改善程序设计技术的50个有效做法.ppt

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1、改善程序设计技术的 50个有效做法 第二版2002.3 Scott Meyers 侯 捷 译,如何完成较好的设计 如何避免常见的问题 如何提高效率的一些准则 不是放之四海而皆准的唯一真理,C+新标准新的类型bool,有两个值true, false. typedef int bool; const bool false=0; const bool true=1;,新的转型动作,static_cast(expression) /将表达式expression转为type类型 const_cast(expression) /将常数类型expression转为非常数类型 dynamic_cast(exp

2、ression) /安全向下转型 见39 reinterpret_cast(expression) /函数指针类型转换 不常用,1. 尽量以const和inline取代#define,#define 是一个宏，只能被预处理， 而不被编译，用它定义的常量甚至不被编 译器看见，因此不能发现使用中的错误。 用#define定义一个简单函数，必须为每一 个参数加上一个括号，容易造成错误。用 内联函数高效准确。,define ratio 1.653 /编译器看不见ratio，只看见1.653 /一旦出错，不会报告,const double ratio=1.653; const char* const n

3、ame=“Scott Meyers”; /字符串常量,In Class 常量,用静态变量 类内声明，类外定义。 class EngineerConstants private: static const double Factor; ; const double EngineerConstants:Factor=1.35;,2. 尽量以取代,scanf printf 函数 不能扩充用来输入输出 自定义类型的变量。 cinix; coutix； 可以扩展，方便得多,改变旧有的C习惯（shifting from C to C+） 尽量以const和inline取代#define #define 是

4、一个宏，只能被预处理，而不被编译，用它定义的常量甚至不被编译器看见，因此不能发现使用中的错误。 用#define定义一个简单函数，必须为每一个参数加上一个括号，容易造成错误。用内联函数高效准确。,3. 尽量以new和delete取代malloc和free,malloc 和free 不能调用构造函数，析构函数 new 和delete则可。 不能混用new delete malloc free 必要用C库函数时检查是否用到malloc 重新用new和delete改过。,4. 尽量使用C+风格的注释形式,/* */ 要保证成对出现，不小心错一大片。 / 好看好读 可以混合使用 当心！ define

5、light_speed 3e8 /m/sec(in a vacum),内存管理(memory management),new 隐式调用构造函数， delete 隐式调用析构函数， 可以重载operator new和operator delete. 不小心运用new 和delete会导致各种错误。,5. 使用相同形式的new和delete,string *a=new string10; delete a;/出错 delete a;/正确 string *b=new string; delete b;/出错 delete b;/正确,typedef string addresslines4;,st

6、ring *a=new addresslines; delete a;/出错 delete a;/正确 不要对数组类型用typedef, 不容易记住用哪一种delete,6. 记得在析构函数中以delete对付指针成员,如果类中有指针数据成员， 在每个构造函数中为指针成员配置内存，否则将它初始化为0（NULL指针）。 若构造函数中用new配置了内存，一定要 在析构函数中用delete释放 在赋值运算重载时要将原有指针的内存删除，重新分配内存。 要在析构函数中删除这个指针。,不要用delete删除一个未完成初始化的指针， 不要删除一个未分配内存的指针。 不要delete从一个类外面传来的指针。,

7、7. 为内存不足的状况预作准备,不能认为“检查内存是否分配成功” 是多此一 举。否则会出现严重后果。 必须建立一个错误处理策略。当operator new 无 法满足需求时，在抛出异常之前，会调用一个内 存不足处理函数new handler，这个函数由头文件提供。,typedef void (*new_handle)( );,new_handler set_new_handler(new_handler p)throw( ); new_handler是一个函数指针，无参, 无返回值。 函数set_new_handler用来配置new_handler， 参数和返回值都是函数指针，new_hand

8、ler类型。 它确定新的new_handler函数(参数)，保留旧的new_handler函数（返回）。,可以自定义新的new_handler函数， 用set_new_handler确认。,void nomoreMemory( ) cerr “Unable to satisfy for memeoryn” abort( );/exit int main( ) set_new_handler(nomoreMemory); int *pBigDataArray = new int100000000; 当operator new 无法配置10000000个整数空间 时，系统调用nomoreMemor

9、y，然后结束。,设计new_handler函数，令其完成如下任务：,- 让更多的内存可用。预留一块内存， new_handler第一次被调用时释放， 同时发出警告。 安装新的new_handler以取代自己。new_handler中调用C+标准库函数set_new_handler即可。 卸载这个new_handler，返回NULL指针，并抛出bad_alloc （或其继承）类型的异常。 直接调用abort或exit终止程序。,C+不支持class中专用的new_handler，但仍可以在一个class中重载operator new, 和set_new_handler函数，让它调用特定的new_

