生于运行期；template 的接口是奠基于有效表达式的隐式的（implicit），多态则是通过 template 具现化和函数重载解析（function overloading resolution）发生于编译期）

（42）了解 typename 的双重意义（声明 template 类型参数是，前缀关键字 class 和 typename 的意义完全相同；请使用关键字 typename 标识嵌套从属类型名称，但不得在基类列（base class lists）或成员初值列（member initialization list）内以它作为 base class 修饰符）

（43）学习处理模板化基类内的名称（可在 derived class templates 内通过 this-> 指涉 base class templates 内的成员名称，或藉由一个明白写出的 “base class 资格修饰符” 完成）

（44）将与参数无关的代码抽离 templates（因类型模板参数（non-type template parameters）而造成代码膨胀往往可以通过函数参数或 class 成员变量替换 template 参数来消除；因类型参数（type parameters）而造成的代码膨胀往往可以通过让带有完全相同二进制表述（binary representations）的实现类型（instantiation types）共享实现码）

（45）运用成员函数模板接受所有兼容类型（请使用成员函数模板（member function templates）生成 “可接受所有兼容类型” 的函数；声明 member templates 用于 “泛化 copy 构造” 或 “泛化 assignment 操作” 时还需要声明正常的 copy 构造函数和 copy assignment 操作符）

（46）需要类型转换时请为模板定义非成员函数（当我们编写一个 class template，而它所提供之 “与此 template 相关的” 函数支持 “所有参数之隐式类型转换” 时，请将那些函数定义为 “class template 内部的 friend 函数”）

（47）请使用 traits classes 表现类型信息（traits classes 通过 templates 和 “templates 特化” 使得 “类型相关信息” 在编译期可用，通过重载技术（overloading）实现在编译期对类型执行 if...else 测试）

（48）认识 template 元编程（模板元编程（TMP，template metaprogramming）可将工作由运行期移往编译期，因此得以实现早期错误侦测和更高的执行效率；TMP 可被用来生成 “给予政策选择组合”（based on combinations of policy choices）的客户定制代码，也可用来避免生成对某些特殊类型并不适合的代码）

（49）了解 new-handler 的行为（set_new_handler 允许客户指定一个在内存分配无法获得满足时被调用的函数；nothrow new 是一个颇具局限的工具，因为它只适用于内存分配（operator new），后继的构造函数调用还是可能抛出异常）

（50）了解 new 和 delete 的合理替换时机（为了检测运用错误、收集动态分配内存之使用统计信息、增加分配和归还速度、降低缺省内存管理器带来的空间额外开销、弥补缺省分配器中的非最佳齐位、将相关对象成簇集中、获得非传统的行为）

（51）编写 new 和 delete 时需固守常规（operator new 应该内涵一个无穷循环，并在其中尝试分配内存，如果它无法满足内存需求，就应该调用 new-handler，它也应该有能力处理 0 bytes 申请，class 专属版本则还应该处理 “比正确大小更大的（错误）申请”；operator delete 应该在收到 null 指针时不做任何事，class 专属版本则还应该处理 “比正确大小更大的（错误）申请”）

（52）写了 placement new 也要写 placement delete（当你写一个 placement operator new，请确定也写出了对应的 placement operator delete，否则可能会发生隐微而时断时续的内存泄漏；当你声明 placement new 和 placement delete，请确定不要无意识（非故意）地遮掩了它们地正常版本）

（53）不要轻忽编译器的警告

（54）让自己熟悉包括 TR1 在内的标准程序库（TR1，C++ Technical Report 1，C++11 标准的草稿文件）

（55）让自己熟悉 Boost（准标准库）

以上

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