Effective C++ 笔记

一、让自己习惯C++

条款01、视C++为一个语言联邦

条款02、尽量以const,enum,inline,替换 # define

用编译器替换预处理器

什么是预处理

在C++中，预处理是指在编译过程之前的一个阶段，通过预处理器（preprocessor）对源代码进行处理的过程。预处理器会根据预处理指令（以井号#开头）对源代码进行文本替换、宏展开等操作，生成一个经过预处理的源文件。

以下是常用的预处理指令及其作用：

1. #define：用于定义宏常量或宏函数。#define指令会将所有出现在源代码中的宏名称都替换为指定的文本。

2. #include：用于包含头文件内容。#include指令会将指定的头文件内容插入到该指令所在位置。

3. 等等

a、普通常量

宏 预处理指令定义常量，如：

# define ASPECCT_RATIO 1.653

尽量用以下来代替：

const 常量

const double AspectRaio = 1.653;

另外 定义一个常量的 char*-based字符创，必须写const两次

const char* const authorName = "Acott Meyers"

其实string对象通常比char*-based合宜

const std::string authorName("Scott Meyers")

b、class专属常量

解释：

1.常量的作用域限制在class内，必须让他成为 class 的一个成员

2.确保此常量至多只有一份实体，必须让它成为一个 static 成员：

class Game{
private:
    static const int NumTurns= 5;
    int scores[NumTurns];
};

常量变量默认是不允许在类中直接初始化的。但是静态成员变量可以在类内进行初始化，所以是 static const int

也可以使用enum来实现

class Game{
private:
    enum {NumTurns = 5};
    int scores[NumTurns];
};

c、看起来像函数的宏

//以 a 和 b 的较大值调用f
#define CALL_WITH_MAX(a, b) f((a) > (b)) ? (a) : (b)

使用template inline 函数在编译阶段处理函数调用点的，减少函数调用的开销，也能获得宏的的效率

template
inline T callWithMax(const T& a, const T& b){
    return (a,b) ? a: b;
}

条款03、尽可能使用const

const与指针

如果关键字 const 出现在星号左边，表示被指物是常量，作函数参数时，不能在函数中改变

#include 


void add(const int* a, const int* b){
    *a+=1; // 错误！
    int c = *a + *b;
    std::cout 

如果关键字 const 出现在星号右边，表示指针自身是常量

#include 
int main(){

    // 被指物为常量
    char* const  p  = "hello";

//    p = "jason"; // 此时指针p不可以被修改，

    std::cout 

如果关键字 const 出现在星号两边，表示被指物和指针两者都是常量

#include 
int main(){

    char words[] = "hello";
   
     const char* const  p  = words;

    std::cout 

const与迭代器

#include 
#include 
int main(){
    std::vector vec{1,2,3,4,5};

    std::vector::const_iterator iter =
        vec.begin(); // const 出现在迭代器右边
    *iter += 10; // 不能通过迭代器修改被指内容
//    ++iter;

}

const与函数

const成员函数

#include 

class TextBlock{
private:
    std::string text;
public:
    TextBlock(const std::string & str):text(str){}
    
    const char& operator[] (std::size_t position) const{
        return text[position];
    }

    char& operator [] (std::size_t position){
        return text[position];
    }
};


int main(){
    TextBlock tb("Hello");
    std::cout 

这里例子是太过造作。

真实程序中 const 对象大多用于 passes by pointer-to-const 或 passes by reference-to-const

应用在函数参数中

void print(const TextBlock& ctb){
    std::cout 

应用在成员函数

include 

class Myclass{
private:

    bool lengthIsValid;
    mutable int num;
public:
    void test() const{
        lengthIsValid = 0; // 错误！在const成员函数内不能赋值给lengthIsValid
        num=10; // 正确，mutable关键字修饰的变量可以被修改
    }
};


int main(){
    Myclass myclass;
}

条款04、确定对象被使用前已先被初始化

为避免在对象初始化之前过早地使用它们，需要做三件事：

1. 为内置型对象进行手工初始化，因为C++不保证初始化
2. 构造函数最好使用成员初值列，而不要在构造函数体内使用赋值操作。初值列列出的成员变量，其排列次序应该和他们在class中的声明次序相同。另外，C++17支持在类中直接对私有变量进行初始化而不通过构造函数
3. 为免除“跨编译单元之初始化次序问题”，用 local static 对象替换 non-local static 对象

前两点很好理解，这里对第三点给出例子解释：

class FileSystem{
public:
    std::size_t numDisks(){}
};

FileSystem& tfs(){
    static FileSystem fs;
    return fs;
}

class Directory{};
Directory::Directory(){
    std::size_t disks = tfs.numDisks();
}

Directory& tempDir(){
    static Directory td;
    return td;
}

二、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

如果你声明的一个空类，如：

class Empty{};

那么编译器会为它声明一个copy构造函数、一个copy assignment操作符和一个析构函数。如果你没有声明任何构造函数，编译器会你声明一个default构造函数。所有这些函数都是public且inline的。所以上面你声明的空类会被编译器处理为：

class Empty{
public:
    Empty(){}       // default构造函数
    Empty(const Empty& rhs){} // copy构造函数
    ~Empty(){} // 析构函数
    
    Empty& operator=(const Empty& rhs){} // copy assignment操作符
};

调用copy构造函数的例子

#include 

template
class NameObject{
public:
    NameObject(const char* name, const T& value);
    NameObject(const std::string& name, const T& value);

private:
    std::string nameValue;
    T objecctValue;
};

int main(){
    NameObject no服务器托管网1("Smallest Primer Number", 2);
    NameObject no2(no1); // 调用copy构造函数

}

一个错误的例子：

C++不允许“让 reference 改值向不同对象”

更改const成员是不合法的

基于以上两点，如下例子不正确：

#include 

template
class NameObject{
public:

    NameObject(const std::string& name, const T& value);

private:
    std::string& nameValue; // C++不允许“让 reference 改值向不同对象”
    const T objecctValue; //更改const成员是不合法的
};

int main(){
    std::string newDog("Persephone");
    std::string oldDog("Satch");
    NameObject p(newDog, 2);

    NameObject s(oldDog, 36);

    p = s;// 错误；C++不允许 让reference

}

条款06、若不想使用编译器自动生成的函数，就该明确拒绝

如果不希望 copy 构造函数 以及 copy assignment 操作符起作用，则应该声明为 private 并没有定义

#include 

class HomeForSale{
public:

private:
    HomeForSale(const HomeForSale&);
    HomeForSale& operator =(const HomeForSale&);
};

int main(){
    HomeForSale home;
    home h1;
    home h2(h1);
}

如此一来，就可以阻止编译器暗自创建他们。而拷贝HomeForSale对象的时候，编译器会阻止:

将连接期报错移动到编译期

class Uncopyable{
protected:
    Uncopyable(){}                   // 允许对象构造和析构
    ~Uncopyable(){}
private:
    Uncopyable(const Uncopyable&); // 但阻止copying
    Uncopyable& operator =(const Uncopyable&);
};

// class HomeForSale 不再声明 copy 构造函数 或 copy assign. 操作符
class HomeForSale : private Uncopyable{};

int main(){
    HomeForSale home1;
    HomeForSale home2(home1);

}

总结：

为驳回编译器自动（暗自）提供的技能，可将相应的成员函数声明为private并且不予实现。使用 像 Uncopyable 这样的 base class 也是一种做法。

条款07、为多态基类声明 virtual 析构函数

C++11不存在 “ non-virtual 析构函数问题”，此条款略过

条款08、别让异常逃出析构函数

不要让异常逃离析构函数是指在析构函数中抛出异常时，不要让该异常传播到析构函数的调用点以外。这是因为对象的析构过程通常是在对象生命周期的最后阶段发生的，此时其他对象和资源已经被清理或释放。如果析构函数抛出异常并且该异常逃离了析构函数，将会导致以下问题：

1. 对象的析构不完全：如果析构函数抛出异常，对象的析构可能无法完成，导致对象状态没有得到完全清理或释放。这可能会导致资源泄漏或其他未定义行为。

2. 内存泄漏：如果在抛出异常之前执行了动态内存分配，并且在抛出异常后没有适当地释放该内存块，将会导致内存泄漏。

3. 无法回滚操作：如果在对象构造期间进行了一些操作，并且在析构函数中发生异常，无法回滚这些操作。这可能会导致数据不一致或逻辑错误。

为了避免异常从析构函数中逃离，可以采取以下措施：

1. 在析构函数中捕获异常并处理：可以在析构函数中使用try-catch块来捕获异常，并在适当的情况下进行处理。例如，记录异常信息或执行必要的清理操作。

析构函数抛出异常就结束程序。通常通过调用 abort 完成：

#include 

class DBConnection{
public:
    static DBConnection create(){
        static DBConnection db;
        return db;
    }

    void close(){
        int num=0;
        throw num; // 假装抛出异常
    }
};

