Effective C++(第3版)精读总结(一)

序言

这本C++的经典之作，作者是大佬Scott Meyers👉大佬主页，还写过其他几本影响深远的C++经典，例如《Effective STL》,《More Effective C++》,《Effective Mordern C++》,《Overview of the New C++(C++11/14)》等等。本人看的是中文版，侯捷老师翻译的，精读分析并实践推敲后，整理成博客记录下来。

关于Effective C++，全书55个C++条款，许多人都做了笔记类的博客，大家视角不同可能侧重也不同，各花入各眼了。(PS:本文主干目录和原书一致，另外，由于原书在C++11之前写成，所以会根据本人开发经验新增一些个人感悟👉By the way环节)

(Effective-C++总结系列分为四部分，本文为第一部分，涉及原书第1~2章，内容范围Rule01~12。为方便书写，Rule01简写为R01)。

废话不多说，直接进入正题。

CH1.让自己习惯C++

R01 视C++为一个语言联邦

如今的C++已经是个多重范式(multiparadigm)语言,同时支持面向过程形式、面向对象形式、函数形式、泛型形式、元编程形式。 要理解这么多特性，可以简单的归结为四种次语言(sublanguage)组成：

• C语言：C++仍以C为基础。C++是C的超集，区块 、语句、预处理、内置数据类型、数组、指针等全部来自于C语言；
• Object-Oriented C++: 面向对象特性。构造、析构、封装(encapsulation)、继承(inheritance)、多态(polymorhpism)、virtual函数(动态绑定)等；
• Template C++:C++的泛型(generic)编程的部分，也带来了黑魔法-模板元编程(TMP,Metaprogramming)；
• STL：STL(Standard Temlate Library)即标准模板库，它是template程序库。封装了各类容器(container)、配置器(allocator)、迭代器(iterator)、算法以及常用对象。

R02 尽量以const,enum,inline替换#define

• 对于宏定义的常量，建议用const常量或者枚举enum替换

  这样做的好处是方便调试，因为宏报错就是个常数值，没有符号表；并且宏不具有封装性(宏的作用域是在编译时是其定义之事)。

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  // 举例：MAX_DATA_COUNT在预处理阶段就会被替换，编译器不会见到它，所以一旦有相关报错，给的是100这个值 #define MAX_DATA_COUNT 100 const int MAX_DATA_COUNT = 100 ;//常量只有一份，宏会导致多份常量值 class Buffer{ public://...类其他部分省略 static const double factor_ ;//static常量,类内声明 static const int times_ = 2;// int类型允许类内初始化,规范上还是建议拿到类外 private: static const int ArrLength = 5; int arr[ArrLength]; }; const double Buffer::factor_ = 0.1;//类外初始化,一般写在实现文件*.cpp,*.cc中

  如果编译器不允许声明时"in-class初值设定",如果是整形常量，可以让枚举值来替代，而且枚举值不能被取地址。

• 对于宏定义的函数，建议用内联inline函数替换

  宏函数没办法单行debug调试，而内联函数可以；

  宏的写法即使小心翼翼的加好了括号，也可能造成意想不到的宏函数重复计算的问题。

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  #define GET_MAX(a,b) ((a)>(b) ? (a) :(b)) int a = 5, b = 0; GET_MAX(++a,b); // a累加二次 GET_MAX(++a,b+10); // a累加一次 // 定义个inline函数就不会有这个问题,(a,b)作为函数入参就只会计算一次

  By the way

  上述情况，从纯C语言角度，想避免“宏函数重复计算”，其实还有个方法，就是使用GNU C 扩展的 typeof 或 GCC 的 __auto_type 关键字，详细可参考GCC官方文档页面。2者都适用于GCC和Clang，都不适用MSVC），示例如下：

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  #define GET_MAX_ONCE(a,b) \ ( {typeof(a) _a = (a); \ typeof(b) _b = (b); \ (_a) > (_b) ? (_a) : (_b); } )

  测试代码如下：

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  int a = 10,b = 20; int c = GET_MAX(++a, b++); std::cout << "a = " << a << ", b = "<< b << ", c = " << c << std::endl; a = 10 , b = 20; c = GET_MAX_ONCE(++a, b++); std::cout << "a = " << a << ", b = "<< b << ", c = " << c << std::endl;

