Скотт Майерс - Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

• Название: Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ
• Автор: Скотт Майерс
• Жанр: Программирование
• Год: 2006
• ISBN: 5-94074-304-8

Эта книга представляет собой перевод третьего издания американского бестселлера Effective C++ и является руководством по грамотному использованию языка C++. Она поможет сделать ваши программы более понятными, простыми в сопровождении и эффективными. Помимо материала, описывающего общую стратегию проектирования, книга включает в себя главы по программированию с применением шаблонов и по управлению ресурсами, а также множество советов, которые позволят усовершенствовать ваши программы и сделать работу более интересной и творческой. Книга также включает новый материал по принципам обработки исключений, паттернам проектирования и библиотечным средствам.

Издание ориентировано на программистов, знакомых с основами C++ и имеющих навыки его практического применения.

---

Лучший способ написания конструктора ABEntry – использовать список инициализации членов вместо присваивания:

ABEntry(const std::string& name, const std::string& address,

const std::list<PhoneNumber>& phones)

:theName(name), // теперь это все – инициализации

:theAddress(address),

thePhones(phones),

:numTimesConsulted(0)

{} // тело конструктора теперь пусто

Этот конструктор дает тот же самый конечный результат, что и предыдущий, но часто оказывается более эффективным. Версия, основанная на присваиваниях, сначала вызывает конструкторы по умолчанию для инициализации theName, theAddress и thePhones, а затем сразу присваивает им новые значения, затирая те, что уже были присвоены в конструкторах по умолчанию. Таким образом, вся работа конструкторов по умолчанию тратится впустую. Подход со списком инициализации членов позволяет избежать этой проблемы, поскольку аргументы в списке инициализации используются в качестве аргументов конструкторов для различных членов-данных. В этом случае theName создается конструктором копирования из name, theAddress – из address, thePhones – из phones. Для большинства типов единственный вызов конструктора копирования более эффективен – иногда намного более эффективен, чем вызов конструкторов по умолчанию с последующим вызовом операторов присваивания.

Для объектов встроенных типов вроде numTimesConsulted нет разницы по затратам между инициализацией и присваиванием, но для единообразия часто лучше инициировать все посредством списка инициализации членов. Такие списки можно применять даже тогда, когда данные-члены инициализируются конструкторами по умолчанию: просто не передавайте никаких аргументов соответствующему конструктору. Например, если у ABEntry есть конструктор, не принимающий параметров, то он может быть реализован примерно так:

ABEntry()

:theName(), // вызвать конструктор по умолчанию для theName

:theAddress(), // сделать то же для theAddress и для thePhones;

thePhones(), // но явно инициализировать нулем numTimesConsulted

:numTimesConsulted(0)

{}

Поскольку компилятор автоматически вызывает конструкторы по умолчанию для данных-членов пользовательских типов, когда для них отсутствуют инициализаторы в списке инициализации членов, некоторые программисты считают приведенный выше код избыточным. Это понятно, но, придерживаясь политики всегда перечислять все данные-члены в списках инициализации, вы избавляете себя от необходимости помнить, какие члены будут инициализированы, если их пропустить, а какие – нет. Например, поскольку numTimesConsulted относится к встроенному типу, то исключение его из списка инициализации может открыть двери неопределенному поведению.

Иногда список инициализации просто необходимо использовать, даже для встроенных типов. Например, данные-члены, которые являются константами либо ссылками, обязаны быть инициализированы, так как они не могут получить значения посредством присваивания (см. также правило 5). Чтобы избежать необходимости помнить, когда данные-члены должны быть инициализированы в списке инициализации, а когда это не обязательно, проще делать это всегда. Иногда это обязательно, а часто – более эффективно, чем присваивание.

Во многих классах есть несколько конструкторов, и каждый конструктор имеет свой собственный список инициализации. Если у класса много данных-членов или базовых классов, то наличие большого числа списков инициализации порождает нежелательное дублирование кода (в списках) и тоску (у программистов). В таких случаях имеет смысл опустить в списках инициализации те данные-члены, для которых присваивание работает так же, как настоящая инициализация, переместив инициализацию в одну (обычно закрытую) функцию, которую вызывают все конструкторы. Этот подход может быть особенно полезен, если начальные значения должны быть загружены из файла или базы данных. Однако, вообще говоря, инициализация членов посредством списков инициализации более предпочтительна, чем псевдоинициализация присваиванием.

