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More Effective C++中文完整版.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.94M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    More Effecitve C++
    1. 译序（侯捷）........................................................................................................4 2. 导读........................................................................................................................5 2.1 本书所谈的 C++...........................................................................................6 2.2 惯例与术语....................................................................................................7 2.3 臭虫报告，意见提供，内容更新................................................................9 3. 基础议题............................................................................................................. 10 3.1 ITEM M1：指针与引用的区别 ...................................................................... 10 3.2 ITEM M2：尽量使用 C++风格的类型转换.................................................. 13 3.3 ITEM M3：不要对数组使用多态 .................................................................. 17 3.4 ITEM M4：避免无用的缺省构造函数 .......................................................... 20 4. 运算符................................................................................................................. 25 4.1 ITEM M5：谨慎定义类型转换函数 .............................................................. 26 4.2 ITEM M6：自增(INCREMENT)、自减(DECREMENT)操作符前缀形式与后缀形 式的区别................................................................................................................. 33 4.3 ITEM M7：不要重载“&&”,“||”, 或“,”.............................................................. 36 4.4 ITEM M8：理解各种不同含义的 NEW 和 DELETE........................................ 39 5. 异常..................................................................................................................... 45 5.1 ITEM M9：使用析构函数防止资源泄漏 ...................................................... 46 5.2 ITEM M10：在构造函数中防止资源泄漏 .................................................... 51 5.3 ITEM M11：禁止异常信息（EXCEPTIONS）传递到析构函数外 ................ 61 5.4 ITEM M12：理解“抛出一个异常”与“传递一个参数”或“调用一个虚函数”间的 差异......................................................................................................................... 64 5.5 ITEM M13：通过引用（REFERENCE）捕获异常......................................... 71 5.6 ITEM M14：审慎使用异常规格(EXCEPTION SPECIFICATIONS) .................... 76 5.7 ITEM M15：了解异常处理的系统开销 ........................................................ 82 6. 