C++ 編程習(xí)慣與編程要點(diǎn)
以良好的方式編寫(xiě)C++ class
假設(shè)現(xiàn)在我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)數(shù)類(lèi)complex，在類(lèi)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中探索良好的編程習(xí)慣。
① Header(頭文件)中的防衛(wèi)式聲明
complex.h:
# ifndef __COMPLEX__
# define __COMPLEX__
class complex
{
}
# endif防止頭文件的內(nèi)容被多次包含。
② 把數(shù)據(jù)放在private聲明下，提供接口訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)
# ifndef __COMPLEX__
# define __COMPLEX__
class complex
{
public:
double real() const {return re;}
double imag() const {return im;}
private:
doubel re,im;
}
# endif③ 不會(huì)改變類(lèi)屬性（數(shù)據(jù)成員）的成員函數(shù)，全部加上const聲明
例如上面的成員函數(shù)：
double real () `const` {return re;}
double imag() `const` {return im;}既然函數(shù)不會(huì)改變對(duì)象，那么就如實(shí)說(shuō)明，編譯器能幫你確保函數(shù)的const屬性，閱讀代碼的人也明確你的意圖。
而且，const對(duì)象才可以調(diào)用這些函數(shù)——const對(duì)象不能夠調(diào)用非const成員函數(shù)。
④ 使用構(gòu)造函數(shù)初始值列表
class complex
{
public:
complex(double r = 0, double i =0)
: re(r), im(i) { }
private:
doubel re,im;
}在初始值列表中，才是初始化。在構(gòu)造函數(shù)體內(nèi)的，叫做賦值。
⑤如果可以，參數(shù)盡量使用reference to const
為complex 類(lèi)添加一個(gè)+=操作符：
class complex
{
public:
complex& operator += (const complex &)
}使用引用避免類(lèi)對(duì)象構(gòu)造與析構(gòu)的開(kāi)銷(xiāo)，使用const確保參數(shù)不會(huì)被改變。內(nèi)置類(lèi)型的值傳遞與引用傳遞效率沒(méi)有多大差別，甚至值傳遞效率會(huì)更高。例如，傳遞char類(lèi)型時(shí)，值傳遞只需傳遞一個(gè)字節(jié)；引用實(shí)際上是指針實(shí)現(xiàn)，需要四個(gè)字節(jié)（32位機(jī)）的傳遞開(kāi)銷(xiāo)。但是為了一致，不妨統(tǒng)一使用引用。
⑥ 如果可以，函數(shù)返回值也盡量使用引用
以引用方式返回函數(shù)局部變量會(huì)引發(fā)程序未定義行為，離開(kāi)函數(shù)作用域局部變量被銷(xiāo)毀，引用該變量沒(méi)有意義。但是我要說(shuō)的是，如果可以，函數(shù)應(yīng)該返回引用。當(dāng)然，要放回的變量要有一定限制：該變量的在進(jìn)入函數(shù)前，已經(jīng)被分配了內(nèi)存。以此條件來(lái)考量，很容易決定是否要放回引用。而在函數(shù)被調(diào)用時(shí)才創(chuàng)建出來(lái)的對(duì)象，一定不能返回引用。
說(shuō)回operator +=，其返回值就是引用，原因在于，執(zhí)行a+=b時(shí)，a已經(jīng)在內(nèi)存上存在了。
而operator +?，其返回值不能是引用，因?yàn)?/span>a+b的值，在調(diào)用operator +的時(shí)候才產(chǎn)生。
下面是operator+=?與’operator +’ 的實(shí)現(xiàn)：
inline complex & complex :: operator += (const complex & r)
{
this -> re+= r->re;
this -> im+= r->im;
return * this;
}
inline complex operator + (const complex & x , const complex & y)
{
return complex ( real (x)+ real (y), //新創(chuàng)建的對(duì)象，不能返回引用
imag(x)+ imag(y));
}在operator +=中返回引用還是必要的，這樣可以使用連續(xù)的操作：
c3 += c2 += c1;⑦ 如果重載了操作符，就考慮是否需要多個(gè)重載
就我們的復(fù)數(shù)類(lèi)來(lái)說(shuō)，+可以有多種使用方式：
complex c1(2,1);
complex c2;
c2 = c1+ c2;
c2 = c1 + 5;
c2 = 7 + c1;為了應(yīng)付怎么多種加法，+需要有如下三種重載：
inline complex operator+ (const complex & x ,const complex & y)
{
return complex (real(x)+real(y),
imag(x+imag(y););
}
inline complex operator + (const complex & x, double y)
{
return complex (real(x)+y,imag(x));
inline complex operator + (double x，const complex &y)
{
