Effective C++讀書筆記(條款24-29)
Effective C++第四篇，擴展的有點多...
(四).設計與聲明
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條款24：若所有參數皆需類型轉換，請為此采用non-member函數
#1.如果你需要為某個函數的所有參數（包括被 this指針所指的那個隱喻參數）進行
類型轉換，那麼這個函數必須是個 non-member。
//假設有個有理數類:
class Rational{
public:
Rational(int numrator=0, int denomination=1);
int numerator()const;
int denomination()const;
...
};
//如果operator*寫成Rational成員函數的話:
class Rational{
public:
...
const Rational operator*(const Rational& rhs)const;
...
};
Rational oneEigth(1,8); //很好
Rational oneHalf(1,2); //很好
Rational result = oneHalf * oneEighth; //很好
result = result * oneEighth //很好
//當嘗試混合運算時：
result = oneHalf*2; //result = oneHalf.operator*(2);很好
result = 2*oneHalf; //result = 2.operator*(oneHalf);出錯,繼續嘗試non-member函數
//當編譯器試圖調用non-member函數 result = operator*(2, oneHalf);時
//依舊沒有找到對應的non-member函數，因此最終導致出錯。
//【所以我們應該實現一個這樣的non-member函數】：
const Rational operator*(const Rational& lhs,const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs.numerator()*rhs.numerator(),
lhs.denomination()*rhs.denomination());
}
#2.決定上述non-member函數是non-friend函數還是friend函數的理由是
“是否必須對class內部private成員或protected成員進行訪問”，
若需要，則該non-member函數應是friend函數，
若不需要，為滿足最大封裝性原則，該non-member函數應是non-friend函數。
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條款25：考慮寫出一個不拋出異常的swap函數
#1.如果swap的缺省實現碼對你的class或class template提供了可接受的效率，
請使用該缺省實現版:
namespace std{
template
void swap(T&a, T&b) //std:swap的典型實現
{ //置換a和b的值
T temp(a);
a = b;
b = temp;
}
}反之，如果因class或class template使用了pImp手法(pointer to implementation):
class WidgetImpl{
public:
...
private:
int a, b, c;
std::vector v;
...
};
class Widget{
public:
Widget(const Widget& rhs);
Widget& operator=(const Widget&rhs)
{
...
*pImv = *(rhs.pImpl);
...
}
...
private:
WidgetImpl* pImv;
};從而引起了效率不足，請做以下幾件事來提高效率：
(1).提供一個public swap member函數:
//pImv是private成員變量，所以要從內部來swap,
//當然也可用friend,但這樣的寫法和STL一致
class Widget{
public:
...
void swap(Widget& other)
{
using std::swap;
swap(pImpl, other.pImpl);
}
...
};
//該swap函數保證了異常安全性和高效性，因為swap置換的是指針，對於指針
//和內置類型的置換操作絕不會拋出異常，並且還很高效。如果是對自定義類型
//執行swap函數，則會因為copy構造函數和copy assignment操作符而允許拋出異常。
(2).在你的class或template所在的namespace(如果沒有，則是globe)內提供一個
non-member swap函數,並令它調用上述的swap函數，例如：
namespace WidgetStuff{
...
template
class Widget {...}
...
template
void swap(Widget& a, Widget& b)
{
a.swap(b);
}
}
(3).如果正在編寫的是一個class(而非class template),為你的class特化std::swap，
並讓它調用你的swap member函數，例如：
namespace std{
template<>
void swap(Widget& a, Widget& b)
{
a.swap(b);
}
}
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// 理由:
// 好處是即使客戶不慎直接調用了std::swap，至少也能獲得一個全特化版的swap函數，
// 另外，C++只運行class template偏特化，但不允許function template的偏特化,
// 因此無法通過編譯（雖然某些編譯器錯誤的接受了它）。
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(4).如果你調用swap,請使用using聲明式，以便讓std::swap在函數中曝光可見，從
而在swap直接書寫調用時可獲得如下的效率查找：
<1>.在與class相同的 namespace 中查找swap函數。
<2>.在globe壞境中查找swap函數。
<3>.在namesapce std中查找全特化swap函數(如果是class而非template,並且予以了實現）
<4>.在namesapce std中查找一般swap函數。
#2.在std內進行std templates全特化是好的，但千萬不要在std內加入一些對於std
來說全新的東西，因為C++標准委員會禁止加入那些已經聲明好的東西，即便通過了
編譯和執行，其行為也不能得到明確。
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（五）.實現
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條款26：盡可能延後變量定義式的出現時間
#1.盡可能延後變量定義式的出現，如果可以，要直到初始化為止。
理由1：增加程序的可讀性，使程序結構更清晰。
理由2：對於用戶(或系統)定義類型，過早的定義變量，可能會導致程序在拋出異常，
函數返回等情況下變量沒有使用，因此會帶來額外的構造和析構成本。
（內置類型的定義，可以用C風格初始化，也可以延遲變量定義時間，為了統一起見，
最好延遲變量定義的時間。）
例如：
std::string encryptPassword(const std::string& password)
{
using namespace std;
string encrypted;
if(password.length() < MinimumPasswordLength)
throw logic_error("Password is too short");
...
