Effective C++读书笔记（上）

本文是笔者阅读Effective C++第三版时的读书笔记，主要内容包括：

对书上内容的概括提取

笔者自己不清楚的小知识点的提取

对书中每个条款的后的“请记住”部分的（基本上是）原文摘录

这种灰色部分一般是笔者自己的一些注释

原书一共九章，本文（上篇）记录第一至三章的笔记

1. 让自己习惯C++

条款01：视C++为一个语言联邦

将C++视为四种sublanguage，即：
- C（没有模板、异常、重载）
- Object-Oriented C++（面向对象、多态性）
- Template C++ （泛型编程）
  - 由此衍生出模板元编程（template metaprogramming, TMP）
- STL （容器、迭代器、算法、函数对象）
在sublanguage间切换时，高效的编程守则也会改变，例如：
- 对内置(C-like)类型，值传递比引用传递更加高效！
- 迭代器和函数对象由C指针塑造，所以对它们也应该采用值传递

C++高效编程守则取决于你使用C++的哪一部分

条款02：尽量以const，enum，inline替换 #define

宏的定义也许不会被编译器看见（预处理器处理），进而导致报错时不会带有宏的记号信息，导致难以调试；而常量则可以避免此种问题
使用常量可能导致较小量的码(object code)；而宏可能会导致多份盲目替换，导致目标码大一些
往往const string比const char* const要好一些

这里还不知道是为啥
#define一般不能提供封装性，常量则不然
in-class初值设定只能对整型常量进行
关于enum hack：
- 取enum的地址不合法，但是取const的地址是合法的（有时这是一种约束）
- enum绝不会导致内存分配，而某些不优秀的编译器也许会给const分配空间
  
  综上来说，enum的行为某方面更像#define
使用template inline函数替代宏

对于单纯常量，最好以 const对象或 enum替换 #define

对于形似函数的宏，用 inline函数替换 #define

条款03：尽可能使用const

迭代器就像一个T*指针
- const iterator iter类似T* const t
- const_iterator类似const T* （用于只读访问）
函数返回值是const可以预防一些奇怪的错误（书P19上方）
两个成员函数只有常量性不同可以被重载
关于bitwise constness和logical constness（见书P21， 派别之争并不是重点，重点后者的思想是保证客户端侦测不出变化，与编译器只认bitwise之间的矛盾，从而导出下一条）
在声明变量前加上前缀mutable，const成员函数就可以更改这些变量

在const和non-const之间避免重复：

只应该让non-const函数调用const函数（反之则可能导致成员变量改动，使const函数失去const特性）

具体写法：

const char& operator[](std::size_t pos) const {
	...
	return str[pos];
}
char& operator[](std::size_t pos) {
	return
	  const_cast<char&>(  // 转除op[]返回的const
		static_cast<const ClassName&>(*this)[pos]  // 把*this变const以调用const函数
	  );
}

注意到，这里把*this转成了const ClassName&，相当于进行了一个加const

将某些东西声明为 const可以帮助编译器侦测错误用法。const可被施加于任何作用域内的对象、函数参数、函数返回类型、成员函数本体

编译器强制实施 bitwise constness，但你应该使用 “概念上的常量性”

当 const和 non-const成员函数有等价实现时，令 non-const版本调用 const版本来避免代码重复

条款04：确定对象使用前已先被初始化

确保每一个构造函数都将对象的每一个成员初始化
- 分清初始化(initialization)和赋值(assignment)
- 通常使用初始化列表，即直接调用拷贝构造，比先默认构造再赋值来得快
- const和reference变量必须使用初始化列表
总而言之，总是在初值列中列出所有成员变量
- 过多的重复下，可以将那些“赋值表现和初始化一样好”的成员变量移到某个private函数里供构造函数调用
class的成员变量以其声明次序被初始化，和初始化列表顺序无关
对于不同编译单元之间的non-local static对象（位于namespace或global作用域）的初始化次序没有明确规定
- 合适的设计手法是，把non-local static对象变成函数里的static对象，然后让这个函数返回该对象的引用
  - 函数内的local static对象会在“该函数调用期间”“首次遇上该对象之定义式”时被初始化
- 尽管如此，任何涉及non-const static对象涉及到多线程都会有不确定性，一般是在单线程启动阶段先把这样的reference-returning函数手动调用一遍