return complex (x+real(y),imag(y));
}⑧ 提供給外界使用的接口，放在類(lèi)聲明的最前面
這是某次面試中，面試官大哥告訴我的。想想確實(shí)是有道理，類(lèi)的用戶(hù)用起來(lái)也舒服，一眼就能看見(jiàn)接口。
Class with pointer member(s)：記得寫(xiě)B(tài)ig Three
C++的類(lèi)可以分為帶指針數(shù)據(jù)成員與不帶指針數(shù)據(jù)成員兩類(lèi),complex就屬于不帶指針成員的類(lèi)。而這里要說(shuō)的字符串類(lèi)String，一般的實(shí)現(xiàn)會(huì)帶有一個(gè)char *指針。帶指針數(shù)據(jù)成員的類(lèi)，需要自己實(shí)現(xiàn)class三大件：拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)。
class String
{
public:
String (const char * cstr = 0);
String (const String & str);
String & operator = (const String & str);
~String();
char * get_c_str() const {return m_data};
private:
char * m_data;
}如果沒(méi)有寫(xiě)拷貝構(gòu)造函數(shù)、賦值構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)，編譯器默認(rèn)會(huì)給我們寫(xiě)一套。然而帶指針的類(lèi)不能依賴(lài)編譯器的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)——這涉及到資源的釋放、深拷貝與淺拷貝的問(wèn)題。在實(shí)現(xiàn)String類(lèi)的過(guò)程中我們來(lái)闡述這些問(wèn)題。
①析構(gòu)函數(shù)釋放動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存資源
如果class里有指針，多半是需要進(jìn)行內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配（例如String），析構(gòu)函數(shù)必須負(fù)責(zé)在對(duì)象生命結(jié)束時(shí)釋放掉動(dòng)態(tài)申請(qǐng)來(lái)的內(nèi)存，否則就造成了內(nèi)存泄露。局部對(duì)象在離開(kāi)函數(shù)作用域時(shí)，對(duì)象析構(gòu)函數(shù)被自動(dòng)調(diào)用，而使用new動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象，也需要顯式的使用delete來(lái)刪除對(duì)象。而delete實(shí)際上會(huì)調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)，我們必須在析構(gòu)函數(shù)中完成釋放指針m_data所申請(qǐng)的內(nèi)存。下面是一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，體現(xiàn)了m_data的動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)：
/*String的構(gòu)造函數(shù)*/
inline
String ::String (const char *cstr = 0)
{
if(cstr)
{
m_data = new char[strlen(cstr)+1]; // 這里，m_data申請(qǐng)了內(nèi)存
strcpy(m_data,cstr);
}
else
{
m_data= new char[1];
*m_data = '\0';
}
}這個(gè)構(gòu)造函數(shù)以C風(fēng)格字符串為參數(shù)，當(dāng)執(zhí)行
String *p = new String ("hello");m_data向系統(tǒng)申請(qǐng)了一塊內(nèi)存存放字符串hello：
析構(gòu)函數(shù)必須負(fù)責(zé)把這段動(dòng)態(tài)申請(qǐng)來(lái)的內(nèi)存釋放掉：
inline
String ::~String()
{
delete[]m_data;
}②賦值構(gòu)造函數(shù)與復(fù)制構(gòu)造函數(shù)負(fù)責(zé)進(jìn)行深拷貝
來(lái)看看如果使用編譯器為String默認(rèn)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值操作符會(huì)發(fā)生什么事情。默認(rèn)的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)或賦值操作符所做的事情是對(duì)類(lèi)的內(nèi)存進(jìn)行按位的拷貝，也稱(chēng)為淺拷貝，它們只是把對(duì)象內(nèi)存上的每一個(gè)bit復(fù)制到另一個(gè)對(duì)象上去，在String中就只是復(fù)制了指針，而不復(fù)制指針?biāo)竷?nèi)容?，F(xiàn)在有兩個(gè)String對(duì)象：
String a("Hello");
String b("World");a、b在內(nèi)存上如圖所示：
如果此時(shí)執(zhí)行
b = a;淺拷貝體現(xiàn)為：