//该类用于管理 DBConnection 资源,在其析构函数调用 DBConnection 的close，用以关闭数据库
class DBConn
{
private:
    DBConnection db;
public:
    ~DBConn() {
        try{db.close();}
        // 省略代码：制作运转记录，记下对close的调用失败
        catch (int)
        {
            // 这里最好打印信息，因为QT IDE只会给你报崩溃的信息
            std::abort();
        }
    }

    DBConn(DBConnection d):db(d){}
};

int main()
{
    // 现在就可以这样写代码。
    // dbc 对象销毁时候，会调用其析构函数，....自动关闭 DBConnection 的数据库
    DBConn dbc(DBConnection::create());
}

本例的假设情况：

如果程序遭遇一个“于析构函数期间发生的错误”后无法继续执行，“强迫结束程序”是个合理选项。毕竟它可以阻止异常从析构函数传播出去（那会导致不明确的行为）。也就是说调用 abort 可以抢险置“不明确行为”于死地。

吞下因调用而发生的异常：

修改上例代码中的DBConn类的析构函数如下：

    ~DBConn() {
        try{db.close();}
        // 省略代码：制作运转记录，记下对close的调用失败
        catch (int){}
    }

这里析构函数将异常吞掉了，一般而言，这是和坏主意，因为压制了“某些动作失败”的重要信息！然而有时候吞下异常也比负担“草率结束程序”或“不明确行为带来的风险”好。为了让这成为一个可行方案，程序必须能够继续可靠地执行，及时在遭遇并忽略一个错误之后。

上面两种方法没有无法对“导致 close 抛出异常”的情况做出反应，另外一个思路是重新设计 DBonn接口，使其客户有机会对可能和出现的问题作出反应。例如 DBConn 自己可以提供一个close函数，给客户一个机会得以处理“因该操作而发生的异常”：

#include 

class DBConnection{
public:
    static DBConnection create(){
        static DBConnection db;
        return db;
    }

    void close(){
        int num=0;
        throw num; // 假装抛出异常
    }
};

//该类用于管理 DBConnection 资源,在其析构函数调用 DBConnection 的close，用以关闭数据库
class DBConn
{
private:
    DBConnection db;
    bool closed=false;
public:

    void close(){      // 供客户使用的新函数
        db.close();
        closed = true;
    }

    ~DBConn() {

        if(!closed){              // 关闭连接（如果客户不那么做的话）
            
            try{db.close();}
            catch(int) {
                // 如果关闭动作失败，
                // 记录下来并结束程序或吞掉异常
            };
        }
    }

    DBConn(DBConnection d):db(d){}
};

int main()
{
    // 现在就可以这样写代码。
    // dbc 对象销毁时候，会调用其析构函数，....自动关闭 DBConnection 的数据库
    DBConn dbc(DBConnection::create());
    
    
}

总结：

• 析构函数绝对不要吐出异常。如果一个被析构函数调用的函数可能抛出异常，析构函数应该捕捉任何异常，然后吞下它们（不传播）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作出反应，那么 class 应该提供一个普通函数（而非在析构函数中）执行操作

条款09、绝不在构造和析构函数中调用 virtual 函数

如标题

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

#include 

class Widget{
public:
    Widget& operator =(const Widget& rhs){

        // 将右侧对象的值赋给左侧对象的成员变量
        if (this != &rhs){
            value = rhs.value;
        }

        // 返回左侧对象
        return* this;
    }

    Widget(int num):value(num){}
    Widget(){};

    void getValue(){
        std::cout 

本例子以operator=操作符为例， +=， -=， *=也适用

条款11、在 operator= 中处理 “自我赋值”

条款12、复制对象时勿忘其每一个成分

三、资源管理

条款13、以对象管理资源

中心：资源取得时机便是初始化时机

一般情况下：

#include 

class Investment{};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}

void f()
{
    Investment* pInv = creatInvestment();

    // 中间代码省略

    delete pInv; // 必须释放pInv所指向对象，否则导致内存泄露
}

int main(){
    f();
}

但是有时候由于中间代码出现问题，delete pInv 语句会无法得到执行，这样便导致内存泄露！

下面这个例子示范“以对象管理资源”的两个关键想法：

获得资源后立即放进管理对象内

creatInvestment() 返回的资源被当作其管理 unique_ptr的初值

管理对象运行析构函数确保资源被释放

#include 
#include 

class Investment{};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}

void f()
{
    // 获得资源后立即放进管理对象内
    std::unique_ptr pInv(creatInvestment());

    // 中间代码省略

//    delete pInv; // 管理对象运行析构函数确保资源被释放，不需要手动释放内存
}

int main(){
    f();
}

不过，unique_ptr是 C++11 引入的智能指针模板，用于管理动态分配的内存资源。它提供了一个独占所有权的智能指针，确保只有一个指针可以访问动态分配的内存块，从而避免内存泄漏和悬挂指针（dangling pointer）的风险。这样做就不行：

#include 
#include 

class Investment{};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}

void f()
{
    // 获得资源后立即放进管理对象内
    Investment* ptr = creatInvestment();
    
    //不能把同一块内存由两个unique_ptr管理者同时管理
    std::unique_ptr pInv1(ptr);
    std::unique_ptr pInv2(pInv1); // 不允许

    // 中间代码省略

//    delete pInv; // 管理对象运行析构函数确保资源被释放，不需要手动释放内存
}

int main(){
    f();
}

而STL容器要求其元素发挥 “正常的” 复制行为，因此容不得unique_ptr。

但是shared_ptr就不一样了：

#include 
#include 

class Investment{};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}

void f()
{
    // 获得资源后立即放进管理对象内
    Investment* ptr = creatInvestment();

    //同一块内存可以由两个shared_ptr管理者同时管理
    std::shared_ptr pInv1(ptr);
    std::shared_ptr pInv2(pInv1);

    pInv2 = pInv1; // 同上，无任何变化

    // 中间代码省略

//    delete pInv; // 管理对象运行析构函数确保资源被释放，不需要手动释放内存
}

int main(){
    f();
}

条款14、在资源管理类中小心 copying 行为

对于 heap-based 资源，可以用unique_ptr以及shared_ptr进行管理。但是别的资源就需要建立自己的资源管理类。

下述例子实现了对 mutex* 的管理，并禁止复制，相当于unique_str:

#include 
#include 
using namespace std;

void lock(mutex* pm){};
void unlock(mutex* pm){};

class Lock{
private:
    mutex* mutexPtr;

public:
    explicit Lock(mutex* pm):mutexPtr(pm)
        {
        lock(mutexPtr); // 构造函数获取资源
        }

    ~Lock()
    {
        unlock(mutexPtr); // 析构函数释放资源
    }

private:
    // 不希望 copy 构造函数 以及 copy assignment 操作符起作用
    Lock(const Lock&);
    Lock& operator =(const Lock&);
};



int main(){
    mutex m;
    Lock m1(&m);
    Lock m2(m1); // 禁止复制，条款6
}

使用shared_ptr

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void lock(mutex* pm){};
void unlock(mutex* pm){};

class Lock{
private:
    std::shared_ptr mutexPtr;

public:
    // 以某个 mutex 初始化 shared_ptr，
    // 第二参数是unlock
    // 当shared_ptr 被销毁时会调用unlock
    explicit Lock(mutex* pm):mutexPtr(pm, unlock)
        {
        lock(mutexPtr.get()); // 构造函数获取资源
        }

    // 不再声明析构函数
    // 条款5-》class析构函数会自动调用其non-static成员变量的析构函数

};



int main(){
    mutex m;
    Lock m1(&m);
    Lock m2(m1);
}

条款15、在资源管理类中提供对原始资源的访问

来看一个例子，就理解标题的意思：

#include 
#include 

using namespace std;

class Investment{};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}


int daysHeld(const Investment* pi){
    return 10;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::shared_ptr pInv(creatInvestment());

    // 错误，函数需要的是Investment*指针！
    // 传过来的却是类型为 std::shared_ptr对象
    int days = daysHeld(pInv);

    return 0;
}

那么如何获得原始指针：

方法一：使用shared_ptr的get成员函数，用来执行显式转换，也就是他会返回智能指针内部的原始指针（的复件）：

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::shared_ptr pInv(creatInvestment());

    //使用shared_ptr的get成员函数，获取智能指针内部的原始指针
    int days = daysHeld(pInv.get());

    return 0;
}

方法二：就像（几乎）所有智能指针一样，shared_ptr也重载了指针取值（pointer deference）操作符（operator->和operator*），他们允许隐式转换至底部原始指针：

#include 
#include 

using namespace std;

class Investment{
    //
public:
    bool isTaxFree() const{
        return true;
    }
};

Investment * creatInvestment(){
    Investment* i = new Investment;
    return i;
}



int main(int argc, char *argv[])
{
    // shared_ptr管理一笔资源
    std::shared_ptr pi1(creatInvestment());

    // 经由 operator->f访问资源
    bool taxable1 = !(pi1->isTaxFree());


    // unique_ptr 管理一批资源
    std::unique_ptr pi2(creatInvestment());