为内置型对象进行手工初始化，因为 C++不保证初始化它们

构造函数最好使用初值列代替赋值操作；初值列排列次序应该和声明次序相同

为了免除跨编译单元时初始化次序的问题，请用 local static对象替换 non-local static对象

2. 构造/析构/赋值运算

条款05：了解C++默默编写并调用哪些函数

编译器默认声明的拷贝构造、赋值、构造、析构函数都是public且inline的
- 只有这些默认的函数需要被调用，它们才会被创建
- 编译器产出的析构函数默认non-virtual
有三种情况编译器会拒绝生成一个默认的copy assignment
- 类中含有reference成员
- 类中含const成员
- 基类的copy assignment声明为private

编译器可以暗自为 class创建 default构造函数、copy构造函数、copy assignment操作符，以及析构函数

条款06：若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝

可以通过仅声明，不定义copy构造、copy assignment操作符，并且声明为private，来避免编译器的自动创建和不被希望的调用
- 进一步，如果不希望friend和member函数调用，可以实现一个基类，并将它的copy构造、copy assignment操作符声明为private，然后继承它（甚至未必要是public继承）

为驳回编译器（暗自）提供的机能，可将相应的成员函数声明为 private并不予实现。或者采用 Uncopyable基类的做法。

条款07：为多态基类声明virtual析构函数

任何class只有带有virtual函数都几乎确定应该也有一个virtual析构函数
如果不作为基类，不应使用virtual，因为包含了vptr(virtual table pointer)，可能会导致：
- 对象的体积可能会增大50%~100%！
- 不再和其他语言（如C）中的相同声明拥有一样的结构，从而不能传递至其他语言所写函数
string，以及所有STL容器，都不带virtual析构函数！（因而不适合被继承）
如果希望有一个抽象类，可以将类的析构函数声明为纯虚，但是仍然需要提供定义！（否则连接器会报错）

这里比较奇怪，基类的析构该怎么写还是要怎么写，比如该 delete还是要 delete

带有多态性质的基类应该声明一个 virtual析构函数；如果类中有任何 virtual函数，它就应该有一个 virtual析构函数

类的设计目的如果不是为了作为基类，或者是基类但不是为了具有多态性，就不应该声明 virtual析构函数

条款08：别让异常逃离析构函数

析构函数不应该吐出异常，理由有二：
- 可能导致异常后面的资源释放不会执行
- 异常可能会导致程序调用其他的析构函数来释放资源，这可能会造成新的异常（两个异常同时存在的情况下，程序若不是结束执行就是导致不明确行为）
解决这种问题的方法：
- 析构函数内有异常就abort()结束程序
- 析构函数吞下异常（不一定是个好主意，但是可行！）
- 重新设计一个普通函数接口来进行操作，从而给客户一个处理异常的空间，同时在析构函数里操作作为双保险

析构函数绝对不要吐出异常；析构函数应该捕捉任何异常，吞下它们或结束程序

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，类中应该提供一个普通函数进行该操作

条款09：绝不在构造和析构过程中调用virtual

原因是在基类构造期间运行期类型信息（dynamic_cast和typeid之类）把对象视为base class类型，虚函数也只会被解析至base class（这样的好处是可以防止虚函数调用还没有初始化的派生类成员）
析构函数也同样
如果想在构造对象时输出适当的对应版本的信息，可以通过给构造函数增加参数一直传给基类，并且在基类构造函数中使用non-virtual函数

在构造和析构期间不要调用 virtual函数，因为这类调用从不下降至当前执行层的 derived class

条款10：令 operator= 返回一个reference to *this

为了实现连锁赋值，所以返回一个指向操作符左侧实参的引用（也包括+=之类的运算符）

令赋值操作符返回一个 reference to \this*

条款11：在 operator= 中处理“自我赋值”