  测试代码输出：

  1 2	a = 11, b = 22, c = 21 a = 11, b = 21, c = 20

  🤔 使用 __auto_type 来取代时要赋初值，关键的 typeof 那行用法改为 __auto_type _a = (a); 。

  __auto_type 比 typeof 的优势之处在于面对变长数组(VLA)，只解析1次；以及面对嵌套宏定义时也是只严格解析一次。

R03 尽可能用const

说起const，先复习个面试高频题😁

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//类型char在哪里没关系，关键看const和*的相对位置：const在*左边，指针所指物为常量; const在*右边，指针为常量；
const char* p; // 指针p所指的字符串为常量，但是p可以修改
char* const p; // 指针p是常量，指向的字符串可修改

• const修饰函数返回值时的防御性

  const修饰函数的返回值，可以避免一些错误，如下：

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  const Rational operator* (const Rational& lhs,const Rational& rhs); //存在Rational a,b,c; if(a*b = c) //例如手误 "=="打成了"="，编译器会直接报错

• const成员函数的限制

  const成员函数有2个好处：明确理解函数是否修改对象内容；使“操作const对象”成为可能。

  可以通过const特性让对象自动调用正确的版本：

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  class TextBlock{//...类其他部分省略 const char& operator[](std::size_t index) const{ return text[index];} char& operator[](std::size_t index) { return text[index];} private: std::string text; } void print(const TextBlock& ctb){ std::cout<<ctb[0] ;//根据const特性，调用 const TextBlock::operator[] }

  思考：const成员函数不修改成员对象，那么，如果成员对象为指针char *p，仅修改p指向的内容，那它还是const成员函数吗？
  实测：const成员函数是允许p[2]= 'x'这一操作的，但是不允许p++；

  • bitwise-constness(又称为physical constness)理念认为不是，不能更改任何对象内的任何一个bit。这种说法也有纰漏，const函数返回一个引用就失控了,外部可改；
  • logical-constness理念则允许const成员函数修改成员变量的bits，但只有在客户端侦测不出的情况下;
  • const成员函数如果一定要修改成员变量，成员变量使用 mutable 修饰即可.

• const与non-const的成员函数实现完全相同时
  这种情况，如何去除代码冗余是个问题。不要封装出一个private函数然后一起调用，多了层调用。
  正确做法👉 使用转型,让non-const调用const成员函数，如下为示例：

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  class Rawdata { public: Rawdata(char *src):p_(src),length_(strlen(src)) {} const int& GetLength()const{ p_[1] = 'a';//为求简便,不作检查了。p_内容修改编译器是允许的. return length_; } int GetLength() { return const_cast<int&>( (static_cast<const Rawdata&>(*this)).GetLength()); } private: char *p_ = nullptr; int length_ = 0; };

R04 确定对象使用前先初始化

分清"赋值"和"初始化"，在类的构造函数体内使用等号"=“赋值并非"初始化”。成员变量的初始化是在构造函数的成员初始化列表实现，效率更高。
C++初始化的次序：

1. Base class总是早于Derived Class被初始化；
2. Class内的成员变量总是以声明次序被初始化；
   举例：下图中的代码初始化顺序为声明顺序"age_$\rightarrow$name_$\rightarrow$gender_ $\rightarrow$isVip_"

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   class Customer { public: //这里只是为了验证，如果是实际工程代码，建议初值列表尽量和声明顺序保持一致 Customer(std::string gender, uint8_t age, std::string name, bool isVip = false) :isVip_(isVip), gender_(gender), name_(name), age_(age) {} private: uint8_t age_; std::string name_; std::string gender_; bool isVip_; };

   By the way

   💡：任何一个成员变量a的初始化流程：类内声明赋初值(C++11)->构造函数初始化列表->构造函数体内赋值.  
   