    // 经由 operator*访问资源
    bool taxable2 = !((*pi2).isTaxFree());

    return 0;
}

条款16、成对使用 new 和 delete 时要采取相同形式

必须一一对应：

#include 
#include 

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::string* stringPtr1 = new std::string;
    std::string* stringPtr2 = new std::string[100];

    delete stringPtr1; // 删除一个对象
    delete [ ] stringPtr2; // 删除一个由对象组成的数组

    return 0;
}

如果你喜欢用typedef:

#include 
#include 

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    typedef std::string AddressLines[4]; // 每个人地址有4行
                                         // 每行是一个string

    // 注意，“new AddressLines” 返回一个string*,就像
    // “new string[4]”一样
    std::string* pa1 = new AddressLines;

    // 那必须匹配“数组形式”的delete
//    delete pa1;//行为未有定义
    delete [] pa1;

    return 0;
}

条款17、以独立语句将 newed 对象置入智能指针

从int prioryty(){}阅读下述例子，即可理解标题：

#include 
#include 

class Widget{
public:
    Widget& operator =(const Widget& rhs){

        // 将右侧对象的值赋给左侧对象的成员变量
        if (this != &rhs){
            value = rhs.value;
        }

        // 返回左侧对象
        return* this;
    }

    Widget(int num):value(num){}
    Widget(){};

    void getValue(){
        std::cout  pw, int priority){}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // shared_ptr构造函数需要一个原始指针（raw pointer）
    // 但该构造函数是个explicit构造函数，无法进行隐式转换，
    // 将自“new Widget”的原始指针转换为processWidget所要求的
    // shared_ptr，所以下面这样写不能通过编译
//    processWidget(new Widget, priority());

    // 这样写才能通过编译,干了三件事：如果是这个顺序
    // 执行 “new Widget”、调用priority、调用new Widget构造函数
    // 调用priority失败会“new Widget”返回的指针遗失，引发资源泄露
    processWidget(std::shared_ptr (new Widget), priority());

    // 所以最好是使用分离语句
    std::shared_ptr pw(new Widget); // 在单独语句内以智能指针
                                            //存储new Widget所得对象
    processWidget(pw,priority()); // 这个调用动作绝不至于造成泄露

    return 0;
}

分离语句即可说明：

以独立语句将 newed 对象存储于（置于）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露

四、设计与声明

条款18、让接口容易被正确使用，不易被误用

很可能传一个错误的参数：

#include 

class Date{
public:
    Date(int month, int day, int year){};
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Date d(30, 3, 1995); // 月份不可能大于12！！
    return 0;
}

• std::shared_ptr在构造函数中提供了一个可选的删除器（deleter）参数，用于自定义资源的释放方式。删除器是一个函数或者可调用对象，用于在shared_ptr的引用计数器变为0时释放资源。

  删除器可以是普通函数、函数指针、lambda 表达式等，只要符合指定的删除器的函数签名即可。删除器接受一个指向资源的指针（被shared_ptr管理的指针）作为参数，不返回任何值。

  下面是一个示例，展示了如何给shared_ptr提供自定义的删除器：

  #include 
  #include 
  
  struct MyStruct {
      void operator()(int* p) {
          std::cout  ptr(new int(42), MyStruct());
  
      // 使用默认删除器释放资源
      std::shared_ptr ptr2(new int(100));
  
      return 0;
  }
  

  在上面的示例中，MyStruct是一个删除器类，它重载了operator()，在函数体中使用 delete 运算符释放资源。在创建std::shared_ptr时，通过提供MyStruct的实例作为构造函数的第二个参数，我们指定了自定义删除器。

  需要注意的是，使用删除器时，它必须与被管理指针的类型兼容，否则会导致未定义的行为。此外，当存在多个shared_ptr共享同一个对象时，它们必须使用相同类型的删除器。

  自定义删除器为我们提供了更大的灵活性，能够管理不同类型的资源释放方式，例如，在资源释放时执行一些额外的操作。

条款19、设计 class 犹如设计 type

条款20、宁以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value

首先来看下 pass-by-reference-to-const 的传递成本：

#include 

class Person{
public:
    Person(){}
    virtual ~Person(){}

private:
    std::string name;
    std::string address;

};

class Student: public Person{
private:
    std::string schoolName;
    std::string schoolAddress;

public:
    Student(){}
    ~Student(){}
};

bool validateStudent(Student s){
    // 省略对Student对象的检查

    return 1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Student plato;
    bool platoIsOK = validateStudent(plato);
    return 0;
}

这里例子中，无疑地Student的 copy 函数会被调用，以 plato 为蓝本将 s 初始化。同样明显地，当 validayeStudent 返回后， s 会被销毁。因此，对此函数而言，参数的传递成本是 “一次 Student copy 构造函数调用，加上一次 Student 析构函数调用”。

而使用 pass by reference-to-const 可以回避上述那些构造和析构动作：

bool validateStudent(const Student& s)

const的作用：validateStudent 不能修改传入的Student

除了效率之外，两种传递方式还有别的区别，来看看这里例子：

#include 

class Window{
public:
    std::string name() const{
        return "windown";
    }
    virtual void display() const{
        std::cout 

printNameAndDisplay函数的本意是，调用传入对象的display成员函数。也就是说，如果传入的是Window对象，就调用其display成员函数；如果传入的是WindowWithScrollBars对象，就其display成员函数。

但是参数传递方式选择为 pass-by-value时候，即使传入的是WindowWithScrollBars对象，也是调用基类Window的display成员函数。下图是上例子的执行结果

而将printNameAndDisplay函数参数传递方式修改为pass-by-reference-to-const时，就能实现该函数设计的本意：

void printNameAndDisplay(const Window& w){
    std::cout 

但是对于内置类型，以及 STL 的迭代器和函数对象而言，比如 int，尽量选择 pass-by-value

条款21、必须返回对象时，别妄想返回其 reference

返回对象时，返回其 reference,可行？

#include 

class Rational{
public:
    Rational(int numerator = 0, int denominator = 1)
        :n(numerator),d(denominator){}
private:
    int n, d;
    friend const Rational&
    operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);
};

const Rational& operator*(const Rational& lhs,
                          const Rational& rhs){
    // local 变量，是在 stack 空间创建的
    // 是不能作为返回值的
    Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d *rhs.d);
    
    
    return result;

}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Rational a(1,2);
    Rational b(3,5);
    Rational c = a * b;
    return 0;
}

考虑在 heap 内构造一个对象，看能返回 referene，还是行不通:

const Rational& operator*(const Rational& lhs,
                          const Rational& rhs){
    
    // 考虑在 heap 内构造一个对象
    Rational* result= new Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d *rhs.d);
    return result;

}

考虑使用 static 关键字：

const Rational& operator*(const Rational& lhs,
                          const Rational& rhs){

    // 定义一个在函数内部的 static Rational 对象
    static Rational result = Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d *rhs.d);
    return result;

}

这次代码可用通过编译

但是在书中这种写法也会在延伸点上出现问题。所以一个“必须返回新对象”的函数的正确写法是：就让那个函数返回一个新对象:

const Rational operator*(const Rational& lhs,
                          const Rational& rhs){

    // local 对象可以直接被返回，而不是返回其reference
    Rational result = Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d *rhs.d);
    return result;

}

总结：

绝不要返回 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 对象而有多个可能同时需要多和这样的对象。条款4已经为 “在单线程环境中合理返回 reference 指向一个 local static 对象”提供一份设计实例。

条款22、将成员变量声明为private

一旦将一个成员变量声明为 public 或 protected 而客户开始使用它们，就很难改变那个成员变量所涉及的一切。太多代码需要重写、重新测试、重新编写文档、重新编译。从封装的角度观之，其实只有两种访问权限：priavate(提供封装)和其他（不提供封装）。

请记住：

• 切记将成员变量声明为 private。这可赋予客户访问数据的一致性、可细微划分控制、允诺约束条件获得保证，并提供 class 作者以充分的实现弹性
• protected 并不比 pulic 更具封装性

条款23、宁以 non-member、non-friend 替换 member 函数

#include 

class WebBrowser{
public:
    void clearCache();
    void clearHistory();
    void removeCookies();
    
    // 如果想一整个执行所有这些动作
    // 方式一:
    // 在类中提供这样一个函数，调用上面三个函数
    void clearEveryThing();
};

// 方式二： 
// 也可以用一个non-member函数实现
void clearBrowser(WebBrowser& wb){
    wb.clearCache();
    wb.clearHistory();
    wb.removeCookies();
}

1、member 函数clearEveryThing 带来的封装性比 non-member 函数clearBrowser 低：

• 对象内的数据，愈多函数可访问，数据的封装性就愈低

2、降低编译依赖性

24、若所有参数皆需类型转换，请为此采用 non-member 函数

先来看看何为隐式转换：

#include 

class Rational {
public:
    // 构造函数刻意不为 explicit,
    // 允许 int-to-Rational 隐式转换
    Rational (int numerator = 0,
             int denominator = 1)
        :n(numerator),d(denominator){}

