Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ
Шрифт:
Леор Золман в ходе рецензирования рукописи проверил все примеры кода на различных компиляторах, а затем сделал это еще раз, после того как я внес изменения. Если какие-то ошибки остались, за них несу ответственность я, а не Леор.
Карл Вигерс и особенно Тим Джонсон написали краткий, но полезный текст для обложки.
Джон Вэйт, редактор первых двух изданий этой книги, неосмотрительно согласился снова поработать в этом качестве. Его помощница, Дениз Микельсен, неизменно отвечала приятной улыбкой на мои частые и докучливые замечания (по крайней мере, мне так кажется, хотя лично я никогда с ней не встречался). Джулия Нахил «вытащила короткую соломинку», ей пришлось отвечать за производство этой книги. В течение шести недель она сидела ночами, чтобы выдержать график, не теряя при этом хладнокровия. Джон Фуллер (ее начальник) и Марти Рабинович (его начальница) также принимали непосредственное участие в процессе подготовки издания. Официальные обязанности Ванессы Мур
В течение нескольких месяцев, пока я работал над рукописью, телевизионный сериал «Баффи – убийца вампиров» помогал мне снять стресс в конце дня. Потребовалось немало усилий, чтобы изгнать говорок Баффи со страниц этой книги.
Кэти Рид учила меня программированию в 1971 году, и я рад, что мы остаемся друзьями по сей день. Дональд Френч нанял меня и Моисея Лежтера для разработки учебных материалов по C++ в 1989 году (что заставило меня действительно изучить C++), а в 1991 году он привлек меня к презентации их на компьютере Stratus. Тогда студенты подвигли меня написать то, что впоследствии стало первой редакцией этой книги. Дон также познакомил меня с Джоном Вайтом, который согласился опубликовать ее.
Моя жена, Нэнси Л. Урбано, продолжает поощрять мое писательство, даже после семи изданных книг, адаптации их для CD и диссертации. Она обладает невероятным терпением. Без нее я бы никогда не смог сделать то, что сделал.
От начала до конца наша собака Персефона была моим бескорыстным компаньоном. К сожалению, в большей части проекта она участвовала, уже находясь в погребальной урне. Нам ее очень не хватает.
Предисловие
Я написал первый вариант книги «Эффективное использование C++» в 1991 г. Когда в 1997 г. настало время для второго издания, я существенно обновил материал, но, не желая смутить читателей, знакомых с первым изданием, постарался сохранить существующую структуру: 48 из оригинальных 50 правил остались по сути неизменными. Если сравнивать книгу с домом, то второе издание было похоже на косметический ремонт – переклейку обоев, окраску в другие цвета и замену осветительных приборов.
В третьем издании я решился на гораздо большее. (Был момент, когда хотелось перестроить заново все, начиная с фундамента.) Язык C++ с 1991 года изменился очень сильно, и цели этой книги – выявить все наиболее важное и представить в виде компактного сборника рекомендаций – уже не отвечал набору правил, сформулированных 15 лет назад. В 1991 году было резонно предполагать, что на язык С++ переходят программисты, имеющие опыт работы с С. Теперь же к ним с равной вероятностью можно отнести и тех, кто раньше писал на языках Java или C#. В 1991 году наследование и объектно-ориентированное программирование были чем-то новым для большинства программистов. Теперь же это – хорошо известные концепции, а областями, в разъяснении которых люди нуждаются в большей степени, стали исключения, шаблоны и обобщенное программирование теми. В 1991 году никто не слышал о паттернах проектирования. Теперь без их упоминания вообще трудно обсуждать программные системы. В 1991 году работа над формальным стандартом C++ только начиналась, теперь этому стандарту уже 8 лет, и ведется работа над следующей версией.
Чтобы учесть все эти изменения, я решил начать с чистого листа и спросил себя: «Какие советы стоит дать практикующим программистам C++ в 2005 году?» В результате и появился набор правил, включенных в новое издание. Эта книга включает новые главы по программированию с применением шаблонов и управлению ресурсами. Фактически шаблоны красной нитью проходят через весть текст, поскольку мало что в современном C++ обходится без них. В книгу включен также материал по программированию при наличии исключений, паттернам проектирования и новым библиотечным средствам, описанным в документе «Technical Report 1» (TR1) (этот документ рассматривается в правиле 54). Признается также тот факт, что подходы и методы, которые хорошо работают в однопоточных системах, могут быть неприменимы к многопоточным. Больше половины материалов этого издания – новые темы. Однако значительная часть основополагающей информации из второго издания остается актуальной, поэтому я нашел способ в той или иной форме повторить ее (соответствие между правилами второго и третьего изданий вы найдете в приложении B).
