4 设计与声明
条款18:让接口容易被正确使用,不易被误用
理想上,如果客户企图使用某个接口而却没有获得他所预期的行为,这个代码不该通过编译;如果代码通过了编译,它的作为就该是客户所想要的。欲开发一个“容易被正确使用,不容易被误用”的接口,首先必须考虑客户可能做出什么样的错误。
- 许多客户端错误可以因为导入新类型而获得预防。在防范“不值得拥有的代码”上,类型系统是你的主要同盟国。
struct Day {
explicit Day(int d) //explicit 避免隐式的转换。
:val(d) {}
int val;
};
... ...
class Date {
public:
Date(const Month& m, const Day& d, const Year& y);
... ...
}
// 使用
Date d(Month(3), Day(30), Year(1995));
对日期进行类似的类型封装,能有效地避免不恰当的日期赋值。
对值的限制可通过枚举方法实现。
“除非有好的理由,否则应该尽量令你的类型(定义的类)的行为与内置类型一致”。
在资源管理方面,让函数返回一个资源的指针改为返回一个智能指针,以把delete责任推给智能指针。
例如:
std::tr1::shared_ptr<Investment> createInvestment();
这便实质上强迫客户将返回值存储于一个tr1::shared_ptr内,几乎消除了忘记删除底部Investment对象的可能性。
- tr1::shared_ptr有一个特别好的性质是:它会自动使用它的“每个指针专属的删除器”,因而消除另一个潜在的客户错误:所谓的“cross-DLL problem”。这个问题发生于“对象在动态链接程序库(DLL)中被new创建,却在另一个DLL内被delete销毁”。tr1::shared_ptr没有这个问题,因为它缺省的删除器是来自“tr1::shared_ptr诞生所在的那个DLL”的delete。
note:
- 好的接口很容易被正确使用,不容易被误用。你应该在你的所有接口中努力达成这些性质。
- “促进正确使用”的办法包括接口的一致性,以及与内置类型的行为兼容。
- “阻止误用”的办法包括建立新类型、限制类型上的操作,束缚对象值,以及消除客户的资源管理责任。
- tr1::shared_ptr支持定制删除器。这可防范DLL问题,可被用来自动解除互斥锁(条款14)等等。
条款19:设计 class 犹如设计 type
C++就像在其它面向对象编程语言一样,当你定义一个新class,也就定义了一个新type。这意味着你并不只是类的设计者,更是类型的设计者。重载函数和操作符、控制内存的分配和归还、定义对象的初始化和终结......全部在你手上。
设计一个良好的类,或者称作类型,需要考虑以下设计规范:
- 新类型的对象应该如何被创建和销毁?
- 对象的初始化和对象的赋值该有什么样的差别?
- 新类型的对象如果被passed by value(值传递),意味着什么?
- 什么是新类型的“合法值”?
- 你的新类型需要配合某个继承图系吗?
- 你的新类型需要什么样的转换?
- 什么样的操作符和函数对此新类型而言是合理的?
- 什么样的标准函数应该驳回?
- 谁该取用新类型的成员?
- 什么是新类型的“未声明接口”?
- 你的新类型有多少一般化?
- 你真的需要一个新类型吗?
note:
class的设计就是type的设计。在定义一个新type之前,请确定你已经考虑过本条款覆盖的所有讨论主题。
条款20:宁以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value
缺省情况下C++以by value方式传递对象至(或来自)函数。除非你另外指定,否则函数参数都是以实际实参的副本为初值,而调用端所获得的亦是返回值的一个副本。
这些副本由对象的拷贝构造函数产生。所以在以对象为pass by value时,可能会调用相应的构造函数(成员对象的构造、基类对象的构造),然后调用对应的析构函数。所以以by value的形式传递开销还是比较大的。
如果我们用pass-by-reference-to-const,例如:
bool validateStudent(const Student& s); //const,希望别对传入对象进行不恰当的修改;
这种传递方式效率高得多:没有任何构造函数或析构函数被调用,因为没有任何新对象被创建。
以传引用方式传递参数也可以避免对象切割问题:即当一个派生类对象以传值的方式传递并被视为一个基类对象,基类对象的拷贝构造函数会被调用,而“造成此对象的行为像个派生类对象”的那些特化性质全被切割掉了,仅仅留下了基类对象。这一般不是你想要的。解决切割问题的办法,就是以by-reference-to-const的方式传递。
所以我们一般的做法应该是这样:内置对象和STL的迭代器和函数对象,我们一般以传值的方式传递,而其它的任何东西都以传引用的方式传递。
note:
- 尽量以pass-by-reference-to-const替代pass-by-value。前者通常比较高效,并可避免切割问题。
- 以上规则并不适用于内置类型,以及STL的迭代器和函数对象。对它们而言,pass-by-value往往比较适当。
条款21:必须返回对象时,别妄想返回其reference
当我们领悟条款20中传值的开销后,总是避免于少用传值,然而在返回对象时,要格外小心了,因为你可能:传递一些引用或指针指向其实已经不存在的对象。这可不是件好事。
任何时候看到一个reference声明式,你都应该立刻问自己,它的另一个名称是什么?
函数创建新对象的途径有二:在栈空间和堆空间
栈(stack)上:即在函数内的局部变量。局部变量在函数返回后就没有存在的意义,若还对它“念念不忘”,将带来灾难性后果。所以传引用在栈上不可行。
堆(heap)上:在堆上构造一个对象,并返回。看似可行,也埋下了资源泄漏的危险。谁该对这对象实施delete呢?别把这种对资源的管理寄托完全寄托于用户。所以传引用在堆上不可行。
可能还有一种想法:把“让返回的引用指向一个被定义于函数内部的静态对象”。出于我们对多线程安全性的疑虑,以及当线程中两个函数对单份对象的处理也可能带来不可测行为。所以静态对象也是不可行的。
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。
编译器实现者实行最优化,用以改善产出码的效率却不改变其观察的行为。所以我们还是老老实实的返回一个对象吧。
note:
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对象而有可能同时需要多个这样的对象。