    // 分子（numerator）和 分母（denominator）的的访问函数
    int numerator() const;
    int denominator() const;

private:
    int n,d;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 这便是隐式转换：
    // 【 将会隐式地将整数5转换为Rational类型，并通过调用构造函数
    // Rational(int numerator = 0, int denominator = 1)来
    // 创建Rational对象r。在这种情况下，numerator将被初始化为5，
    // denominator将被初始化为1】
    Rational r =5;

    return 0;
}

再来看看operator* 的使用会涉及到什么问题：

#include 

class Rational {
public:
    // 构造函数刻意不为 explicit,
    // 允许 int-to-Rational 隐式转换
    Rational (int numerator = 0,
             int denominator = 1)
        :n(numerator),d(denominator){}

    // 分子（numerator）和 分母（denominator）的的访问函数
    int numerator() const;
    int denominator() const;

    const Rational operator* (const Rational& rhs) const{}

private:
    int n,d;
};




int main(int argc, char *argv[])
{
    Rational oneEighth(1,8);
    Rational oneHalf(1,2);
    
    Rational result = oneHalf * oneEighth;
    result = result * oneEighth;
    
    
    // 能运行
    result = oneHalf * 2;
    
    // 错误！
    result = 2 * oneHalf;

    return 0;
}

为啥 result = oneHalf * 2 可以运行， 而result = 2 * oneHalf 却会报错：

1、result = oneHalf * 2 发生了所谓隐式转换：

oneHalf 是一个内含 operator* 函数的 class 的对象，所以编译器调用该函数。然后编译器知道你正在传递一个 int，而函数需要的是 Rational; 但它也知道只要调用 Rational 构造函数并赋予你所提供的 int，就可以变出一个适当的 Rational 来。于是它就这样做了。换句话说此一调用动作在编译器眼中有点像这样：

const Ration temp(2); // 根据2建立一个暂时的 Rational 对象
result = oneHalf * temp; // 等同于 oneHalf.operator*(temp)

当然，只因为涉及到 non-explicit 构造函数，编译器才会这样做。如果 Rational 构造函数是 explicit ,以下语句没有一个能通过编译：

    result = oneHalf * 2;
    

    result = 2 * oneHalf;

2、result = 2 * oneHalf，整数2并没有相应的class,也就没有 operator* 成员函数。编译器也会尝试寻找可被以下这般调用的 non-member operator* （也就是在命名空间或在 global 作用域内）：

result = operator*(2, oneHalf); // 错误

但本例并不存在这样一个接受 int 和 Rational 作为参数的 non-member operator*，因此查找失败

那怎么可以支持混合式算术运算。可行之道终于拨云见日：让 operator* 成为一个 non-member 函数， 便允许编辑器在每个实参身上执行隐式类型转换:

#include 

class Rational {
public:
    // 构造函数刻意不为 explicit,
    // 允许 int-to-Rational 隐式转换
    Rational (int numerator = 0,
             int denominator = 1)
        :n(numerator),d(denominator){}

    // 分子（numerator）和 分母（denominator）的的访问函数
    int numerator() const;
    int denominator() const;

private:
    int n,d;
};

// 注意：参数是两个Rational对象的引用
const Rational operator* (const Rational& lhs,
                         const Rational& rhs) {}


int main(int argc, char *argv[])
{
    Rational oneEighth(1,8);
    Rational oneHalf(1,2);

    Rational result = oneHalf * oneEighth;
    result = result * oneEighth;


    // 能运行
    result = oneHalf * 2;

    // 万岁，通过编译了！
    result = 2 * oneHalf;

    return 0;
}

最后一个问题：operator* 是否应该成为 Rational class 的一个 friend 函数呢？

就本例而言答案是否定的，因为 operator* 可以完全由 Rational 的 public 接口完成任务。这导出一个重要的观察：member 函数的反面是 non-member 函数，不是 friend 函数。

无论任何时候可以避免 friend 函数就该避免。

请记住：

如果你需要为个函数的所有参数（包括被 this 指针所指的那个隐喻参数）进行类型转换，那么这个函数必须是个 non-member.

条款25、考虑写出一个不抛异常的 swap 函数

先来看看std::swap的典型实现：置换 a 和 b 的值

namespace  std {
    template
    void swap(T& a, T& b)
    {
        T temp(a); // a 复制到temp
        a = b; // b 复制到 a
        b = temp; // temp 复制到 b
    }
}

只要类型 T 支持 copying (通过 copy 构造函数和 copy assignment 操作符完成)，缺省的 swap 实现代码就会帮你置换类型为 T 的对象。

尝试将 std::swap 针对 Widget 特化:

#include 
#include 

class WidgetImp1{
public:
private:
    int a,b,c;
    std::vector v;
};

class Widget{
private:
    WidgetImp1* pImp1; // 一旦要置换
public:
    Widget(){}
    Widget (const Widget& rhs){}
    Widget& operator =(const Widget& rhs){
        *pImp1 = *(rhs.pImp1);
    }
};


// 一旦要置换两个 Widget 对象值，需要做的就是置换其pImp1指针。
// 但缺省的 swap 算法 效率很低：
// 不止复制三个 Widget, 还复制三个 WidgetWidgetImp1对象
//

// 所以要告诉 std::swap:
// 当 Widgets 被置换时真正该做的是置换其内部的pImp1指针
// 所以，将 std::swap 针对 Widget 特化
namespace  std {
    template
    void swap(Widget& a, Widget& b)
    {
    swap(a.pImp1, b.pImp1);
    }
}

 using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    Widget a;
    Widget b;

    std::swap(a,b);
    return 0;
}

但是发现pImp1指针是私有变量，在类外访问不了

所以要在类中定义一个swap成员函数，并在swap特化函数中 使用该函数：

#include 
#include 

class WidgetImp1{
public:
private:
    int a,b,c;
    std::vector v;
};

class Widget{
private:
    WidgetImp1* pImp1; // 一旦要置换
public:
    Widget(){}
    Widget (const Widget& rhs){}
    Widget& operator =(const Widget& rhs){
        *pImp1 = *(rhs.pImp1);
    }

    // 给swap 特化 所调用
    void swap(Widget& other){
        using std::swap;
        swap(pImp1, other.pImp1);// 置换pImp1指针
    }
};


// 一旦要置换两个 Widget 对象值，需要做的就是置换其pImp1指针。
// 但缺省的 swap 算法 效率很低：
// 不止复制三个 Widget, 还复制三个 WidgetWidgetImp1对象
//

// 所以要告诉 std::swap:
// 当 Widgets 被置换时真正该做的是置换其内部的pImp1指针
// 所以，将 std::swap 针对 Widget 特化
namespace  std {
    template
    void swap(Widget& a, Widget& b)
    {
        a.swap(b);
    }
}

 using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    Widget a;
    Widget b;

    std::swap(a,b);
    return 0;
}

上面都是 class ，而非 class template。关于 class template 的 swap 函数暂时不学习。

请记住：

• 当 std::swap 对你的类型效率不高时，提供一个 swap 成员函数，并确定这个函数不抛出异常。
• 如果你提供一个 member swap，也该提供一个non-member swap 用来调用前者。对于classes (而非 templates)，也清特化 std::swap.
• 调用 swap 时应针对 std::swap 使用 using 声明式，然后调用 swap 并且不带任何 “命名空间资格修饰符”
• 为“用户定义类型”进行 std templates 全特化是好的，但千万不要尝试在 std 内加入某些对 std 而言全新的东西

五、实现

条款26、尽可能延后变量定义式的出现时间

过早定义变量的例子：

#include 
const int MininmumPasswordLength = 10;

std::string  encryptPassword(const std::string& password){
    using namespace std;

    // 过早定义变量encrypted
    // 如果下面抛出异常，该变量没用使用到
    // 但还是要承受该变量的构造和析构成本
    string encrypted;

    if (password.length() 

最好延后 encrypted 的出现，直到真正需要它。

但循环怎么办？

如果变量只在循环内使用，那么把它定义于循环外并在每次循环迭代时赋值给它比较好，还是该把它定义于循环内？

class Widget{};
const int n;


//A、 定义于循环外
Widget w;
for (int i=0; i

两种写法的成本：

做法A： 1个构造函数 + 1个析构函数+ n个赋值操作

做法B：n个构造函数 + n个析构函数

看情况而定！一般选B！

条款27、尽量少做转型动作

旧式转型

// C风格
（T）expression // 将expression 转型为T

// 函数风格
T（expression） //将expression转型为T

新式转型

// 用来将对象的常量性转除
const_cast(expression)
    
// 安全向下转型
dynamic_cast(expression)
    
// 低级转型，很少用
reinterpret_cast(expression)
    
// 用来强迫转换
static_cast(expression)

