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.

---

Вернемся к препроцессору. Другой частый случай неправильного использования директивы #define – создание макросов, которые выглядят как функции, но не обременены накладными расходов, связанными с вызовом функций. Ниже представлен макрос, который вызывает некоторую функцию f c аргументом, равным максимальному из двух значений:

// вызвать f, передав ей максимум из a и b

#define CALL_WITH_MAX(a,b) f((a) > (b) ? (a) : (b))

В этой строчке содержится так много недостатков, что даже не совсем понятно, с какого начать.

Всякий раз при написании подобного макроса вы должны помнить о том, что все аргументы следует заключать в скобки. В противном случае вы рискуете столкнуться с проблемой, когда кто-нибудь вызовет его с выражением в качестве аргумента. Но даже если вы сделаете все правильно, посмотрите, какие странные вещи могут произойти:

int a = 5, b = 0;

CALL_WITH_MAX(++a, b); // a увеличивается дважды

CALL_WITH_MAX(++a, b+10); // a увеличивается один раз

Происходящее внутри max зависит от того, с чем она сравнивается!

К счастью, вы нет нужды мириться с поведением, так сильно противоречащим привычной логике. Существует метод, позволяющий добиться такой же эффективности, как при использовании препроцессора. Но при этом обеспечивается как предсказуемость поведения, так и контроль типов аргументов (что характерно для обычных функций). Этот результат достигается применением шаблона встроенной (inline) функции (см. правило 30):

template <typename T>

inline void callWithMax(const T& a, const T& b) // Поскольку мы не знаем,

{ // что есть T, то передаем

f(a > b ? a : b); // его по ссылке на const -

} // см. параграф 20

Этот шаблон генерирует целое семейство функций, каждая из которых принимает два аргумента одного и того же типа и вызывает f с наибольшим из них. Нет необходимости заключать параметры в скобки внутри тела функции, не нужно заботиться о многократном вычислении параметров и т. д. Более того, поскольку callWithMax – настоящая функция, на нее распространяются правила областей действия и контроля доступа. Например, можно говорить о встроенной функции, являющейся закрытым членом класса. Описать нечто подобное с помощью макроса невозможно.

Наличие const, enum и inline резко снижает потребность в препроцессоре (особенно это относится к #define), но не устраняет ее полностью. Директива #include остается существенной, а #ifdef/#ifndef продолжают играть важную роль в управлении компиляцией. Пока еще не время отказываться от препроцессора, но определенно стоит задуматься, как избавиться от него в дальнейшем.

Что следует помнить

• Для простых констант директиве #define следует предпочесть константные объекты и перечисления (enum).

• Вместо имитирующих функции макросов, определенных через #define, лучше применять встроенные функции.

Правило 3: Везде, где только можно используйте const

Замечательное свойство модификатора const состоит в том, что он накладывает определенное семантическое ограничение: данный объект не должен модифицироваться, – и компилятор будет проводить это ограничение в жизнь. const позволяет указать компилятору и программистам, что определенная величина должна оставаться неизменной. Во всех подобных случаях вы должны обозначить это явным образом, призывая себе на помощь компилятор и гарантируя тем самым, что ограничение не будет нарушено.

Ключевое слово const удивительно многосторонне. Вне классов вы можете использовать его для определения констант в глобальной области или в пространстве имен (см. правило 2), а также для статических объектов (внутри файла, функции или блока). Внутри классов допустимо применять его как для статических, так и для нестатических данных-членов. Для указателей можно специфицировать, должен ли быть константным сам указатель, данные, на которые он указывает, либо и то, и другое (или ни то, ни другое):

char greeting[] = “Hello”;

char *p = greeting; // неконстантный указатель,

// неконстантные данные

const char *p = greeting; // неконстантный указатель,

// константные данные

char * const p = greeting; // константный указатель,

// неконстантные данные

const char * const p = greeting; // константный указатель,

// константные данные

Этот синтаксис не так страшен, как может показаться. Если слово const появляется слева от звездочки, константным является то, на что указывает указатель; если справа, то сам указатель является константным. Наконец, если же слово const появляется с обеих сторон, то константно и то, и другое.

