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

В то же время настоящая книга ограничивается только стандартным C++. Здесь используются лишь те средства языка, которые описаны в официальном стандарте. Переносимость – ключевой вопрос для этой книги, поэтому если вы ищете платформенно-зависимые трюки, обратитесь к другим изданиям.

Не найдете вы в этой книге и «Евангелия от C++» – единственно верного пути к идеальной программе на C++. Каждое правило – это рекомендация по тому или иному аспекту: как отыскать более удачный дизайн, как избежать типичных ошибок, как достичь максимальной эффективности, но ни один из пунктов не является универсально применимым. Проектирование и разработка программного обеспечения – это сложная задача, на которую оказывают влияние ограничения аппаратного обеспечения, операционной системы и приложений, поэтому лучшее, что я могу сделать, – это представить рекомендации по повышению качества программ.

Если вы систематически будете следовать всем рекомендациям, то маловероятно, что столкнетесь с наиболее частыми ловушками, подстерегающими вас в С++, но из любого правила есть исключения. Вот почему в каждом правиле приводятся пояснения. Они-то и составляют самую важную часть книги. Только поняв, что лежит в основе того или иного правила, вы сможете решить, насколько оно соответствует вашей программе с присущими только ей ограничениями.

Лучший способ использования этой книги – постичь тайны поведения C++, понять, почему он ведет себя именно так, а не иначе, и использовать его поведение в своих целях. Слепое применение на практике всех приведенных правил совершенно неуместно, но в то же время не стоит без особых на то причин поступать вопреки этим советам.

Терминология

Существует небольшой словарик C++, которым должен владеть каждый программист. Следующие термины достаточно важны, поэтому имеет смысл убедиться, что мы понимаем их одинаково.

Объявление (declaration) сообщает компилятору имя и тип чего-либо, опуская некоторые детали. Объявления выглядят так:

extern int x; // объявление объекта
std::size_t numDigits(int number); // объявление функции
class Widget; // объявление класса
template<typename T> // объявление шаблона
class GraphNode; // (см. правило 42 о том, что такое «typename»

Заметьте, что я называю целое число x «объектом», несмотря на то что это переменная встроенного типа. Некоторые люди под «объектами» понимают только переменные пользовательских типов, но я не принадлежу к их числу. Также отметим, что функция numDigits возвращает тип std::size_t, то есть тип size_t из пространства имен std. Это то пространство имен, в котором находится почти все из стандартной библиотеки C++. Однако, поскольку стандартная библиотека C (точнее говоря, С89) также может быть использована в программе на C++, символы, унаследованные от C (такие как size_t), могут существовать в глобальном контексте, внутри std, либо в обоих местах, в зависимости от того, какие заголовочные файлы были включены директивой #include. В этой книге я предполагаю, что с помощью #include включаются заголовочные файлы C++. Вот почему я употребляю std::size_t, а не просто size_t. Когда я упоминаю компоненты стандартной библиотеки вне текста программы, то обычно опускаю ссылку на std, полагая, что вы знаете, что такие вещи, как size_t, vector и cout, находятся в пространстве имен std. В примерах же программ я всегда включаю std, потому что в противном случае код не скомпилируется.

Кстати, size_t – это всего-навсего определенный директивой typedef синоним для некоторых беззнаковых типов, которые в C++ используются для разного рода счетчиков (например, количества символов в строках типа char*, количества элементов в контейнерах STL и т. п.). Это также тип, принимаемый функциями operator[] в векторах (vector), деках (deque) и строках (string). Этому соглашению мы будем следовать и при определении наших собственных функций operator[] в правиле 3.

В любом объявлении функции указывается ее сигнатура, то есть типы параметров и возвращаемого значения. Можно сказать, что сигнатура функции – это ее тип. Так, сигнатурой функции numDigits является std::size_t(int), иными словами, это «функция, принимающая int и возвращающая std::size_t». Официальное определение «сигнатуры» в C++ не включает тип возвращаемого функцией значения, но в этой книге нам будет удобно считать, что он все же является частью сигнатуры.

Определение (definition) сообщает компилятору детали, которые опущены в объявлении. Для объекта определение – это то место, где компилятор выделяет для него память. Для функции или шаблона функции определение содержит тело функции. В определении класса или шаблона класса перечисляются его члены:

int x; // определение объекта
std::size_t numDigits(int number) // определение функции
{ // (эта функция возвращает количество
std::size_t digitsSoFar = 1; // десятичных знаков в своем параметре)
while((number /= 10) != 0) ++digitsSoFar;
return digitsSoFar;
}
class Widget { // определение класса
public:
Widget;
~Widget;
...
};
template<typename T> // определение шаблона
class GraphNode {
public:
GraphNode;
~GraphNode;
...
};

Инициализация (initialization) – это процесс присваивания объекту начального значения. Для объектов пользовательских типов инициализация выполняется конструкторами. Конструктор по умолчанию (default constructor) – это конструктор, который может быть вызван без аргументов. Такой конструктор либо не имеет параметров вовсе, либо имеет значение по умолчанию для каждого параметра:

class A {
public:
A; // конструктор по умолчанию
};
class B {
public:
explicit B(int x = 0; bool b = true); // конструктор по умолчанию,
}; // см. далее объяснение
// ключевого слова “explicit”
class C {

public:

explicit C(int x); // это не конструктор по
// умолчанию
};

Конструкторы классов B и C объявлены в ключевым словом explicit (явный). Это предотвращает их использование для неявных преобразований типов, хотя не запрещает применения, если преобразование указано явно:

void doSomething(B bObject); // функция принимает объект типа B
B bObj1; // объект типа B
doSomething(bObj1); // нормально, B передается doSomething
B bObj(28); // нормально, создает B из целого 28
// (параметр bool по умолчанию true)
doSomething(28); // ошибка! doSomething принимает B,
// а не int, и не существует неявного
// преобразования из int в B
doSomething(B(28)); // нормально, используется конструктор
// B для явного преобразования (приведения)
// int в B (см. в правиле 27 информацию
// о приведении типов)

Конструкторы, объявленные как explicit, обычно более предпочтительны, потому что предотвращают выполнение компиляторами неявных преобразований типа (часто нежелательных). Если нет основательной причины для использования конструкторов в неявных преобразованиях типов, я всегда объявляю их explicit. Советую и вам придерживаться того же принципа.