三种方法处理这种情况：
- “证同测试”：
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  if (this == &rhs) return *this;
- 保持异常安全性的同时处理了自我赋值
  1
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  Bitmap* pOrig = pb;
  pb = new Bitmap(*rhs.pb);
  return *this;
  这段代码的好处是即使 new的时候出现异常，pb也会保持原状
- 使用所谓copy and swap技术
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  2
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  Widget tmp(rhs);
  swap(tmp); // 将*this和tmp的数据交换
  return *this;
  而如果rhs是值传递的，还可以省略第一行
  
  将 copying动作从函数本体内移至 “函数参数 ”构造阶段有时可令编译器生成更高效的代码（也许指用值传递 rhs）

确保当对象自我赋值时 operator=有良好行为；其中技术包括比较地址，安排语句顺序，以及 copy-and-swap

确定任何函数如果操作一个以上的对象，而其中多个对象是同一个对象时，其行为仍然正确

条款12：复制对象时勿忘其每一个成分

对于基类部分的复制，往往在派生类的复制函数中手动调用基类的复制函数，如BaseClass::operator=(rhs)
故编写copying函数时应该：
- 复制所有local成员变量
- 调用所有基类的适当copying函数
让copy构造函数和copy assignment操作符之间互相调用是不合理的（如果要代码复用，应该建立一个新的函数给两者调用）

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 ”

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供两者共同调用

3. 资源管理

条款13：以对象管理资源

以对象管理资源的一般想法：
- 获得资源后立刻放进管理对象
- 管理对象运用析构函数确保资源被释放

为防止资源泄漏，请使用 RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取就是初始化）对象，它们在构造函数中获得资源，在析构函数中释放资源

两个常被使用的 RAII classes是 tr1::shared_ptr和 auto_ptr，前者通常是较佳选择，因为其 copy行为比较直观，后者的复制动作会使它指向 null

条款14：在资源管理类中小心copying行为

对于RAII对象的复制，一般有几种态度（前两种情况较多）：
- 禁止复制（手法见条款06）
- 使用引用计数法
  - 通常只要内含tr1::shared_ptr，便可以实现这种行为
  - tr1::shared_ptr允许指定一个“删除器”作为第二参数，即引用数归零时被调用的行为
- 复制底部资源，即进行深拷贝
- 转移底部资源的拥有权，即auto_ptr的行为

复制 RAII对象必须一并复制它所管理的资源，所以资源的 copying行为决定 RAII对象的 copying行为

普遍而常见的 RAII copying行为是：抑制 copying、施行引用计数法；不过也有其他可能

条款15：在资源管理类提供对原始资源的访问

将RAII class对象转换为其内含的原始资源：
- 显式转换
  - 智能指针的.get()方法
  - 自行在类内提供一个get()方法返回资源
- 隐式转换
  - 智能指针对->和*的重载
  - 在类内提供一个类型转换的函数（例如operator int()之类）

APIs往往要求访问原始资源，所以每一个 RAII class应该提供一个 “取得其所管理之资源 ”的办法

对原始资源的访问可能经由显式或隐式转换；一般而言显式比较安全，但隐式对客户比较方便

条款16：成对使用new和delete时要采取相同形式

在运用typedef的时候要小心t，要注意new这种类型的时候该用什么delete（所以一般不对数组形式做typedef，而是直接使用vector之类的）

如果你在 new表达式中使用 []，必须在相应的 delete表达式中也使用 [];反之亦然

条款17：以独立语句将newed对象置入智能指针

这样做是为了防止“资源被创建”和“资源被转换为资源管理对象之间”发生异常干扰（同语句内C++编译器对各项操作的调用顺序可能有一定的自由度，例如函数参数传递时调用的函数，详见书P76）

以独立语句将 newed对象置于智能指针内；如果不这样做，一旦异常被抛出，有可能导致难以察觉的资源泄漏

受笔者知识水平和表达能力所限，有些问题上难免出现疏漏，欢迎在评论区指正