旧式转型合法，但一般用新式转型：

1、容易在代码中被辨识

2、各转型动作的目标愈窄，编译器愈可能诊断出错误的运用

唯一使用旧式转型的的时机是，当我要调用一个 explicit 函数将一个对象传递给一个函数时。例如：

#include 

class Widget{
public:
    explicit Widget(int size){}
};

void doSomeWork(const Widget& w){}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 以一个int加上“函数风格”的转型动作创建一个Widget
    doSomeWork(Widget(15));
    
    // 以一个int加上“C++风格”的转型动作创建一个Widget
    // 蓄意的“对象生成”动作感觉不怎么像“转型”，所以一般
    // 用前者
    doSomeWork(static_cast(15));
    return 0;
}

这里避免用转型

#include 

class Window{
public:
    virtual void onResize(){}
};

class SpecialWindow: public Window{
public:
    virtual void onResize(){
        // 避免这种写法
        static_cast(*this).onResize();

        // 使用这种写法
        Window::onResize(); // 调用Window::onResize 作用于*this身上

        // 这里写SpecialWindow专属行为
        //。。。。。。。。。。。。。。
    }

};

int main(int argc, char *argv[])
{
    SpecialWindow sw;
    return 0;
}

dynamic_cast 比较耗时

之所以需要dynamic_cast，通常时候因为你想在一个你认定为 derived class 对象身上执行derived class 操作汉航速，但你手上却只有一个“指向base”的Pointer 或 referene, 你只能靠它们处理对象。

省略。。。。。。。。。。

请记住：

如果可以，尽量避免转型，特别是在注重效率的代码中避免dynamic_cast。如果有个涉及需要转型动作，试着发展无需转型的替代设计。

如果转型式必要的，试着将他隐藏于某个函数背后。客户随后可以调用该函数，而不需要将转型放进他们自己的代码内。

宁可使用C++-style（新式）转型，不要使用旧式转型。前者很容器辨识出来，而且也比较有着分门别类的职掌。

条款28、避免返回 handles 指向对象内部成分

#include 
#include 
#include 

class Point{
public:
    Point(int a, int b):x(a),y(b){}
    void setX(int newVal){}
    void setY(int newVal){}

    int getX(){return x;}
private:
    int x,y;
};

struct RectData
{
    Point leftTop;
    Point rightDown;
};

class Rectangle{
private:
    std::shared_ptr pData;

public:
    // point 式自定义类型，根据条款20
    // by-reference 更加高效
    // 此时返回的式内部数据的引用，有被修改的风险
    // 所以要前面要加上 const
    const Point& upperLeft() const {return pData->leftTop;}
    const Point& lowerRight() const {return pData->rightDown;}

    Rectangle(Point p1, Point p2){
        pData->leftTop = p1;
        pData->rightDown = p2;
    }
};

本例中是成员函数返回 references,但如果它们返回的式指针或者迭代器也应该如此

空悬号码牌的问题：

#include 
#include 
#include 

class Point{
public:
    Point(int a, int b):x(a),y(b){}
    void setX(int newVal){}
    void setY(int newVal){}

    int getX(){return x;}
private:
    int x,y;
};

struct RectData
{
    Point leftTop;
    Point rightDown;
};

class Rectangle{
private:
    std::shared_ptr pData;

public:
    // point 式自定义类型，根据条款20
    // by-reference 更加高效
    // 此时返回的式内部数据的引用，有被修改的风险
    // 所以要前面要加上 const
    const Point& upperLeft() const {return pData->leftTop;}
    const Point& lowerRight() const {return pData->rightDown;}

    Rectangle(Point p1, Point p2){
        pData->leftTop = p1;
        pData->rightDown = p2;
    }
};


class GUIObject{};
const Rectangle boundingBox(const GUIObject& obj){}


int main(){
    GUIObject* pgo;

    const Point* pUpperLeft = &(boundingBox(*pgo).upperLeft());

}

本例子最后一句：

boundingBox(*pgo)

对 boundingBox 的调用获得一个新的、暂时的Rectangle 对象。这个对象没有名称，所以暂时称它为 temp。

&boundingBox(*pgo).upperLeft()

随后 upperLeft 作用于 temp 身上，返回一个 reference 指向 temp 的内部成分，更具体地说指向一个用以标识 temp 的 Points。于是pUpperLeft指向那个对象。

但是在在那个语句结束后，boundingBox 的返回值，也就是我们所说的 temp，将被销毁，而那间接导致 temp 内的 Points 析构。最终导致pUpperLeft 指向一个不再存在的对象；

也就是说一旦产生pUpperLeft 的那个语句结束，pUpperLeft 也就变成空悬、虚吊（dangling）

但是我有个疑问：

这里的shared_ptr怎么不需要分配内存？

请记住：

避免返回 handles (包括 references、指针、迭代器)指向对象内部。遵守这个条款可增加封装性，帮助 const 成员函数的行为像个 const，并将 “虚吊号码牌”（dangling handles）的可能性降至最低。

条款29、为 ” 异常安全 “而努力是值得的

仔细分析下例ChangeBackground函数

#include 
#include 
using namespace std;

struct Image
{
    char image[480*640];
};

class PrettyMenu{
public:
    void ChangeBackground(Image& imgSrc);

private:
    mutex mutex1;      // 互斥器
    Image* bgImage;   // 目前的背景图像
    int imageChanges; // 背景图像被改变的次数
};


void PrettyMenu::ChangeBackground(Image& imgSrc)
{
    mutex1.lock();               // 取得互斥器
    delete bgImage;              // 摆脱旧的背景图像
    ++imageChanges;              // 修改图像变更次数
    bgImage = new Image(imgSrc); // 安装新的背景图像
    mutex1.unlock();             // 释放互斥器
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    PrettyMenu pt;
    return 0;
}

该函数可能会发生的问题：

泄露资源：new Image(imgSrc) 导致异常，对 unlock 的调用就绝不会执行，于是互斥器就永远把持住了

数据败坏：new Image(imgSrc) 抛出异常，bgImage就是指向一个已被删除的对象，imageChanges 也被累加，而其实并没有新的图像被成功安装起来

泄露资源的问题如何解决：以对象管理资源

#include 
#include 
using namespace std;

struct Image
{
    char image[480*640];
};

class PrettyMenu{
public:
    void ChangeBackground(Image& imgSrc);

private:
    mutex mutex1;      // 互斥器
    Image* bgImage;   // 目前的背景图像
    int imageChanges; // 背景图像被改变的次数
};

void lock(mutex* pm){}
void unlock(mutex* pm){}

class Lock{
private:
    mutex* mutexPtr;
public:
    explicit Lock(mutex* pm):mutexPtr(pm)
    {
        lock(mutexPtr);
    }

    ~Lock()
    {
        unlock(mutexPtr);
    }
};


void PrettyMenu::ChangeBackground(Image& imgSrc)
{
    Lock m1(&mutex1);            // 来自条款14：获得互斥器并确保它稍后被释放
    delete bgImage;              // 摆脱旧的背景图像
    ++imageChanges;              // 修改图像变更次数
    bgImage = new Image(imgSrc); // 安装新的背景图像

}

int main(int argc, char *argv[])
{
    PrettyMenu pt;
    return 0;
}

如此，利用对象管理资源！

再来专注解决数据败坏，在解决该问题之前，先面对异常安全函数的三个保证：

基本承诺：

如果异常被抛出，程序内的任何事物仍然保持在有效状态下。没有任何对象或数据结构会因此而败坏，所有对象都处于一种内部前后一致的状态。举个例子，ChangeBackground 函数抛出异常后，PrettyMenu 对象仍然可以继续拥有原背景图像 ，或是令它拥有某个缺省背景图像。

强烈保证：

如果异常被抛出，程序状态不改变。调用这样的函数需有这样的认知：如果函数成功，就是完全成功，如果函数失败，程序会回复到 “调用之前的状态”。

不抛掷保证：

承诺绝不抛出异常，因为它们总是能够完成它们原先承诺的功能。

异常安全码（Exception-safe code）必须提供上述三种保证之一，对于大部分函数往往在基本承诺和强烈保证中择一；

怎么让ChangeBackground 函数提供强烈保证：

1. 用智能指针管理Image*
2. 调整++imageChanges 到真的发生新背景图像安装之后

class PrettyMenu{
        ...
        std::shared_ptr bgImage;
        ...
}

void PrettyMenu::ChangeBackground(Image& imgSrc)
{
    Lock m1(&mutex1);            

    bgImage.reset(new Image(imgSrc));// 以 “new Image” 的执行结果设定bgImage 内部指针

    ++imageChanges;              

}

上述两个改变几乎足够让 ChangeBackground 提供强烈的异常安全保证。

但是我们还想进一步。有一个一般化的设计策略很典型地会导致强烈保证，很值得熟悉。这个策略被称为–copy and swap：

1、为你打算修改的对象（原件）做出一份副本，然后在那副本身上做一切必要修改。

2、若有任何修改动作抛出异常，原对象仍保持未改变状态。

3、待所有改变都成功后，再将修改过的那个副本和原对象在一个不抛出异常的操作中置换（swap）。

实现上通常是将所有 “隶属对象的数据” 从原对象服务器托管网放进另一个对象内，然后赋予原对象一个指针，指向那个所谓的实现对象（implementation object，即副本）。这种手法常被称为 pimpl idiom，条款31 详细描述了它。典型的写法如下：