3. 函数体外static变量称为non-local static变量，这种变量可以在各自的编译单元正常工作，但C++无法保证初始化次序，当编译单元之间需要共享变量时，而该变量依赖non-local static，就可能会出问题。
   解决办法是将这样的变量放回函数体内，成为local static，因为C++确保在函数被调用时一定会初始化这个static变量。

CH2.构造/析构/赋值运算

R05 了解C++默认编写并调用哪些函数

编译器可以暗自为Class创建default构造函数，copy构造函数(复制构造)，copy assigment(赋值构造)操作符，以及default析构函数。

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class EmptyClass{};

等价于👇

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class EmptyClass {
public:
    EmptyClass() {}        // default构造函数
    EmptyClass(const EmptyClass& rhs) {}//copy构造函数
    ~EmptyClass() {}//default析构函数，注意是non-virtual
    EmptyClass& operator=(const EmptyClass& rhs) {}//copy assignment操作符
};

• 如果一个非空Class自行声明了构造函数，编译器就不再为它创建default构造函数
• 如果一个Class内有引用变量或const变量，编译器不会为其生成copy-assignment函数，需要自己实现

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  class NameObject { public: NameObject(std::string& name, const int value) :nameValue_(name), objectVal_(value) {} private: std::string& nameValue_; const int objectVal_; };//考虑以下应用代码 std::string name("Mike"), name2("Nicky"); NameObject nObj(name,22), nObj2(name2,33); nObj2 = nObj;//这一句会导致编译失败，因为引用不能指向2个对象，且const不可改

R06 不想编译器的自动生成的函数,明确拒绝

某些场景，类对象本身是认为独一无二的，比如描述人物性格的类Personality(可能不恰当)，不同的人性格不同，肯定是不希望能复制/赋值的。
如果不想编译器自动生成那几个函数，比如不想要复制构造或赋值构造，就明确在代码中禁止，也防止外部用户使用。

• 技巧1：可以声明为private函数但是不给出实现，让编译器报错；
• 技巧2：可以设立基类Base，让复制构造和赋值构造都为private函数，让目标类继承于Base类。

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class A {  
public:  
    A(const A&) = delete;  
    A& operator=(const A&) = delete;  
};

R07 为多态基类声明virtual析构函数

• 针对Base* pBase= new DerivedObj()，释放pBase时，如果Base基类的析构函数None-Virtual，则会导致Derived的析构函数不会被调用，造成内存不完全释放，即内存泄漏；
• Non-Virtual的Class不要做基类；
• 如果不做基类，就不要声明析构函数为virtual函数，避免虚表为其分配vptr造成浪费；
• 如果想要抽象类，又暂时没有合适接口，可以让先虚析构成为纯虚函数，例如：

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  class RawData{ public: virtual ~RawData() = 0; }; // 这里特殊的是，需要为这个纯虚函数提供定义 ~RawData::RawData(){}

R08 别让异常逃离析构函数

• 析构函数最好不要吐出异常
  对于某个Widget类，如果析构函数抛出异常，那么vector<widget>析构时可能连续抛出多个异常以至于无法处理，直接导致提前程序结束或者未定义行为。

• 如果有某个函数可能会抛出异常，并需要对异常做出反应，应该提供一个非析构的函数来处理
  注意，在析构中抛异常并吞下(catch后go-on-execute)，会掩盖错误，也不是个好办法;抛异常后catch住并std::abort()反而可以提前终结『未定义行为』。

R09 绝不在构造和析构过程中调用virtual函数

• 在Derived-Class的Base-Class构造期间，对象的类型是Base-Class，而非Derived，即使dynamic_cast也是这样认为的，因为此时virtual函数不会下降到Derived-Class的阶层；换句话说==> “在Base-Class构造期间，virtual函数不是virtual函数” ；
• 在析构的时候也是类似道理，也不要在析构函数中调用virtual函数，间接调用也不行(比如non-Virtual->virtual)；
• 那么替代方案是？
  如果有这样一种情况，希望在子类构造时能调用父类的foo函数(下方logTransaction函数)，那么将foo改为non-Virtual函数，并且子类构造时调用父类构造函数，有参数时一并传过去；

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  class Transaction { public: explict Transaction(const std::string& info,int id):id_(id) { logTransaction(info); } void logTransaction(const std::string& info) { std::cout << info.c_str(); }//non-Virtual函数 private: int id_; }; class BuyTransaction :public Transaction { public: //将log信息传递给 基类Transaction构造函数； 并初始化了基类成员 BuyTransaction(const std::string& info, int id) :Transaction(info,id) {/**/} };