10、handler函数，而不用系统给出的全局new_handler。,class X public: static new_handler set_new_handler(new_handler p); static void* operator new(size_t siz); private: static new_handler currentHandler; ;,new_handler X:currentHandler;/初始化为0 new_handler X:set_new_handler(new_handler p) new_handler oldHandler = currentHa

11、ndler; /保留当前new_handler currentHandler = p;/再设置当前new_handler return oldHandler; ,void *X:operator new(size_t size), newHandler globalHandler= std:set_new_handler(currentHandler); /配置新new_handler 保存globalHandler void *memory; try memory = :oprator new(size); /试分配内存 catch(std:bad_alloc /调用一次特定处理方法，用毕恢

12、复,/应用,void nomoreMemory( ); X:set_new_handler(nomoreMemory); X *px1 = new X; /如果内存分配失败，调用nomoreMemory( ) string *ps = new string; /如果内存分配失败，调用globalHandler X: set_new_handler(0); X *px2 = new X; /如果内存分配失败，立即抛出异常,可以做一个混合风格基类 允许 “设定class专属new_handler”,template class NewHandlerSupport public: static ne

13、w_handler set_ new_handler(new_handler p); static void* operator new(size_t siz); private: static new_handler currentHandler; ;,template,new_handler NewHandlerSupport: set_new_handler(new_handler p) new_handler oldHandler = currentHandler;/保留当前new_handler currentHandler = p;/再设置当前new_handler return

14、oldHandler; ,template,void * NewHandlerSupport:operator new(size_t size) newHandler globalHandler= std:set_new_handler(currentHandler); /配置新new_handler 保存globalHandler void *memory; try memory = :oprator new(size); /试分配内存 catch(std:bad_alloc ,new_handler NewHandlerSupport :currentHandler; /初始化为0,cla

15、ss X : public NewHandlerSupport /不必声明set_new_handler和operator new 类X 不必改动原有的程序代码，就可以继续运作。,1993年前C+要求operator new在无法满足内存需 求时返回0，新标准则是抛出一个bad_alloc类型 异常。 失败便转为0的传统被保留为“nothrow”不抛出异 常。头文件中定义了一个nothrow对象 class Widget; Widget *pw1 = new Widget; /如果失败抛出std:bad_alloc异常 if(pw1=0)/无效 widget *wp2 = new(nothro

16、w) Widget; /如果失败，返回0 if(wp2=0)/有效,8. 撰写operator new和operator delete时 应遵守的公约,当你有必要重载operator new时，你的new函数的行为应该与系统原有的new函数的行为保持一致。 应该有正确的返回值：返回一个指针指向分配的内存。如果内存不足，抛出一个bad_alloc类型的异常。 不能覆盖系统原有的new函数。,/new 函数的伪码,void * operator new(size_t size) if(size=0)size=1; /将0内存需求，看成1内存需求，避免与无内存混淆 while(true)/无穷循环

17、直到内存被分配 或抛出异常 attempt to allocate size bytes; if(the allocation was successful) return (a pointer to the memory); new_handle globalHandle = set_new_handler(0) /利用NULL，找出目前的错误处理函数 set_new_handler(globalHandler); /重新设定为原本的函数 if(globalHandler) (*globalHandler)( ) else throw std:bad_alloc( ); ,无穷循环可以让更多

18、的内存可用， 或安装一个不同的new_handler， 或卸载new_handler， 或抛出一个异常， 或直接结束程序。,operator new 可以被继承， 但要小心,否则会导致问题,class Base public: static void*oprator new(size_t size); ； class Derived : public Base ；/导出类中没有operator new 函数 Derived *p = new Derived; /调用Base类中的operator new出错 这里导出类内存比基类要大。,改进的办法：,void *operator new(siz

19、e_t size) if(size != sizeof (Base) return : oprator new(size); /回到标准operator new函数 ,重写operator delete,void operator delete(void*rawMemory) if(rawMemory = 0)return; /与C+标准delete保持一致 Deallocate the memory pointed to by rawMemory; return; ,/member版,class Base public: static void *operator new(size_t si

20、ze); static void operator delete(void* rawMemory,size_t size); ,void Base:operator delete( void* rawMemory,size_t size); if(rawMemory =0)return; if(size!=sizeof(Base) /如果大小错误 : operator delete(rawMemory); /用标准版delete处理 return; deallocate the memory pointed to by rawmeMemory; return; ,9. 避免覆盖new的正规形式

21、,解决办法 (1) 再写的一个专用的operator new函数，让它支 持正规的new class X public: void f( ); static void* operator new(size_t size, new_handler p); static void* operator new(sise_t size) return :operator new(size); ;,X *p1=new (specialErrorHandler) X; /调用X: operator new(size_t size, new_handler p); X *p2=new X; /调用X: op