// 将所有 “隶属对象的数据” 从原对象放进另一个对象内
// 让 PMImpl 成为一个 struct 而不是 一个 class:
// 1、PrettyMenu 的数据封装性已经由于 “pImpl是private” 而获得了保证
// 2、如果令 PMImpl 为一个class，不是很方便 （条款25）
struct PMImpl{
    std::shared_ptr bgImage;
    int imageChanges;
};


class PrettyMenu{
    ...
private:
    mutex mutex1
    // 赋予原对象一个指针
    std::shared_ptr pImpl;
};

void PrettyMenu::ChangeBackground(Image& imgSrc)
{
    using std::swap;   // 见条款25
    Lock m1(&mutex1);

    // 创建副本
    // 感觉应该写成下面这个：
    //std::shared_ptr pNew(new PMImpl(*pImpl));

    std::shared_ptr pNew(new PMImpl);
    
    // 修改副本
    pNew->bgImage.reset(new Image(imgSrc)); 
    ++pNew->imageChanges;
    
    // 置换（swap）数据
    swap(pImpl, pNew); 
}

本例中，借以 “copy-and-swap” 策略 对对象状态实现 “全有或全无”。

清记住：

1、异常安全函数（Exception-safe function） 即使发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构败坏。这样的函数区分为三种可能的保证：基本型、强烈型、不抛异常型。

2、“强烈保证” 往往能够以 copy-and-swap 实现出来，但 “强烈保证”并非对所有函数都可实现或具备现实意义。

3、函数提供的 “异常安全保证” 通常最高只等于其所调用之各个函数的 “异常安全保证” 中的最弱者

条款30、透彻了解 inlining 的里里外外

inline 关键字的作用：

inline关键字用于修饰函数，它是一种对编译器的建议，用于告诉编译器在编译时将函数内联展开。

通常情况下，函数的调用会导致程序跳转到函数的定义处执行，然后再返回到调用点。当函数较小且频繁调用时，这种跳转和返回的开销可能会成为性能瓶颈。

使用inline关键字可以建议编译器将函数的定义插入调用点，而不是跳转到函数的定义处执行。这样可以减少函数调用的开销，提高程序的执行效率。

要声明一个内联函数，只需在函数定义的前面加上inline关键字即可。例如：

inline int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

需要注意的是，inline关键字只是对编译器的建议，编译器可以选择是否将函数内联展开。通常情况下，对于较短的函数，编译器会选择内联展开。但是对于较长的函数，编译器可能会忽略inline关键字的建议。

另外，将函数定义放在头文件中时，为了避免出现多重定义错误，通常需要将函数声明为inline。因为头文件会被多个源文件包含，如果函数定义不是inline的，则每个源文件中都会有一份函数定义，从而导致多重定义错误。

直接在 class 定义式内呈现成员函数的本体，会让该成员函数暗自成了inline 。

请记住：

1、将大多数 inlining 限制在小型、被频繁调用的函数身上。这可使日后的调试过程和二进制升级（binary upgradability） 更容易，也可以使潜在的代码膨胀问题最小化，使程序的速度提升机会最大化。

2、不要只因为 function templates 出现在头文件中，就将它们声明为 inline

条款31、将文件间的编译依存关系将至最低

在了解文件间的编译依存关系之前，先来看看这个例子：

class Person{
public:
    Person(const std::string& name, const Date& birthday,
           const Address& addr){}

    std::string name() const;
    std::string birthday() const;
    std::string address() const;

private:
    std::string theName;      //
    Date theBirthData;
    Address theAddress;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::string name;
    Date birthday;
    Address addr;

    Person p(name, birthday, addr);
    return 0;
}

没错，这个例子根本就无法通过编译，因为编译器没有取得其实现代码所用到的 classes string, Data 和 Address的定义式。

这样的定义式通常由 #include 指示符提供，所以 Person 定义文件的最上方很可能存在这样的的东西：

#include 
#include "data.h"
#include "address.h"

但是这样一来，Person 定义文件和其含入文件之间形成了一种编译依存关系。

现在需要 “将对象实现细目隐藏于一个指针背后”。正对 Person 可以这样做： 把 Person 分割成两个 classes，一个只提供接口，另一个负责实现该接口。如果负责实现的那个所谓 implementation class 取名为 PersonImpl，Person 将定义如下：

#include 
#include 


// Person 实现类的前置声明
class PersonImpl{};

//Person 接口用到的 classes 的前置声明
class Date{};
class Address{};


class Person{
public:
    Person(const std::string& name, const Date& birthday,
           const Address& addr){}

    std::string name() const;
    std::string birthday() const;
    std::string address() const;

private:
    // 指针，指向实现物
    // 以对象管理资源，条款13
    std::shared_ptr pImpl;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::string name;
    Date birthday;
    Address addr;

    Person p(name, birthday, addr);
    return 0;
}

在这里，main class(Person) 只内含一个指针成员（这里使用std::shared_ptr,见条款13），指向其实现类（PersonImpl）。这般设计常被称为 pimpl idiom(pimpl 是 “pointer to implementation”的缩写)。这种 classes 内的指针名称往往就是pImpl，就像上面代码那样。

这样的设计之下，Person的客户就完全与 Dates,Addresses 以及 Persons 的实现细目分离。那些classes 的任何实现修改都不需要 Person 客户端重新编译。这样就是“接口与实现分离”。

这个分离的关键在于以“声明的依存性”替换“定义的依存性”，那正是编译依存性最小化的本质：现实中让头文件尽可能自我满足，万一做不到，则让它与其他文件内的声明式（而非定义式）相依。其他每一件事都源自于这个简单的设计策略：

1、如果使用 object reference 或 objecct pointers 可以完成任务，就不要使用 objects。

2、如果能够，尽量以 class 声明式替换 class 定义式。

3、为声明式和定义式提供不同的头文件，一个用于声明式，一个用于定义式。

像person这样使用 pimpl idiom 的 classes，往往被成为 Handle classes。

另一个制作 Handle class 的办法式，令 Person 成为一种特殊的 abstract base class(抽象基类)，称为 Interface class。

这个例子有问题：

#include 
#include 
#include 

// 一个针对Person而写的 Interface class （抽象基类）
// 目的：
// 详细描述 derived classes 的接口（见条款34）
// 所以通常不带成员变量，也没有构造函数，
// 只有一个virtual 析构函数以及一组 pure virtual 函数，
// 用来叙述整个接口

class Date{};
class Address{};
class Person{
public:
    virtual ~Person();
    virtual std::string name() const=0;
    virtual std::string birthDate() const = 0;
    virtual std::string address() const = 0;

    static std::shared_ptr create(const std::string& name,
                                          const Date& birthDate,
                                          const Address& addr);

};

class RealPerson: public Person{
private:
    std::string theName;
    Date theBirthDate;
    Address theAddress;
public:
    RealPerson(const std::string& name, const Date& birthday,
                const Address& addr)
        :theName(name),theBirthDate(birthday),theAddress(addr){}

    virtual ~RealPerson() {}


    std::string name() const{}
    std::string birthDate() const{}
    std::string address() const{}
};

std::shared_ptr Person::create(const std::string &name,
                                       const Date &birthDate,
                                       const Address &addr)
{
    return
        std::shared_ptr(new RealPerson(name,birthDate,addr));
}

int main(){

    std::string name;
    Date dateOfBirth;
    Address address;

    std::shared_ptr pp(Person::create(name, dateOfBirth, address));

    std::cout name() birthDate() address();
}

请记住：

1、支持 “编译依存性最小化” 的一般构想是： 相依于声明式，不要相依于定义式。基于此构想的两个手段式 Handle classes 和 Interface classes

2、程序库头文件应该式以 “完全且仅有声明式”的形式存在。这种做法不论是否涉及 templates 都适用。

六、继承与面向对象设计

条款32、确定你的 public 继承塑模出 is-a 关系

请记住：

“public 继承”意味着 is-a。适用于 base classes 身上的每一件事情一定也适用于 derived classes 身上，因为每一个 derived classes 对象也都是一个 base class 对象

条款33、避免遮挡继承而来的名称

看看这个例子：

#include 

int x= 1; // global 变量

void someFunc()
{
    double x=2.3; // local 变量
    std::cout 

看见没，打印的是2.3。是 local 变量 x, 而不是 global 变量 x，因为内层作用域的名称会遮掩（遮蔽）外围作用域的名称。没错即使类型不一样，也会被遮蔽，只看变量名称！