效率..................................................................................................................... 84 6.1 ITEM M16：牢记 80－20 准则（80－20 RULE）....................................... 85 6.2 ITEM M17：考虑使用 LAZY EVALUATION（懒惰计算法）........................... 87 6.3 ITEM M18：分期摊还期望的计算 ................................................................ 96 6.4 ITEM M19：理解临时对象的来源 ..............................................................101 6.5 ITEM M20：协助完成返回值优化 ..............................................................104 6.6 ITEM M21：通过重载避免隐式类型转换 ..................................................108 6.7 ITEM M22：考虑用运算符的赋值形式（OP=）取代其单独形式（OP）110 6.8 ITEM M23：考虑变更程序库 ...................................................................... 113 6.9 ITEM M24：理解虚拟函数、多继承、虚基类和 RTTI 所需的代价 ....... 116 7. 技巧（TECHNIQUES，又称 IDIOMS 或 PATTERN）............................125 7.1 ITEM M25：将构造函数和非成员函数虚拟化 ..........................................125 7.2 ITEM M26：限制某个类所能产生的对象数量 ..........................................130
    7.3 ITEM M27：要求或禁止在堆中产生对象 ..................................................146 7.4 ITEM M28：灵巧（SMART）指针 ...............................................................156 7.5 ITEM M29：引用计数 ..................................................................................173 7.6 ITEM M30：代理类 ......................................................................................205 7.7 ITEM M31：让函数根据一个以上的对象来决定怎么虚拟 ......................219 8. 杂项...................................................................................................................243 8.1 ITEM M32：在未来时态下开发程序 ..........................................................243 8.2 ITEM M33：将非尾端类设计为抽象类 ......................................................248 8.3 ITEM M34：如何在同一程序中混合使用 C++和 C..................................260 8.4 ITEM M35：让自己习惯使用标准 C++语言..............................................266 9. 附录...................................................................................................................273 9.1 推荐读物...................................................................................................273 9.2 一个 AUTO_PTR 的实现实例....................................................................277 9.3 在 C++ 中计算物件个数（OBJECTS COUNTING IN C++）译者：陈崴 9.4 为智能指标实作 OPERATOR->*（IMPLEMENTING OPERATOR->* FOR SMART POINTERS）译者：陈崴......................................................................................293 281