return encrypted;
}
//若拋出logic_error異常，encrypted完全未被使用。
//所以應改為：
std::string encryptPassword(const std::string& password)
{
if(password.length() < MinimumPasswordLength)
throw logic_error("Password is too short");
using namespace std;
string encrypted(password);
...
return encrypted;
}
#2.方法A和方法B的定義方式各有千秋，如果你知道賦值的成本比“構造+析構”的成本低，
並且注重效率，那麼你應該使用方法A。否則，為了保證程序的可讀性和易維護性，
你應該使用方法B。
//方法A:定義於循環外
Widget w;
for(int i=0;i____________________________________________________________________________________________________________________________________
條款27：盡量少做轉型動作
#1.const_cast,dynamic_cast,reinterpret_cast,static_cast轉型操作符。
const_cast:常量性轉除，唯一有此能力的C++-style轉型操作符。
dynamic_cast:主要用來執行”安全向下轉型“，也就是用來決定某對象是否歸屬
於繼承體系中的某個類型。它是唯一無法由舊式語句執行的動作，也是唯一可能
耗費重大運行成本的轉型動作。
reinterpret_cast:意圖執行低級轉型，實際動作（及結果）可能取決於編譯器，
這也表示它不可移植，例如將一個 pointer to int 轉型為一個 int。這一類
轉型在低級代碼以為很少見。
static_cast:強迫隱式轉換，例如
將 non-contst 轉型為 const,
將 int 轉型為 double,
將 void*指針與 typed指針互轉，
將 pointer-to-base 與 pointer-to-derived互轉，
但無法將 const 轉型為 non-const,因為這個只有const_cast辦的到。
#2.如果可以，盡量避免轉型，特別是在注重效率的代碼中避免dynamic_cast，如果
有個設計需要轉型動作，試著發展無需轉型的替代設計。
理由1：C++規則的設計目標之一是，保證“類型錯誤”絕不發生，為避免在任何對象
身上執行不安全，荒謬的操作，請盡量避免轉型。
理由2：任何一個類型轉換往往令編譯器編譯出運行期間執行的碼，例如：
class Base{...};
class Derived:public Base{...};
Derived d;
Base* pb = &d;
//為獲取Base*指針值，在運行期間會有個偏移量(offset)添加在Derived*指針身上，
//編譯器會為此額外編譯出運行期間執行的碼。（注意：這裡的offset並不明確，
//因為對象的布局方式和地址計算方式隨編譯器的不同而不同。)
理由3：dynamic_cast會耗費重大的運行期成本，在深度繼承中，單單多次的
”class名稱之字符串“的strcmp比較就會耗費一定的效率成本。
【兩種避免dynamic_cast轉型的替代策略】：
(1).在單一繼承中，直接用 derived class 指針替代 base class 接口處理的derived
class 對象，例如：
//假設先Window/SpecialWindow繼承體系中只有SpecialWindows才支持閃爍效果，
//試著不要這樣做：
class Window {...};
class SpecialWindow:public Window{
public:
void blink();
...
};
typedef std::vector> VPW;
VPW winPtrs;
...
for(VPW::iterator iter = winPtrs.begin();
iter != winPtrs.end();++iter){
if(Specialwindow* psw=dynamic_cast(iter->get()))
psw->blink();
}
//應該改成這樣:
typedef std::vector> VPW;
VPW winPtrs;
...
for(VPW::iterator iter = winPtrs.begin();
iter != winPtrs.end();++iter){
(*iter)->blink();
}(2).多重繼承中，用virtual函數代替dynamic_cast所做的事
//用dynamic_cast時如下所示：
class Window {...};
...
typedef std::vector> VPW;
VPW winPtrs;
...
for(VPW::iterator iter = winPtrs.begin();
iter != winPtrs.end();++iter){
if(SpecialWindow* psw1=
dynamic_cast(iter->get()))psw1>blink();
else if(SpecialWindow* psw2=
dynamic_cast(iter->get()))psw2->blink();
else if(SpecialWindow* psw3=
dynamic_cast(iter->get()))psw3->blink();
}
//以上的做法中有一連串dynamic_cast,這會使產生出來的代碼又長又慢，
//而且基礎不穩，因為繼承體系一有改變，所有這一類代碼都要檢查看看
//是否需要修改，例如添加一個新的derived class，則要在一連串判斷
//中加入新的條件分支，及其不易維護。
//所以應該改成這樣：
class Window {
public:
virtual void blink();{} //缺省實現碼什麼也沒做
...
};
class SpecialWindow:public Window{
public:
virtual void blink(){...}; //blink做某些事
...