在类继承中呢？

#include 

class Base{
private:
    int x;
public:
    virtual void mf1()=0;
    virtual void mf1(int){}
    virtual void mf2(){}
    void mf3(){}
    void mf3(double){}
};

class Derived: public Base{
public:
    virtual void mf1(){}
    void mf3(){}
    void mf4(){}
};

int main(){
    Derived d;
    int x;

    d.mf1();             // 调用 Derived::mf1
    d.mf1(x); // 错误！因为 Derived::mf1 遮掩了 Base::mf1

    d.mf2();             // 调用 Base::mf2

    d.mf3();             // 调用 Derived::mf3
    d.mf3(x); // 错误! 因为 Derived::mf3 遮掩了 Base::mf3           
}

如本例所见，即使 base classes 和 derived classes 内的函数有不同的参数类型也适用，而且不论函数是 virtual 或 non-virtual 一体适用。只要函数名字相同，继承类就会遮掩掉基类的函数。

当然，也有办法在扩展类中调用基类被遮掩的函数：

方法一：使用using 声明式

#include 

class Base{
private:
    int x;
public:
    virtual void mf1()=0;
    virtual void mf1(int){}
    virtual void mf2(){}
    void mf3(){}
    void mf3(double){}
};

class Derived: public Base{
public:
    // 让Base class 内名为mf1和mf3的所有东西在Derived作用域内都可见（并且public）
    using Base::mf1;
    using Base::mf3;

    virtual void mf1(){}
    void mf3(){}
    void mf4(){}
};

int main(){
    Derived d;
    int x=1;

    d.mf1();             // 调用 Derived::mf1
    d.mf1(x); // 现在可以了

    d.mf2();             // 调用 Base::mf2

    d.mf3();             // 调用 Derived::mf3
    d.mf3(x); // 现在可以了
}

方法二：使用转交函数（forwarding functions)

请记住：

derived classes 内的名称会遮掩 base classes 内的名称。在 public 继承下从没有人希望如此。

为了被遮掩的名称再见天日，可使用 using 声明式或转交函数（forwarding functions）

条款34、区分接口继承和实现继承

#include 

class Shape{
public:
    virtual void draw() const = 0;
    virtual void error(const std::string& msg);
    int objectID() const;
};

class Rectangle : public Shape{
    void draw() const{}
};
class Ellipse : public Shape{
    void draw() const{}
};

int main(){
    // 错误！ Shape 是抽象的，不能实例化
    Shape* ps = new Shape;

    Shape* ps1 = new Rectangle;
    ps1->draw();// 调用 Rectangle::draw

    Shape* ps2 = new Ellipse;
    ps2->draw(); // 调用 Ellipse::draw

    // 调用Shape::draw
    // 但是没有什么意义，因为纯虚函数在基类中根本没有定义
    ps1->Shape::draw();
    ps2->Shape::draw();
}

声明简朴的（非纯）impure virtual 函数的目的，是让 derived classes 继承该函数的接口和缺省实现：

比如

class Shape{
public:
virtual void error(const std::string& msg);
}

你必须支持一个 error 函数，但如果你不想自己写一个，可以使用 Shape class 提供的缺省版本

再看一个例子：

class Airport{};
class Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport& destination);
};

void Airplane::fly(const Airport& destination){
    // 缺省代码，将飞机飞到指定的目的地
}

class ModelA : public Airplane{};
class ModelB : public Airplane{};

为了避免在ModelA 和 ModelB 中撰写相同代码，缺省飞行行为由 Airplane::fly 提供，它同时被 ModelA 和 ModelB 继承。

这是个典型的面向对象设计。两个 class 共享一份相同性质（也就是它们实现 fly的方式），所以共同性质被搬到 base class 中。

如果有一个新的类 ModelC也继承 Airplane，但是飞行动作和缺省的不一样，如果忘记重载飞机动作的话，在调用飞行动作的时候就会不可避免的使用基类的飞行动作，而这会导致错误。

class Airport{};

class Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport& destination);
};

void Airplane::fly(const Airport& destination){
    // 缺省代码，将飞机飞到指定的目的地
}

class ModelA : public Airplane{};
class ModelB : public Airplane{};

class ModelC: public Airplane{

    // 未声明fly函数
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Airport PDX;

    Airplane* pa = new ModelC;
    
    // 
    pa->fly(PDX);

    delete pa;
    return 0;
}

那有什么方法，避免上述问题？

方法一：切断 “virtual 函数接口”和其 “缺省实现之间的连接”

#include 

class Airport{};

class Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport& destination) = 0;


protected:
    // 这个不是接口，是用于接口的缺省代码
    // 所以是protected,
    // 继承类也可以访问该函数
    void defaultFly(const Airport& destination);
};

void Airplane::defaultFly(const Airport& destination){
    // 缺省代码，将飞机飞到指定的目的地
}

class ModelA : public Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport &destination)
    {defaultFly(destination);}
};

class ModelB : public Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport &destination)
    {defaultFly(destination);}
};

class ModelC: public Airplane{
public:
    // 现在不可能意外继承不正确的fly实现代码了
    // 因为 Airplane中的pure virtual 函数迫使ModelC 必须提供自己的fly版本
    virtual void fly(const Airport &destination){}


};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Airport PDX;

    Airplane* pa = new ModelA;

    //
    pa->fly(PDX);

    delete pa;
    return 0;
}

如果你不喜欢以不同的函数分别提供接口和缺省实现，像上述的 fly 和 defaultFly 那样。

方法二：

pure virtual 函数必须在 derived classes 中重新声明，但它们也可以拥有自己的实现

#include 

class Airport{};

class Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport& destination)=0;

};

void Airplane::fly(const Airport& destination){
    // 缺省代码，将飞机飞到指定的目的地
}

class ModelA : public Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport &destination)
    {Airplane::fly(destination);}
};

class ModelB : public Airplane{
public:
    virtual void fly(const Airport &destination)
    {Airplane::fly(destination);}
};

class ModelC: public Airplane{
public:

    virtual void fly(const Airport &destination);
};

void  ModelC::fly(const Airport &destination){
    // 将C型飞机飞至指定的目的地
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Airport PDX;

    Airplane* pa = new ModelA;

    //
    pa->fly(PDX);

    delete pa;
    return 0;
}

纯虚函数也可以有定义！

声明 non-virtual 函数的目的是为了令 dedrived classes 继承函数的接口及一份强制性实现：

每个扩展类都必须有这个non-virtual 函数

pure virtual函数、simple(impure) virtual 函数、 non-virtual 函数之间的差异，使得你得以精确指定你想要 derived classes 继承的东西：之继承接口，或是继承接口和一份缺省实现，或是继承接口和一份强制实现

请记住：

1、接口继承和实现继承不同。在Public 继承之下，derived classes 总是继承 base class 的接口

2、pure virtual 函数只具体指定接口继承

3、简朴的（非纯）impure virtual 函数具体指定接口继承以及缺省实现继承

4、non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承

条款35、考虑 virtual 函数以外的其他选择

healthValue 并为被声明 pure virtual，这暗示我们将会有个计算健康指数的缺省算法（见条款34）

class GameCharacter{
public:
    virtual int healthValue() const;
}

还有其他方法：

借由 Non-Virtual Interface 手法实现 Template Method 模式：

class GameCharacter{
private:
    virtual int doHealthValue() const{
        // 缺省算法，计算健康指数
    }

public:
    // derived classes 不重新定义它，见条款36
    // 在class 定义式内呈现成员函数本体，会让其暗自成为inline,条款30
    int healthValue() const{
        // 做一些事前工作，

        // 做真正的工作
        int retValue =  doHealthValue();

        // 做一些事后的工作

        return retValue;
    }
}

借由 Function Pointers 实现 Strategy 模式：

书上的代码表述不清楚

省略。。。。

条款36、绝不重新定义继承而来的 non-virtual 函数

条款37、绝不重新定义继承而来的缺省参数值

virtual 函数系动态绑定（dynamically bound），而缺省参数值却是静态绑定（statically bound）。

这句话是不是看起来不好理解，先来看看动态绑定和静态绑定式什么意思：

// 一个用以描述几何形状的 class
class Shape{
public:
    enum ShapeColor{Red, Green, Blue};

    // 所有形状都必须提供一个函数，用来绘出自己
    virtual void draw(ShapeColor color = Red) const =0;
};

class Rectangle: public Shape{
public:
    // 赋予不同的缺省参数值。这真糟糕
    virtual void draw(ShapeColor color = Green) const{
        std::cout 

Virtual 函数系动态绑定，意思是调用一个Virtual 函数时，究竟调用哪一份函数实现代码，取决于发出调用的那个对象的动态类型

    pc->draw(Shape::Red); // 调用Circle::draw(Shape::Red)
    pr->draw(Shape::Red); // 调用 Rectangle::draw(Shape::Red)

缺省参数值是静态绑定。意思是你可能会在“调用一个定义于dereived class 内的函数”的同时，却使用 base class 为它指定的缺省参数值

    // 调用Rectangel::draw(Shape::Red)
    // 是的，你没看错参数是Shape::Red
    // 而不是在Rectangle里重新定义的Shape::Green
    pr->draw();  

即使把指针换成references问题仍然存在。问题在于draw 是个 virtual 函数，而它有个缺省参数值 在 derived class 中被重新定义了。