Когда то, на что указывается, – константа, некоторые программисты ставят const перед идентификатором типа. Другие – после идентификатора типа, но перед звездочкой. Семантической разницы здесь нет, поэтому следующие функции принимают параметр одного и того же типа:

void f1(const Widget *pw); // f1 принимает указатель на

// константный объект Widget

void f1(Widget const *pw); // то же самое делает f2

Поскольку в реальном коде встречаются обе формы, следует привыкать и к той, и к другой.

Итераторы STL смоделированы на основе указателей, поэтому iterator ведет себя почти как указатель T*. Объявление const-итератора подобно объявлению const-указателя (то есть записи T* const): итератор не может начать указывать на что-то другое, но то, на что он указывает, может быть модифицировано. Если вы хотите иметь итератор, который указывал бы на нечто, что запрещено модифицировать (то есть STL-аналог указателя const T*), то вам понадобится константный итератор:

std::vector<int> vec;

...

const std::vector<int>::iterator iter = // iter работает как T* const

vec.begin();

*iter = 10; // Ok, изменяется то, на что

// указывает iter

++iter; // ошибка! iter константный

std::vector<int>::const_iterator citer = // citer работает как const T*

vec.begin();

*citer = 10; // ошибка! *citer константный

++citer; // нормально, citer изменяется

Некоторые из наиболее интересных применений const связаны с объявлениями функций. В этом случае const может относиться к возвращаемому функцией значению, к отдельным параметрам, а для функций-членов – еще и к функции в целом.

Если указать в объявлении функции, что она возвращает константное значение, то можно уменьшить количество ошибок в клиентских программах, не снижая уровня безопасности и эффективности. Например, рассмотрим объявление функции operator* для рациональных чисел, введенное в правиле 24:

class Rational {…}

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);

Многие программисты удивятся, впервые увидев такое объявление. Почему результат функции operator* должен быть константным объектом? Потому что в противном случае пользователь получил бы возможность делать вещи, которые иначе как надругательством над здравым смыслом не назовешь:

Rational a, b, c;

…

(a*b)=c; // присваивание произведению a*b!

Я не знаю, с какой стати программисту пришло бы в голову присваивать значение произведению двух чисел, но могу точно сказать, что иногда такое может случиться по недосмотру. Достаточно простой опечатки (при условии, что тип может быть преобразован к bool):

if (a*b = c)... // имелось в виду сравнение!

Такой код был бы совершенно некорректным, если бы a и b имели встроенный тип. Одним из критериев качества пользовательских типов является совместимость со встроенными (см. также правило 18), а возможность присваивания значения результату произведения двух объектов представляется мне весьма далекой от совместимости. Если же объявить, что operator* возвращает константное значение, то такая ситуация станет невозможной. Вот почему Так Следует Поступать.

В отношении аргументов с модификатором const трудно сказать что-то новое; они ведут себя как локальные константные const-объекты. Всюду, где возможно, добавляйте этот модификатор. Если модифицировать аргумент или локальный объект нет необходимости, объявите его как const. Вам всего-то придется набрать шесть символов, зато это предотвратит досадные ошибки типа «хотел напечатать ==, а нечаянно напечатал =» (к чему это приводит, мы только что видели).

Константные функции-члены

Назначение модификатора const в объявлении функций-членов – определить, какие из них можно вызывать для константных объектов. Такие функции-члены важны по двум причинам. Во-первых, они облегчают понимание интерфейса класса, ведь полезно сразу видеть, какие функции могут модифицировать объект, а какие нет. Во-вторых, они обеспечивают возможность работать с константными объектами. Это очень важно для написания эффективного кода, потому что, как объясняется в правиле 20, один из основных способов повысить производительность программ на C++ – передавать объекты по ссылке на константу. Но эта техника будет работать только в случае, когда функции-члены для манипулирования константными объектами объявлены с модификатором const.