  By the way

  上述代码中，如果有几个Base构造函数，就得写几个Derived构造函数传参。为了简化这一步骤， 在现代C++11，推出了继承构造函数(Inheriting Constructor)，子类可以一个都不用写，直接写一句using声明即可，使用using BaseClass::BaseClass的形式，如下👇

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  class BuyTransaction :public Transaction { public: using Transaction::Transaction; //其他 };

R10 令operator=返回一个reference to *this

• 关于赋值操作符operator= ，主流做法是：

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  class Widget { public: Widget& operator=(const Widget &rhs) { //... do some thing return *this; } };

  上述做法不局限于operator=，还有operator += ,-=,*=,/=等其他赋值运算符。
  该主流协议/做法不是强制性的，只是个建议，因为这样可以允许连续赋值($x=y=z$的形式)。
  该协议被内置类型，以及STL的类型(如string,vector,complex,shared_ptr)共同遵守。

R11 在operator=中处理"自我赋值"

一个对象赋值给自己，这种看起来有点傻的做法，有时候会比较难以发觉。比如：a[i] = a[j]，如果 $i$ 和 $j$ 相等，就是“自我赋值”的经典场景了。
所以，我们需要一个尽量完备的赋值操作符函数🤔。
考虑如下类MapWidget，内有数据裸指针BitMap *pb_，在赋值时同时考虑异常安全和 “自我赋值” 安全(认同测试保障自我赋值安全)，是一个相对不错的实现。但是，认同测试会降低运行效率，根据实际工程实践情况(自我赋值概率极低 )可以酌情去掉。

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class BitMap {/*省略类声明&实现*/};
class MapWidget {
private:
    BitMap * pb_ = nullptr;
public:
    explicit MapWidget(BitMap *pb) :pb_(pb) {}
    MapWidget& operator=(const MapWidget& rhs) {
        if (this == &rhs) return *this; //这一句为认同测试(identity test)
        BitMap *pOrig = pb_;//不要一上来就delete，而是保存this->pb_
        pb_ = new BitMap(*rhs.pb_);//因为这一句可能抛异常
        delete pOrig;
        return *this;
    }
};

• Copy and Swap技术 上文中保障异常安全和 “自我赋值” 安全的技术手段，另外一个办法，就是Copy and Swap技术。这个技术的关键在于“修改对象数据的副本，然后在一个不抛异常的函数中将修改的数据和原件置换 ”。

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  void MapWidget::Swap(MapWidget& rhs){std::swap(rhs.pb_,pb_);} MapWidget& MapWidget::operator=(const MapWidget& rhs) { MapWidget temp(rhs); Swap(temp); return *this; }

R12 复制对象时别忘记其每一个成分

• 编写类的Copying函数时需要做到2点
  这里的Copying函数是指有copy属性的特殊函数==> copy构造函数和copy赋值操作符。

  1. 复制所有Local成员变量
     如果成员复制的时候有遗漏，编译器并不会有怨言，这就埋下了隐患。如果新增了成员，要对应修改Copying函数。
  2. 调用所有Base-Class内部的适当的Copy函数
     具体代码的推荐实现 如下👇：

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  class Customer { public: Customer(std::string name, float money):name_(name),money_(money) {} private: std::string name_; float money_; }; class VipCustomer :public Customer { public: //注意：派生类要复制基类那部分的成员变量 using Customer::Customer; //参考R09 VipCustomer(const VipCustomer& rhs) :priority_(rhs.priority_),Customer(rhs){} VipCustomer& operator=(const VipCustomer& rhs){ Customer::operator=(rhs); priority_ = rhs.priority_; return *this; } void setPriority(int priority) { priority_ = priority; }; private: int priority_;//子类独有成员可以单独set函数赋值，或者构造函数初始化列表赋值 };

• 不要用一个Copying函数去实现另一个
  令copy-assignment操作符调用copy构造函数是不合理的；反之，后者调用前者也是无意义的。 如果2者有大量的代码是相同的，可以剥离一个类内private类型的init函数出来，提供给上述2者调用。