存儲(chǔ)World\0的內(nèi)存塊沒(méi)有指針?biāo)赶?，已?jīng)成了一塊無(wú)法利用內(nèi)存，從而發(fā)生了內(nèi)存泄露。不止如此，如果此時(shí)對(duì)象a被刪除，使用我們上面所寫(xiě)的析構(gòu)函數(shù)，存儲(chǔ)Hello\0的內(nèi)存塊就被釋放調(diào)用，此時(shí)b.m_data成了一個(gè)野指針。來(lái)看看我們自己實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造函數(shù)是如何解決這個(gè)問(wèn)題的，它復(fù)制的是指針?biāo)傅膬?nèi)存內(nèi)容，這稱(chēng)為深拷貝
/*拷貝賦值函數(shù)*/
inline String &String ::operator= (const String & str)
{
if(this == &str) //①
return *this;
delete[] m_data; //②
m_data = new char[strlen(str.m_data)+1]; //③
strcpy(m_data,str.m_data); //④
return *this
}這是拷貝賦值函數(shù)的經(jīng)典實(shí)現(xiàn)，要點(diǎn)在于:
① 處理自我賦值，如果不存在自我賦值問(wèn)題，繼續(xù)下列步驟：
② 釋放自身已經(jīng)申請(qǐng)的內(nèi)存
③ 申請(qǐng)一塊大小與目標(biāo)字符串一樣大的內(nèi)存
④ 進(jìn)行字符串的拷貝
對(duì)于a = b,②③④過(guò)程如下：
同樣的，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也是一個(gè)深拷貝的過(guò)程：
inline String ::String(const String & str )
{
m_data = new char[ strlen (str) +1];
strcpy(m_data,str.m_data);
}另外，一定要在operator = 中檢查是否self assignment?假設(shè)這時(shí)候確實(shí)執(zhí)行了對(duì)象的自我賦值，左右pointers指向同一個(gè)內(nèi)存塊，前面的步驟②delete掉該內(nèi)存塊造成下面的結(jié)果。當(dāng)企圖對(duì)rhs的內(nèi)存進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)是，結(jié)果是未定義的。
static與類(lèi)
① 不和對(duì)象直接相關(guān)的數(shù)據(jù)，聲明為static
想象有一個(gè)銀行賬戶(hù)的類(lèi)，每個(gè)人都可以開(kāi)銀行賬戶(hù)。存在銀行利率這個(gè)成員變量，它不應(yīng)該屬于對(duì)象，而應(yīng)該屬于銀行這個(gè)類(lèi)，由所有的用戶(hù)來(lái)共享。static修飾成員變量時(shí)，該成員變量放在程序的全局區(qū)中，整個(gè)程序運(yùn)行過(guò)程中只有該成員變量的一份副本。而普通的成員變量存在每個(gè)對(duì)象的內(nèi)存中，若把銀行利率放在每個(gè)對(duì)象中，是浪費(fèi)了內(nèi)存。
② static成員函數(shù)沒(méi)有this指針
static成員函數(shù)與普通函數(shù)一樣，都是只有一份函數(shù)的副本，存儲(chǔ)在進(jìn)程的代碼段上。不一樣的是，static成員函數(shù)沒(méi)有this指針，所以它不能夠調(diào)用普通的成員變量，只能調(diào)用static成員變量。普通成員函數(shù)的調(diào)用需要通過(guò)對(duì)象來(lái)調(diào)用，編譯器會(huì)把對(duì)象取地址，作為this指針的實(shí)參傳遞給成員函數(shù)：
obj.func() ---> Class :: fun(&obj);而static成員函數(shù)即可以通過(guò)對(duì)象來(lái)調(diào)用，也可以通過(guò)類(lèi)名稱(chēng)來(lái)調(diào)用。
③在類(lèi)的外部定義static成員變量
另一個(gè)問(wèn)題是static成員變量的定義。static成員變量必須在類(lèi)外部進(jìn)行定義：
class A
{
private:
static int a; //①
}
int A::a = 10; //②注意①是聲明，②才是定義，定義為變量分配了內(nèi)存。
④static與類(lèi)的一些小應(yīng)用
這些可以用來(lái)應(yīng)付一下面試，在實(shí)現(xiàn)單例模式的時(shí)候，static成員函數(shù)與static成員變量得到了使用，下面是一種稱(chēng)為”餓漢式“的單例模式的實(shí)現(xiàn)：
class A
{
public:
static A& getInstance();
setup(){...};
private:
A();
A(const A & rhs);
static A a;
}這里把class A的構(gòu)造函數(shù)都設(shè)置為私有，不允許用戶(hù)代碼創(chuàng)建對(duì)象。要獲取對(duì)象實(shí)例需要通過(guò)接口getInstance。”餓漢式“缺點(diǎn)在于無(wú)論有沒(méi)有代碼需要a，a都被創(chuàng)建出來(lái)。下面是改進(jìn)的單例模式，稱(chēng)為”懶漢式“：
class A
{
public:
static A& getInstance();
setup(){....};
private:
A();
A(const A& rsh);
...
};
A& A::getInstance()
{
static A a;
return a;
}“懶漢式”只有在真正需要a時(shí)，調(diào)用getInstance才創(chuàng)建出唯一實(shí)例。這可以看成一個(gè)具有拖延癥的單例模式，不到最后關(guān)頭不干活。很多設(shè)計(jì)都體現(xiàn)了這種拖延的思想，比如string的寫(xiě)時(shí)復(fù)制，真正需要的時(shí)候才分配內(nèi)存給string對(duì)象管理的字符串。