    1. 译序（侯捷） C++ 是一个难学易用的语言！ C++ 的难学，不仅在其广博的语法，以及语法背後的语意，以及语意背後 的深层思维，以及深层思维背後的物件模型；C++ 的难学，还在於它提供了四 种不同（但相辅相成）的程式设计思维模式：procedural-based，object-based， object-oriented，generic paradigm。 世上没有白吃的午餐。又要有效率，又要有弹性，又要前瞻望远，又要回 溯相容，又要能治大国，又要能烹小鲜，学习起来当然就不可能太简单。 在如此庞大复杂的机制下，万千使用者前仆後续的动力是：一旦学成，妙 用无穷。C++ 相关书籍之多，车载斗量；如天上繁星，如过江之鲫。广博如四 库全书者有之（The C++ Programming Language、C++ Primer），深奥如重山 复水者有之（The Annotated C++ Reference Manual, Inside the C++ Object Model），细说历史者有之（The Design and Evolution of C++, Ruminations on C++），独沽一味者有之（Polymorphism in C++, Genericity in C++），独树一帜 者有之（Design Patterns,Large Scale C++ Software Design, C++ FAQs），程 式 库 大 全 有 之 （ The C++ Standard Library）， 另 辟 蹊 径 者 有 之 （Generic Programming and the STL），工程经验之累积亦有之（Effective C++, More Effective C++, Exceptional C++）。 这其中，「工程经验之累积」对已具C++ 相当基础的程式员而言，有著致 命的吸引力与立竿见影的帮助。Scott Meyers 的 Effective C++ 和 More Effective C++ 是此类佼佼，Herb Sutter 的 Exceptional C++ 则是後起之秀。 这类书籍的一个共通特色是轻薄短小，并且高密度地纳入作者浸淫於 C++/OOP 领域多年而广泛的经验。它们不但开展读者的视野，也为读者提供各 种 C++/OOP 常见问题或易犯错误的解决模型。某些小范围主题诸如「在 base classes 中使用 virtual destructor」、「令operator= 传回*this 的 reference」，可 能在百科型 C++ 语言书籍中亦曾概略提过，但此类书籍以深度探索的方式，让 我们了解问题背後的成因、最佳的解法、以及其他可能的牵扯。至於大范围主题， 例如 smart pointers, reference counting, proxy classes，double dispatching, 基 本上已属 design patterns 的层级！ 这些都是经验的累积和心血的结晶。 我很高兴将以下三本极佳书籍，规划为一个系列，以精装的形式呈现给您： 1. Effective C++ 2/e, by Scott Meyers, AW 1998 2. More Effective C++, by Scott Meyers, AW 1996 3. Exceptional C++, by Herb Sutter, AW 1999 不论外装或内容，中文版比其英文版兄弟毫不逊色。本书不但与原文本页页 对译，保留索引，并加上精装、书签条、译注、书籍交叉参考 1、完整范例码 2、 读者服务 3。 这套书对於您的程式设计生涯，可带来重大帮助。制作这套书籍使我感觉非 常快乐。我祈盼（并相信）您在阅读此书时拥有同样的心情。 侯捷 2000/05/15 于新竹.台湾 jjhou@ccca.nctu.edu.tw http://www.jjhou.com
    1 Effective C++ 2/e 和 More Effective C++ 之中译，事实上是以 Scott Meyers 的另一个产品 Effective C++ CD 为本，不仅资料更新，同时亦将 CD 版中两书 之交叉参考保留下来。这可为读者带来旁徵博引时的莫大帮助。 2 书 中 程 式 多 为 片 段 。 我 将 陆 续 完 成 完 整 的 范 例 程 式 ， 并 在 Visual C++,C++Builder,GNU C++ 上测试。请至侯捷网站（http://www.jjhou.com）下 载。 3 欢迎读者对本书范围所及的主题提出讨论，并感谢读者对本书的任何误失提出 指正。来信请寄侯捷电子信箱（jjhou@ccca.nctu.edu.tw）。 2. 导读 对 C++ 程式员而言，日子似乎有点过於急促。虽然只商业化不到 10 年， C++ 却俨然成为几乎所有主要电算环境的系统程式语言霸主。面临程式设计方 面极具挑战性问题的公司和个人，不断投入 C++ 的怀抱。而那些尚未使用 C++ 的人，最常被询问的一个问题则是：你打算什么时候开始用 C++。C++ 标准化 已经完成，其所附带之标准程式库幅员广大，不仅涵盖 C 函式库，也使之相形 见绌。这么一个大型程式库使我们有可能在不必牺牲移植性的情况下，或是在不 必从头撰写常用演算法和资料结构的情况下，完成琳琅满目的各种复杂程式。 C++ 编译器的数量不断增加，它们所供应的语言性质不断扩充，它们所产生的 码品质也不断改善。C++ 开发工具和开发环境愈来愈丰富，威力愈来愈强大， 稳健强固（robust）的程度愈来愈高。商业化程式库几乎能够满足各个应用领域 中的写码需求。 一旦语言进入成熟期，而我们对它的使用经验也愈来愈多，我们所需要的 资讯也就随之改变。1990 年人们想知道 C++ 是什么东西。到了 1992 年，他 们想知道如何运用它。如今 C++ 程式员问的问题更高级：我如何能够设计出适 应未来需求的软体？我如何能够改善程式码的效率而不折损正确性和易用性？ 我如何能够实作出语言未能直接支援的精巧机能？ 这本书中我要回答这些问题，以及其他许多类似问题。 本书告诉你如何更具实效地设计并实作 C++ 软体：让它行为更正确；面对 异常情况时更稳健强固；更有效率；更具移植性；将语言特性发挥得更好；更优 雅地调整适应；在「混合语言」开发环境中运作更好；更容易被正确运用；更不 容易被误用。