Я старался по мере сил сделать эту книгу максимально полезной, но, конечно, не считаю ее безупречной. Если вам покажется, что какие-то из приведенных правил нельзя считать универсально применимыми,
что есть лучший способ решить сформулированную задачу либо что обсуждение некоторых технических вопросов недостаточно ясно, неполно, может ввести в заблуждение, пожалуйста, сообщите мне. Если вы обнаружите ошибки любого рода – технические, грамматические, типографские, – любые, – напишите мне и об этом. При выпуске следующего тиража я с удовольствием упомяну каждого, кто обратит мое внимание на какую-то проблему.Несмотря на то что в новом издании количество правил увеличено до 55, конечно, нельзя сказать, что рассмотрены все и всяческие вопросы. Но сформулировать набор таких правил, которых следует придерживаться почти во всех приложениях почти всегда, труднее, чем может показаться на первый взгляд. Если у вас есть предложения по поводу того, что стоило бы включить еще, я с удовольствием их рассмотрю.
Начиная с момента выхода в свет первого издания этой книги, я вел перечень изменений, в котором отражены исправления ошибок, уточнения и технические обновления. Он доступен на Web-странице «Effective C++ Errata» по адресуЕсли вы хотите получать уведомления при обновлении этого перечня, присоединяйтесь к моему списку рассылки. Я использую его для того, чтобы делать объявления, которые, вероятно, заинтересуют людей, следящих за моей профессиональной деятельностью. Подробности см. на http://aristeia.com/MailingList.
Скотт Дуглас Мэйерс
http://aristeia.com/
Стаффорд, Орегон, апрель 2005
Введение
Одно дело – изучать фундаментальные основы языка, и совсем другое – учиться проектировать и реализовывать эффективные программы. В особенности это касается C++, известного необычайно широкими возможностями и выразительностью. Работа на C++ при правильном его использовании способна доставить удовольствие. Самые разные проекты могут получить непосредственное выражение и эффективную реализацию. Тщательно выбранный и грамотно реализованный набор классов, функций и шаблонов поможет сделать программу простой, интуитивно понятной, эффективной и практически не содержащей ошибок. При наличии определенных навыков написание эффективных программ на C++ – совсем не трудное дело. Однако при неразумном использовании C++ может давать непонятный, сложный в сопровождении и попросту неправильный код.
Цель этой книги – показать вам, как применять C++ эффективно. Я исхожу из того, что вы уже знакомы с C++ как языком программирования, а также имеете некоторый опыт работы с ним. Я предлагаю вашему вниманию рекомендации по применению этого языка, следование которым позволит сделать ваши программы понятными, простыми в сопровождении, переносимыми, расширяемыми, эффективными и работающими в соответствии с ожиданиями.
Предлагаемые советы можно разделить на две категории: общая стратегия проектирования и практическое использование отдельных языковых конструкций. Обсуждение вопросов проектирования призвано помочь вам сделать выбор между различными подходами к решению той или иной задачи на C++. Что выбрать: наследование или шаблоны? Открытое или закрытое наследование? Закрытое наследование или композицию? Функции-члены или свободные функции? Передачу по значению или по ссылке? Важно принять правильное решение с самого начала, поскольку последствия неудачного выбора могут никак не проявляться, пока не станет слишком поздно, а переделывать будет трудно, долго и дорого.
Даже когда вы точно знаете, что хотите сделать, добиться желаемых результатов бывает нелегко. Значение какого типа должен возвращать оператор присваивания? Когда деструктор должен быть виртуальным? Как себя ведет оператор new, если не может найти достаточно памяти? Исключительно важно проработать подобные детали, поскольку иначе вы почти наверняка столкнетесь с неожиданным и даже необъяснимым поведением программы. Эта книга поможет вам избежать подобных ситуаций.
Конечно, эту книгу сложно назвать полным руководством по C++. Скорее, это коллекция их 55 советов (или правил), как улучшить ваши программы и проекты. Каждый параграф более или менее независим от остальных, но в большинстве есть перекрестные ссылки. Лучше всего читать эту книгу, начав с того правила, которое вас наиболее интересует, а затем следовать по ссылкам, чтобы посмотреть, куда они вас приведут.
Эта книга также не является введением в C++. В главе 2, например, я рассказываю о правильной реализации конструкторов, деструкторов и операторов присваивания, но при этом предполагаю, что вы уже знаете, что эти функции делают и как они объявляются. На эту тему существует множество книг по C++.
Цель этой книги – выделить те аспекты программирования на C++, которым часто не уделяют должного внимания. В других книгах описывают различные части языка. Здесь же рассказывается, как их комбинировать между собой для получения эффективных программ. В других изданиях говорится о том, как заставить программу откомпилироваться. А эта книга – о том, как избежать проблем, которых компилятор не в состоянии обнаружить.