当你想令 virtual 函数表现出你所想要的行为但却遭遇麻烦，聪明的做法是考虑替代设计。条款35中，NVI（non-virtual interface）手法：令 base class 内的一个 public non-virtual 函数调用 private virtual 函数，后者可被 derived classes 重新定义。这里我们可以让 non-virtual 函数指定缺省参数，而 private virtual 函数负责真正的工作：

#include 


// 一个用以描述几何形状的 class
class Shape{
public:
    enum ShapeColor{Red, Green, Blue};
    void draw(ShapeColor color = Red) const{  // 如今它是non-virtual
         doDraw(color);                       // 调用一个virtual
    }

private:
    // 真正的工作在此完成
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const=0;
};


class Rectangle : public Shape{
public:

private:
    // 注意，不须指定缺省参数值

    // 就算你这里重新定义了缺省参数，也没有用
    // 因为non-vitual 函数应该绝对不被 derived classes 覆写（条款36）
    // 这个设计很清楚地使得 draw 函数的color 缺省参数总是为Red
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const{
         std::cout draw();
    delete r;

    // 即使以对象调用此函数，也不需要指定参数值
    Rectangle r1;
    r1.draw();
}

请记住：

绝对不要重新定义一个继承而来的缺省参数值，因为缺省参数值都是静态绑定，而 virtual 函数—- 你唯一应该覆写的东西—却是动态绑定。

条款38、通过复合塑模出 has-a 或 “根据某物实现出”

#include 
#include 


template
class Set{
public:
    bool member(const T& item) const;
    void insert(const T& item);
    void remove(const T& item);
    std::size_t size() const;

private:
    std::list rep;
}

template
bool Set::member(const T &item) const
{
    return std::find(rep.begin(), rep.end(), item) != rep.end()
}


template
bool Set::insert(const T &item)
{
    if (!member(item)) rep.push_back(item);
}

template
void Set::remove(const T &item)
{
    typename std::list::iterator it =
        std::find(rep.begin(), rep.end(), item);
    if (it != rep.end()) rep.erase(it);
}

template
std::size_t Set::size() const
{
    return rep.size();
}

请记住：

复合的意思和 public 继承完全不同

在应用域，复合意味着 has-a, 在实现域，复合意味着更具某物实现出

条款39、明智而审慎地使用private继承

看完这个例子后，你是否理解是否要谨慎使用 private 继承：

#include 

class Person{};
class Student: private Person{};
void eat(const Person& p);
void study(const Student& s);


int main(){
    Person p;
    Student s;

    eat(p);

    // 错误！
    // classes之间的继承关系是private
    // 编译器不会自动将一个derived class 对象转换为一个 base  class 对象
    // 这确实与 public 继承不一样

    // 第二条规则：
    // 由 private base 继承而来的所有成员，在 derived class 中都会变成 private 属性，
    // 纵使它们在 base class 中原来是 protected 或 public 属性

    eat(s);
}

条款40、明智而审慎地使用多重继承

一个简单的多重继承的例子：

#include 

class BorrowableItem{ // 图书光允许你借某些东西
public:
    void checkOut(){} // 离开时进行检查
};

class ElectronicGadget{
private:
    bool checkOut() const{} // 执行自我检测，返回是否检测成功
};

class MP3Player:
    public BorrowableItem,
    public ElectronicGadget{};


int main(){
    MP3Player mp;

    // 有歧义，不知道是用那个基础类的
    mp.checkOut();

    // 应该这样
    mp.BorrowableItem::checkOut();
}

再复杂一点，一个钻石型多重继承:

#include 
#include 

class File{
public:
    std::string fileName = "jason";
};

class InputFile : public File{};

class OutFile : public File{};

class IOFile : public InputFile,
               public OutFile{};

int main(){
    IOFile io;

    std::cout 

File class 有个成员变量 fileName,但是 IOFile 从其每一个 base class 继承一份，所以其应该有两份 fileName 成员变量。所以导致有歧义！

解决方法是：直接继承 File 的 classes 采用 “virtual 继承”

class File{
public:
    std::string fileName = "jason";
};

class InputFile : virtual public File{};

class OutFile : virtual public File{};

class IOFile : public InputFile,
               public OutFile{};

其他省略

七、模板与泛型编程

条款41、了解隐式接口和编译期多态

条款42、了解 typename 的双重意义

以下 template 声明式，class 和 typename 意义完全相同：

template class Widget;
template class Widget;

其实下面个例子运行不起来。

#include 
#include 
// 下述 template function 接受一个STL兼容容器作为参数
template
void prinr2nd(const C& container){ // 打印容器内的第二个元素
    if (container.size() >= 2){
        C::const_iterator iter(container.begin()); // 取得第一元素的迭代器
        ++iter;  // 将 iter 移往第二元素
        int value = *iter; // 将该元素复制到某个int
        std::cout 

这是解决办法：

#include 
#include 
// 下述 template function 接受一个STL兼容容器作为参数
template
void prinr2nd(const C& container){ /
    if (container.size() >= 2){
        
        //iter 的类型是 C::const_iterator，实际是什么必须取决于 template 参数C
        // template 内出现的名称如果相依某个 template 参数，称之为从属名称（dependent names）
        // 如果从属名称在class内呈嵌套状，我们称为嵌套从属名称（nested dependent name）
        
        // C::const_iterator 就是这样嵌套从属类型名称，所以必须以template 为前导
        
        typename C::const_iterator iter(container.begin()); 
        ++iter;  
        int value = *iter; 
        std::cout 

当然也有例外，但暂不学习

在真实程序的代表性例子：

template
void workWithIterator(IterT iter){
    typename std::iterator_traits::value_type temp(*iter);
}


// 如果你认为 std::iterator_traits::value_type 读起来不畅快
// 可以考虑建立一个 typedef
template
void workWithIterator(IterT iter){
    typedef typename std::iterator_traits::value_type value_type;
    value_type    temp(*iter);
}

请记住：

声明template 参数时，前缀关键字 class 和 typename 可互换

请使用关键字 typename 标识嵌套从属类型名称；但不得在 base class lists(基类列)或member initialization list (成员初值列)内以它作为 base class 修饰符。

条款43、学习处理模板化基类内的名称

看这个不能通过编译的例子：

#include 
#include 

class CompanyA{
public:
    void sendCleartext(const std::string& msg);
    void sendEncrypted(const std::string& msg);
};
class CompanyB{
public:
    void sendCleartext(const std::string& msg);
    void sendEncrypted(const std::string& msg);
};

class MsgInfo{};

template
class MsgSender{
public:
    void sendClear(const MsgInfo& info)
    {
        std::string msg;
        // 在这里，根据 info 产生信息

        Company c;
        c.sendCleartext(msg);
    }

    void sendSecret(const MsgInfo& info)
    {}
};


template
class LoggingMsgSender: public MsgSender{
public:
    void sendClearMsg(const MsgInfo& info)
    {
        // 将“传送前”的信息写至log:


        // 调用 base class 函数； 这段无法通过编译
        // 问题在于:
        // 当编译器遭遇 class template LoggingMsgSender 定义式时，并不知道它继承什么样的class
        // 当然它继承的是 MsgSender,但其中的Company是个是个template参数，
        // 不到后来（当 LoggingMsgSender 被具体化）无法确切知道它是什么。
        // 而如果不知道 Company 是什么，就无法知道 class MsgSender看起来像什么
        // 更确切地说是没办法知道它是否有个 sendClear 函数
        sendClear(info);


        // 将“传送后”的信息写至log
    }
};


int main(){
    MsgSender m;
}

解决之道：针对 某个Company 产生一个MsgSender 特化版：

条款44、将与参数无关的代码抽离 templates

条款45、运用成员函数模板接受所有兼容类型

条款46、需要类型转换时请为模板定义非成员函数

条款47、请使用 traits classes 表现类型信息

条款48、认识template 元编程

八、定制 new 和 delete

条款49、 了解 new-handler 的行为

通过本例了解 new-handler:

#include 


// 以下是 operator new 无法分配足够内存时，该被调用的函数
void outOfMem(){
    std::cerr 

看见没，在崩溃前有报错信息了！！

一个设计良好的 new-handler 函数必须做的事情：

1、让更多内存可被使用：

当程序一开始执行就分配一大块内存，而后当new-handler 第一次被调用，将它们释还给程序使用

2、安装另一个new-handler

3、卸除 new-handler

4、抛出 bad_alloc 的异常

5、不返回，通常调用 abort 或 exit。

C++ 并不支持 class 专属之 new handlers，但可以自己实现。只需令每个一个class 提供自己的 set_new_handler 和 operator new 即可。

条款50、了解 new 和 delete 的合理替换时机

条款51、编写 new 和 delete 时需固守常规

条款52、写了 placement new 也要写 placement delete

九、杂项讨论

条款53、不要轻忽编译器的警告

条款54、让自己熟悉包括 TR1 在内的标准程序库

条款55、让自己熟悉 Boost

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