22、erator new(size_t size); (2) 为operator new的每一个参数提供默认值 （缺省值）,10. 如果写了一个operator new 不要忘记写一个operator delete,需要动态分配大量小额内存空间的应用程序， 有时需要重载operator new。 class AirplaneRep ; class Airplane public: private: AirplaneRep *rep; /唯一数据成员是指针 ;,Airplane *p=new Airplane; /要求内存不大,分配的内存比实际所需要的内存要大， 这是为了delete 这块内存时，系

23、统能知道其大小。,pa,为了节省内存需要定制内存管理。,定制内存管理。,class Airplane public: static void* operator new( size_t size); static void operator delete(void*deadObject, size_t size); private: union AirplaneRep *rep; Airplane *next; ;/两个指针公用一个内存 static const int BLOCK_SIZE; static Airplane * headOfFreeList; /用链表配置一片内存，整个类只须

24、一个链 ;,void* Airplane ：operator new( size_t size); if(size != sizeof(Airplane) return :operator new(size); Airplane *p= headOfFreeList; /p指向链表头 if(p) headOfFreeList = p-next; /表头后移, p可用 else Airplane *newBlock = static_cast(:operator new(BLOCK_SIZE*sizeof(Airplane); for(int i=1; iBLOCKSIZE-1;+i) /保留第

25、一块 newBlocki.next = ,只有当 :operator new失败时，这里的operator new 才失败。这时:operator new会调用new_handler直 到抛出异常，因此我们不需要再写一次new_handler处理 具体实现文件中要先对静态成员初始化, Airplane * Airplane:headOfFreeList; / headOfFreeList置0 const int Airplane:BLOCK_SIZE = 512; 这个版本的operator new 可以运作良好，速度快过两个数量级。,还要在Airplane类中写一个operator dele

26、te void Airplane:operator delete(void*deadObject, size_t size) if(deadObject=0) return; if(size !=sizeof(Airplane) :operator delete(deadObject); /与operator new处理保持一致 return; Airplane *carcass = static_cast(deadObject); carcass-next =headOfFreeList; HeadOfFreeList = carcass; ,如果没有定义相应的delete函数，而使用了原有

27、的delete, 结果会出现意想不到的错误，有时是严重的错误。 如果用member版本不要忘记定义virtual 析构函数。 这里的delete函数没有memory leak 问题。 这是因为用了memory pool 一次分配一块内存，逐步使用逐步释放， 不必再专门释放memory pool.,定义一个memory pool 类，使每一个pool对象都是一个内存配置器。,class Pool public: Pool(size_t n); void* alloc( size_t n);/为一个对象配置足够 /的内存遵循operator new的规矩 void free(void* p, si

28、ze_t n);/将p的内存送回 /pool遵循operator delete的规矩 pool( );/释放pool中所有内存 ;,用Pool 对象来配置内存，当被销毁时，配置的内存自动被释放。 于是memory leak 就可以避免。,class Airplane public: static void* operator new( size_t size); static void operator delete(void*p, size_t size); private: AirplaneRep *rep; static Pool memPool; /Airplane的memory po

29、ol ;,inline void Airline:operator new(size_t size) return memPool.alloc(size); inline void Airline:operator delete(void* p, size_t size) memPool.free(p, size); 为Airplane 的memPool初始化， 要放在Airplane 类实现的文件里 Pool Airplane:memPool(sizeof(Airplane);,构造函数、析构函数和赋值运算符,构造函数、析构函数和赋值运算用来产生一个新对象并初始化，撤销一个对象并收回占有的内

30、存，为已有的对象赋一个新值。 不能有错，必须将他们彻底搞清楚。,11. class内有成员指针并动态配置内存时，一定要有拷贝构造函数，赋值运算符重载,class String public: String(const char*value); String( ); /没有拷贝构造函数， /也没有赋值运算符重载 private: char*data; ;,String:String(const char *value) if(value) data = new charstrlen(value)+1; strcopy(data, value); else data = new char1; *d

31、ata = “0”; inline String:String( )delete data;,String a( “Hello” ); String b(“World” ); b = a;,Hello,World,a,b,data,data,由于没有自定义的赋值函数，只能用C+产生的默认赋值函数， 它简单地将b的成员指针data指向a.data,引起 字符串“World”占有的内存遗失。 而且a.data与b.data指向同一个内存，其中一个被析构时另一个就丢失了。,拷贝构造函数用来传值， void donothing(String la) String s= “the truth is ou