简单地说就是如何让软体更好。 本书内容分为 35 个条款。每个条款都在特定主题上精简摘要出 C++ 程式 设计社群所累积的智慧。大部份条款以准则的型式呈现，附随的说明则阐述这条 准则为什么存在，如果不遵循会发生什么後果，以及什么情况下可以合理违反该 准则。所有条款被我分为数大类。某些条款关心特定的语言性质，特别是你可能 罕有使用经验的一些新性质。例如条款 9~15 专注於 exceptions（就像 Tom Cargill, Jack Reeves, Herb Sutter 所发表的那些杂志文章一样）。其他条款解释 如何结合语言的不同特性以达成更高阶目标。例如条款 25~31 描述如何限制物 件的个数或诞生地点，如何根据一个以上的物件型别产生出类似虚拟函式的东 西，如何产生smart pointers 等等。其他条款解决更广泛的题目。条款16~24 专 注於效率上的议题。不论哪一条款，提供的都是与其主题相关且意义重大的作法。 在 More Effective C++一书中你将学习到如何更实效更精锐地使用 C++。大部份
    C++ 教科书中对语言性质的大量描述，只能算是本书的一个背景资讯而已。 这种处理方式意味，你应该在阅读本书之前便熟悉 C++。我假设你已了解 类别（classes）、保护层级（protection levels）、虚拟函式、非虚拟函式，我也 假设你已通晓 templates 和 exceptions 背後的概念。我并不期望你是一位语言 专家，所以涉及较罕见的 C++ 特性时，我会进一步做解释。 2.1 本书所谈的 C++ 我在本书所谈、所用的 C++，是 ISO/ANSI 标准委员会於 1997 年 11 月 完成的 C++国际标准最後草案（Final Draft International Standard）。这暗示了 我所使用的某些语言特性可能并不在你的编译器(s) 支援能力之列。别担心，我 认为对你而言唯一所谓「新」特性，应该只有 templates，而 templates 如今几 乎已是各家编译器的必备机能。我也运用 exceptions，并大量集中於条款 9~15。 如果你的编译器(s) 未能支援 exceptions，没什么大不了，这并不影响本书其他 部份带给你的好处。但是，听我说，纵使你不需用到 exceptions，亦应阅读条款 9~15，因为那些条款（及其相关篇幅）检验了某些不论什么场合下你都应该了 解的主题。 我承认，就算标准委员会授意某一语言特性或是赞同某一实务作法，并非 就保证该语言特性已出现在目前的编译器上，或该实务作法已可应用於既有的开 发环境上。一旦面对「标准委员会所议之理论」和「真正能够有效运作之实务」 间的矛盾，我便两者都加以讨论，虽然我其实比较更重视实务。由於两者我都讨 论，所以当你的编译器(s) 和 C++ 标准不一致时，本书可以协助你，告诉你如 何使用目前既有的架构来模拟编译器(s) 尚未支援的语言特性。而当你决定将一 些原本绕道而行的解决办法以新支援的语言特性取代时，本书亦可引导你。 注意当我说到编译器(s) 时，我使用复数。不同的编译器对 C++ 标准的满 足程度各不相同，所以我鼓励你在至少两种编译器(s) 平台上发展程式码。这么 做可以帮助你避免不经意地依赖某个编译器专属的语言延伸性质，或是误用某个 编译器对标准规格的错误阐示。这也可以帮助你避免使用过度先进的编译器技 术，例如独家厂商才做得出的某种语言新特性。如此特性往往实作不够精良（臭 虫多，要不就是表现迟缓，或是两者兼具），而且C++ 社群往往对这些特性缺 乏使用经验，无法给你应用上的忠告。雷霆万钧之势固然令人兴奋，但当你的目 标是要产出可靠的码，恐怕还是步步为营（并且能够与人合作）得好。 本书用了两个你可能不甚熟悉的 C++ 性质，它们都是晚近才加入 C++ 标 准之中。某些编译器支援它们，但如果你的编译器不支援，你可轻易以你所熟悉 的其他性质来模拟它们。 第一个性质是型别 bool，其值必为关键字 true 或 false。如果你的编译器 尚未支援 bool，有两个方法可以模拟它。第一个方法是使用一个 global enum： enum bool { false, true }; 这允许你将参数为 bool 或 int 的不同函式加以多载化（overloading）。缺点是， 内建的「比较运算子（ comparison operators）」如==, <, >=, 等等仍旧传回 ints。 所以以下程式码的行为不如我们所预期： void f(int); void f(bool); int x, y; ...
    f( x < y ); // 呼叫 f(int)，但其实它应该呼叫 f(bool) 一旦你改用真正支援 bool 的编译器，这种 enum 近似法可能会造成程式行 为的 改变。 另一种作法是利用 typedef 来定义 bool，并以常数物件做为 true 和 false： typedef int bool; const bool false = 0; const bool true = 1; 这种手法相容於传统的 C/C++ 语意。使用这种模拟法的程式，在移植到一 个支援有 bool 型别的编译器平台之後，行为并不会改变。缺点则是无法在函式 多载化（overloading）时区分 bool 和 int。以上两种近似法都有道理，请选择最 适合你的一种。 第 二 个 新 性 质 ， 其 实 是 四 个 转 型 运 算 子 ： static_cast, const_cast, dynamic_cast,和 reinterpret_cast。如果你不熟悉这些转型运算子，请翻到条款 2 仔细阅读其中内容。它们不只比它们所取代的 C 旧式转型做得更多，也更好。 书中任何时候当我需要执行转型动作，我都使用新式的转型运算子。 C++ 拥有比语言本身更丰富的东西。是的，C++ 还有一个伟大的标准程式 库（见条款E49）。