Один из аспектов C++, на который можно положиться, – это порядок, в котором инициализируются данные объектов. Этот порядок всегда один и тот же: базовые классы инициализируются раньше производных (см. также правило 12), а внутри класса члены-данные инициализируются в том порядке, в котором объявлены. Например, в классе ABEntry член theName всегда будет инициализирован первым, theAddress – вторым, thePhones – третьим, а numTimesConsulted – последним. Это верно даже в случае, если в списке инициализации членов они перечислены в другом порядке (что, к сожалению, не запрещено). Чтобы не вводить в заблуждение человека, читающего вашу программу, и во избежание ошибок непонятного происхождения, всегда перечисляйте данные-члены в списке инициализации в том порядке, в котором они объявлены в классе.

Позаботившись о явной инициализации объектов встроенных типов, которые не являются членами классов, и обеспечив правильную инициализацию базовых классов и их данных-членов посредством списков инициализации, у вас останется только одна вещь, о чем нужно будет подумать. Речь идет о порядке инициализации нелокальных статических объектов, объявленных в разных единицах трансляции.

Отнесемся к этой фразе со всем вниманием.

Статический объект существует от момента, когда был сконструирован, и до конца работы программы. Объекты, размещенные в стеке и в «куче», к статическим не относятся. Статическими являются глобальные объекты, объекты, объявленные в области действия пространства имен, объекты, объявленные с ключевым словом static внутри классов и функций, а также в области действия отдельного файла с исходным текстом. Статические объекты, объявленные внутри функций, известны как локальные статические объекты (поскольку они локальны по отношению к функции), а все прочие называют нелокальными статическими объектами. Статические объекты автоматически уничтожаются при завершении программы, то есть при выходе из функции main() автоматически вызываются их деструкторы.

Единица трансляции (translation unit) – это исходный код, который порождает отдельный объектный файл. Обычно это один исходный файл плюс все файлы, включенные в него директивой #include.

Проблема возникает, когда есть, по крайней мере, два отдельно компилируемых исходных файла, каждый из которых содержит, по крайней мере, один нелокальный статический объект (то есть глобальный объект либо объявленный в области действия пространства имен, класса или файла). Суть ее в том, что если инициализация нелокального статического объекта происходит в одной единице трансляции, а используется он в другой, то такой объект может оказаться неинициализированным в момент использования, поскольку относительный порядок инициализации нестатических локальных объектов, определенных в разных единицах трансляции, не определен.

Рассмотрим пример. Предположим, у вас есть класс FileSystem, который делает файлы из Internet неотличимыми от локальных. Поскольку ваш класс представляет мир как единую файловую систему, вы могли бы создать в глобальной области действия или в пространстве имен соответствующий ей специальный объект:

class FileSystem { // из вашей библиотеки

public:

...

std::size_t numDisks() const; // одна из многих функций-членов

...

};

extern FileSystem tfs; // объект для использования клиентами

// “tfs” = “the file system”

Класс FileSystem определенно не тривиален, поэтому использование объекта theFileSystem до того, как он будет сконструирован, приведет к катастрофическим последствиям.

Теперь предположим, что некий пользователь создает класс, описывающий каталоги файловой системы. Естественно, его класс будет использовать объект theFileSystem:

class Directory { // создан пользователем

public:

Directory( params );

...

};

Directory::Directory( params )

{

...

std::size_t disks = tfs.numDisks(); // использование объекта tfs

...

}

Далее предположим, что пользователь решает создать отдельный глобальный объект класса Directory, представляющий каталог для временных файлов:

Directory tempDir( params ); // каталог для временных файлов

Теперь проблема порядка инициализации становится очевидной: если объект tfs не инициализирован раньше, чем tempDir, то конструктор tempDir попытается использовать tfs до его инициализации. Но tfs и tempDir были созданы разными людьми в разное время и находятся в разных исходных файлах – это нелокальные статические объекты, определенные в разных единицах трансляции. Как вы можете быть уверены, что tfs будет инициализирован раньше, чем tempDir?

Да никак! Еще раз повторю: относительный порядок инициализации нестатических локальных объектов, определенных в разных единицах трансляции, не определен. На то есть своя причина. Определить «правильный» порядок инициализации нелокальных статических объектов трудно. Очень трудно. Неразрешимо трудно. В наиболее общем случае – при наличии многих единиц трансляции и нелокальных статических объектов, сгенерированных путем неявной конкретизации шаблонов (которые и сами могут быть результатом неявной конкретизации других шаблонов) – не только невозможно определить правильный порядок инициализации, но обычно даже не стоит искать частные случаи, когда этот порядок в принципе определить можно.