};
...
typedef std::vector> VPW;
VPW winPtrs;
... //容器，內含Window指針，指向所有可能的派生類對象
for(VPW::iterator iter = winPtrs.begin();
iter != winPtrs.end();++iter){
(*iter)->blink();
}
#3.如果轉型無可避免，請將它隱藏在函數背後，這樣客戶調用該函數時，不需要將
轉型動作放入它們的代碼裡，保證了代碼的封裝性和易維護性。
#4.盡量用C++-style的轉型替換舊式轉型（構造函數除外），因為
(1).它們很容易在代碼中辨別出來，因此簡化了“找出類型系統破壞點”的過程。
(2).轉型動作分門別類，因此更有利於編譯器找出錯誤的運用。
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條款28：若返回 handles 指向對象內部成分，請保證返回值 const 約束大於等於成員函數
#1.References, 指針和迭代器通通都是 handles,用來取得某個對象。
#2.若返回handles指向內部對象，並且成員函數是const,請保證該返回值也是const 。
class Point{
public:
Point(int x, int y);
...
void setX(int newVal);
void setY(int newVal);
...
};
struct RectData{
Point ulhc;
Point lrhc;
};
class Rectangle{
...
private:
std::tr1::shared_ptr pData;
Point& upperLeft()const{return pData->ulhc;}
Point& lowerRight()const{return pData->lrhc;}
...
};
Point coord1(0,0);Point coord2(100, 100);
const Rectangle rec(coord1, coord2);
rec.upperLeft().setX(50);
//這裡返回的handles可以改變，但與upperLeft const()成員函數的本意是相反的。
//所以應改成：
class Rectangle{
...
private:
...
const Point& upperLeft()const{return pData->ulhc;}
const Point& lowerRight()const{return pData->lrhc;}
...
};
//這樣就可以在保證讀寫權的同時禁止塗寫權。
【本條為個人觀點：】
#3.對於返回值為自定義(或系統定義）類型的non-const成員函數，返回內部成員
變量的handles(non-const)表示希望該內部變量是public，而對於返回值為內置
類型的成員變量，則該使用pass-by-valued的getXXX()函數和setXXX(X)來分別
區分讀寫行為。
例如：
//當upperLeft(),lowerRight()為non-const時：
class Rectangle{
...
private:
...
Point& upperLeft(){return pData->ulhc;}
Point& lowerRight(){return pData->lrhc;}
...
};
Point coord1(0,0);Point coord2(100, 100);
Rectangle rec(coord1, coord2);
//我們可以如下這樣用函數統一接口設置值和得到值:
rec.upperLeft().setX(50);
int val = rec.lowerRight().getY();____________________________________________________________________________________________________________________________________
條款29：為”異常安全“而努力是值得的
#1.異常安全函數即使發生異常也不會洩露資源或允許任何數據敗壞。
這樣的函數區分三種可能的保證：基本型，強烈型，不拋異常性。
(1).基本型：異常拋出後，class一切約束條件滿足，程序內事物處於一種有效的狀態中。
(2).強烈保證型：異常拋出後，程序狀態不改變，函數回到調用前的狀態。
(3).不拋異常型：保證不拋出任何異常，對內置類型（int,指針，等）身上的所有操作
都提供nothrow保證。
（任何使用動態內存的東西在無法滿足內存需求下，都會拋出bad_alloc異常）
#2.除非調用傳統非安全異常安全碼，否則應保證異常安全，因為傳統非異常安全碼
不具備異常安全性，所以任何調用它的代碼都不具備異常安全性，因此為其撰寫
異常安全碼是麼有任何意義的。
#3.”強烈保證“往往能夠以 copy-and-swap實現出來。
//一個用copy-and-swap的示例：
struct PMImpl{ //PMImpl = PrettyMenu Impl
std::tr1::shared_ptr bgImage;
int imageChanges;
};
class PrettyMenu{
...
private:
Mutex mutex;
std::tr1::shared_ptr pIml;
};
void PrettyMenu::changeBack(std::istream& imgSrc)
{
using std::swap;
Lock ml(&mutex); //獲得mutex的副本數據
std::tr1::shared_ptr pNew(new PMImpl(*pImpl));
pNew->bgImage.reset(new Image(imgSrc)); //修改副本
++pNew->ImageChanges;
swap(Impl, pNew); //置換(swap)數據，釋放mutex
}
//，但”強烈保證“ 並非對所有函數都具有可實現或具備實現意義:(1).因為如copy-and-swap這樣的強烈保證往往會耗費更多的時間和空間，為了
保證更好的效率，應以”基礎保證“來替換，這樣才更具現實意義。
(2).當函數對”非局部性數據”有影響時，提供強烈保證就很難了。
void someFunc{
... //對local狀態做一份副本
f1();
f2();
... //將修改後的狀態置換過來
}
//假設someFunc對“局部數據”提供強烈保證，但f1(),f2()對someFunc()來說是
//非局部性的”，因此f1(),f2()會對someFunc()的強烈保證期望造成影響，
//假設f1(),f2()提供一個基本保證，顯然someFunc將只會提供基本保證，
//而若f1(),f2()也提供強烈保證，但若f1(),f2()並未拋出異常，在此之後
//卻拋出了異常，那麼someFunc()也無法提供強烈保證，畢竟程序狀態改變了。
//另一方面，在someFunc中像某些數據庫之類的非局部數據一旦被改變，想恢復
//就很困難，這時someFunc想提供強烈保證就真的很難了。
#4.函數提供的“異常安全保證”最多只等於其所調用之各個函數的“異常安全保證”
中的最弱者（從上述例子中可以看出）。
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