《Effective C++》第三版——设计与声明（1）

参考资料：

• 《Effective C++》第三版

注意：《Effective C++》不涉及任何 C++11 的内容，因此其中的部分准则可能在 C++11 出现后有更好的实现方式。

条款 18：让接口容易被正确使用，不易被误用

好的接口很容易被正确使用，不容易被误用。你应该在你的接口里努力达成这一性质

理想状态下，应该在编译期发现客户对接口的误用。

“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

如果没有特殊理由，尽量令你的 types 和内置类型保持一致。

“阻止误用的办法”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

假设我们有设计一个用来表示日期的类：

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

这样的接口是很容易被误用的：

Date(30, 3, 2024);	// 错误的参数传递顺序
Date(2, 30, 2024);	// 错误数据范围

一种常见的预防方法是导入新类型：

class Month {
public:explicit Month(int val);
private:int val;
};class Date {
public:Date(const Month &m, const Day &d, const Year &y);...
};Date(Day(30), Month(3), Year(2024));	// 编译错误

设计了类型，就可以限制每个类型的合法值，比较安全的做法是预先用函数定义有效值：

class Month {
public:static Month Jan() { return Month(1) }...
private:explicit Month(int val);	// 私有构造函数，避免用户调用
};Date(Month::Jan(), day(30), Year(2024));

如果我们的接口要求客户必须“记得某些事情”，就是有着“不正确”使用的倾向，例如下面的工厂函数, 返回一个指针指向动态分配对象：

A* createA(...);

为了避免资源泄露，客户可以将 createA 返回的指针保存在智能指针中，但客户可能会忘记这一点，所以我们最好令工厂函数直接返回智能指针：

shared_ptr<A*> createA(...);

shared_ptr 支持定制删除器, 可以防范 DLL 问题

shared_ptr 有一个特别好的性质：它会自动使用它所管理指针的专属删除器（自定义的删除器或默认的 delete），这可以解决“cross-DLL problem”。“cross-DLL problem”指：对象在一个动态链接库（DLL）被 new 创建，在另一个 DLL 被 delete 销毁。

条款 19：设计 class 犹如设计 type

Class 的设计就是 type 的设计，在定义一个新 type 之前，请确定你仔细思考过本条款覆盖的所有讨论主题

每次设计 class 时，需要考虑如下问题：

• 新 type 的对象应该被如何创建和销毁？
• 对象的初始化和对象的赋值该有什么样的差别？
• 新 type 的对象如果被 passed by value，意味着什么？
• 什么是新 type 的“合法值”？
• 你的新 type 需要配合某个继承体系吗？
• 你的新 type 需要什么样的转换？
• 什么样的操作符和函数对此新 type 而言是合理的？
• 什么样的标准函数应该被驳回？
• 谁该取用新 type 的成员？
• 什么是新 type 的未声明接口？
• 你的新 type 有多么一般化？
• 你真的需要一个新 type 吗？

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

尽量以 pass-by-reference-to-const 替换 pass-by-value。前者通常比较高效，并可避免切割问题

考虑下面的例子：

class A{
public:...
private:string a, b ,c;
}void func(A a);

执行 func 在参数构造时需要调用 A 的 copy 构造函数，进而需要调用 3 个 string 的 copy 构造函数，执行结束后，这些对象还要析构。更高效的方法是，使用 pass-by-conference-to-const，避免了对象的构造和析构，同时 const 也保证 func 不会对传入的对象进行修改。

pass-by-reference-to-const 还可以避免切割问题：

void func(base b){b.f();		// 调用base::f()
}void func(cosnt base &b){b.f();		// 根据实际传入的类型执行不同版本的f()
}

以上规则并不适用于内置类型、STL 的迭代器和函数对象。对它们而言，pass-by-value 比较合适

引用的底层实现往往是指针，所以对于内置类型，pass-by-value 往往比 pass-by-reference-to-const 更高效。此外，STL 的迭代器和函数对象习惯上实现为 pass-by-value，STL 的实现者保证了高效性和避免出现切割问题。

需要注意的是，不能因为内置类型适合 pass-by-value，就认为和内置类型一样小的对象适合 pass-by-value，原因是：

• 对象小不一定意味着构造函数不昂贵。
• 编译器对待内置类型和自定义类型的方式截然不同，例如某些编译器会把 double 对象放入缓存中，却拒绝把只含有一个 double 成员的自定义对象加入缓存。
• 自定义对象的大小容易有所变化。

条款 21：必须返回对象时，别妄想返回其 reference

绝不要返回 pointer 或 reference 指向一个 local stack，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

考虑我们有一个表示有理数的类，重载了 *：

class Rational {
public:Rational(int n, int d);// 试图by reference返回值friend const Rational &operator*(const Rational &lhs, const Rational &rhs);
private:int n, d;
};

返回指向 local stack 的 pointer 或 reference，由于 local stack 对象在函数返回的时候就已经被销毁了，所以任何使用返回值的行为都将导致未定义行为。

返回指向 heap-allocated 的 pointer 或 reference，调用者很容易忘记 delete，很容易造成内存泄露。

如果考虑定义一个静态 Rational 对象专门保存结果，不仅会在多线程产生不安全的问题，有时还会造成逻辑错误：

bool operator==(const Rational &lhs, const Rational &rhs);
Rational a, b, c, d;
if ((a * b) == (c * d)) {...
}

由于 a*b 和 c*d 返回的是同一个静态变量，所以条件永远成立。

条款 22：将成员变量声明为 private

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，可细微划分访问控制、允诺约束条件获得保证，并提供 class 作者以充分实现弹性

所有成员变量都不该是 public：

• 从语法一致性的角度来看，所有变量不是 public，意味着所有接口都是函数，此时用户就不需要纠结是否应该使用小括号。
• 使用函数可以让你对成员变量有更精确的控制：通过函数可以实现“不可访问”、“只读访问”、“只写访问”、“读写访问”等。
• 从封装性的角度来看，将成员变量隐藏在函数接口的背后，可以使实现更加灵活，如：在成员变量被读写时进行记录、验证成员变量是否满足约束条件等。此外，不封装通常也意味着不可改变，将成员变量隐藏，就保留了优化的空间。

protected 并不比 public 更具封装性

使用 protected 虽然相比 public 可以实现语法一致和精确控制，但其封装性却并不比 public 强。

成员变量的封装性，与改变（例如：从 class 中移除）这个成员变量所破坏的代码量成反比。对于 public 变量，一旦其被移除，所有使用它的用户代码都会被破坏；对于 protected 变量，一旦被移除，所有使用它的 derived class 代码都会被破坏，二者都会造成不可预知的大量代码受到破坏。

所以，从封装的角度来看，只有 private（封装）和其他（不封装）。