我尽可能使用标准程式库所提供的string 型别来取代 char* 指 标，而且我也鼓励你这么做。string objects 并不比 char*-based 字串难操作， 它们的好处是可以免除你大部份的记忆体管理工作。而且如果发生exception 的 话（见条款 9 和 10），string objects 比较没有 memory leaks（记忆体遗失）的 问题。 实作良好的 string 型别甚至可和对应的 char* 比赛效率，而且可能会赢（条 款 29 会告诉你个中故事）。如果你不打算使用标准的string 型别，你当然会使 用类似 string 的其他 classes，是吧？是的，用它，因为任何东西都比直接使用 char* 来得好。 我将尽可能使用标准程式库提供的资料结构。这些资料结构来自 Standard Template Library（"STL" — 见条款 35）。STL 包含 bitsets, vectors, lists, queues,stacks, maps, sets, 以及更多东西，你应该尽量使用这些标准化的资料 结构，不要情不自禁地想写一个自己的版本。你的编译器或许没有附 STL 给你， 但不要因为这样就不使用它。感谢 Silicon Graphics 公司的热心，你可以从 SGI STL 网站下载一份免费产品，它可以和多种编译器搭配。 如果你目前正在使用一个内含各种演算法和资料结构的程式库，而且用得 相当愉快，那么就没有必要只为了「标准」两个字而改用STL。然而如果你在「使 用 STL」和「自行撰写同等功能的码」之间可以选择，你应该让自己倾向使用 STL。记得程式码的重用性吗？STL（以及标准程式库的其他组件）之中有许多 码是十分值得重复运用的。 2.2 惯例与术语 任何时候如果我谈到 inheritance（继承），我的意思是public inheritance（见 条款 E35）。如果我不是指public inheritance，我会明白地指明。绘制继承体系 图时，我对 base-derived 关系的描述方式，是从 derived classes 往 base classes 画箭头。 例如，下面是条款 31 的一张继承体系图：
    GameObject SpaceShip Asteroid SpaceStation 这样的表现方式和我在 Effective C++ 第一版（注意，不是第二版）所采用 的习惯不同。现在我决定使用这种最广被接受的继承箭头画法：从 derived classes 画往 base classes，而且我很高兴事情终能归於一统。此类示意图中， 抽象类别（abstract classes，例如上图的 GameObject）被我加上阴影而具象类 别（concrete classes，例如上图的 SpaceShip）未加阴影。 Inheritance（继承机制）会引发「pointers（或 references）拥有两个不同 型别」的议题，两个型别分别是静态型别（static type）和动态型别（dynamic type）。Pointer 或 reference 的「静态型别」是指其宣告时的型别，「动态型别」 则由它们实际所指的物件来决定。下面是根据上图所写的一个例子： GameObject *pgo = // pgo 的静态型别是 GameObject*， new SpaceShip; // 动态型别是 SpaceShip* Asteroid *pa = new Asteroid; // pa 的静态型别是 Asteroid*， // 动态型别也是 Asteroid*。 pgo = pa; // pgo 的静态型别仍然（永远）是 GameObject*， // 至於其动态型别如今是 Asteroid*。 GameObject& rgo = *pa; // rgo 的静态型别是 GameObject， // 动态型别是 Asteroid。 这 些 例 子 也 示 范 了 我 喜 欢 的 一 种 命 名 方 式 。 pgo 是 一 个 pointer-to-GameObject ； pa 是 一 个 pointer-to-Asteroid ； rgo 是 一 个 reference-to-GameObject。我常常以此方式来为 pointer 和 reference 命名。 我很喜欢两个参数名称：lhs 和 rhs，它们分别是"left-hand side" 和"right-hand side" 的缩写。为了了解这些名称背後的基本原理，请考虑一个用来表示分数 （rational numbers）的 class： class Rational { ... }; 如果我想要一个用以比较两个 Rational objects 的函式，我可能会这样宣 告： bool operator==(const Rational& lhs, const Rational& rhs); 这使我得以写出这样的码： Rational r1, r2; ... if (r1 == r2) ... 在呼叫 operator== 的过程中，r1 位於"==" 左侧，被系结於 lhs，r2 位於 "=="右侧，被系结於 rhs。 我 使 用 的 其 他 缩 写 名 称 还 包 括 ： ctor 代 表 "constructor" ， dtor 代 表 "destructor"，RTTI 代表 C++ 对 runtime type identification 的支援（在此性质 中，dynamic_cast 是最常被使用的一个零组件）。 当你配置记忆体而没有释放它，你就有了 memory leak（记忆体遗失）问 题。Memory leaks 在 C 和 C++ 中都有，但是在 C++ 中，memory leaks 所 遗失的还不只是记忆体，因为 C++ 会在物件被产生时，自动呼叫 constructors，
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