32、t of there”; donothing(s); 当函数donothing完成任务后，参数s所含的指针被析构，la被删除。 即便la不再使用，将来又一次析构la会造成问题。,解决的办法就是自己定义拷贝构造函数，赋值函数重载。 如果确信永不使用这些函数，把他们定义为私有函数，而且不实现。 一旦出错，编译器会给出错误提示。,12构造函数中尽量以初始化代替赋值,一个类中的const成员数据和reference引用数据只能被初始化，不能被赋值。 即便没有const成员数据和reference引用数据，初始化也比赋值效率高。 构造函数分两个阶段实现： 1. 数据成员初始化。 2. 调用构造函数。 数

33、据成员赋值要调用构造函数，再调用赋值函数，做两次调用影响效率。 初始化也容易维护，修改。,有一种例外： 一个类内有大量数据成员时，赋值比初始化效率高。,class ManyDataMbs public: ManyDataMbs（） ManyDataMbs（const ManyDataMbs,void ManyDataMbs:init( ) a=b=c=d=e=f=g=h=1; i=j=k=l=m=0; ManyDataMbs:ManyDataMbs( ) init( ); ManyDataMbs：ManyDataMbs(const ManyDataMbs ,静态数据成员static class

34、 member不应该在构造函数中初始化。 静态数据成员只能初始化一次，不能初始化多次。,12. 数据成员初始化的次序应该和类内声明的次序相同,template class Array /有上下界的数组 public: Array(int lowBound, int highBound); private: vector data; /数组数据存储于一个vector对象data中 size_t size; /数组中元素的个数 int lBound, hBound; /上下界 ；,template Array:Array(int lowBound, int highBound) : size(hi

35、ghBound-lowBound+1), lBound(lowBound), hBound(highBound), data(size) 实际初始化中，data先被初始化，然后 size, lBound, hBound. 这样数组中，究竟有多少个元素无法确定。 基类成员总是比导出类先初始化。多重继承时初始化的先后次序要十分小心。,14. 总是让基类拥有虚析构函数,一个军事应用软件 class EnemyTarget public: EnemyTarget( )+ numTargets; EnemyTarget(const EnemyTarget /静态成员初始化为0，放在类外,class En

36、emyTank : public EnemyTarget public: EnemyTank ( )+ numTanks; EnemyTank (const EnemyTank /敌方坦克计数器 ；,EnemyTarget *targetPtr = new EnemyTank; delete targetPtr; /未定义，计数出错，影响战斗胜败 解决办法，把EnemyTarget类中的析构函数定义为virtual即可。 几乎所有的基类都有虚函数，只要有一个虚函数，就要把析构函数定义为虚函数。 没有虚函数的类，有继承派生类对象析构，也要定义虚析构函数。 但虚函数会增加内存开销。完全不必要时不要

37、用虚析构函数。 声明一个抽象类，可以加一个纯虚析构函数。,15. 让operator=返回*this的引用reference,C语言中operator= 的原型 C z.operator=的返回值是y.operator=的实参。他们应该有相同的类型。 但不要让operator=返回void类型，const类型,Strin,16. 在operator=中为所有的数据成员赋值,基类中这不成问题，在派生类中要小心。 正确的赋值运算 Derived ,Derived 拷贝构造函数中要调用基类构造函数。 用第一种方法,在operator=中检查是否“自己赋值给自己”,class X; X a; X /自

38、己赋值给自己 合法 在赋值函数中要特别谨慎的处理自己的别名赋值给自己的问题。,提高效率 先做检查，一发现自己赋值给自己立即返回。导出类的赋值运算重载中一定要先检查，可以节省许多工作 确保正确性 赋值运算通常要先将左边对象的资源释放，再行赋值。如果有自己赋值给自己的现象，这个资源可能丢失，不可挽回了。,如何判断两个对象是同一个对象？ 不是对象的内容相同，而是看他们的地址是否相同。 X aliasing问题不限于赋值运算内，只要用到指针或引用，就可能出现。这时我们就要当心，不要误删了有用的资源。,类和函数的设计和申明,设计一个高效率的类型（class 型别）， 必须先回答下列问题 对象如何产生和销

39、毁？ 确定构造函数和析构函数的设计。 对象的初始化和赋值有什么不同？ 决定构造函数和赋值函数的设计。 对象如何传值 决定拷贝构造函数的设计,确定合法的范围 成员数据的定义域 确定做什么检查，何时抛出异常 判断是否能从已有的类继承 如果能继承，注意受基类哪些约束，哪些要用虚函数。 允许那种类型转换 构造函数可以用作隐式类型转换，显式类型转换要自定义。,新类型需要哪些运算和函数 确定class的接口。 哪些运算和函数必须禁用 放到private成员中。 新类型的对象可调用哪些函数 确定公有成员函数，保护成员函数， 私有成员函数。 是否通用类型 确定是否要用类模板,18努力让接口完满（complet

40、e）且最小化,客户端接口（client interface）指公有成员，一般只有公有函数，不要有公有数据。 完满接口 允许客户做合理要求的任意事情。 最小化接口 尽量让函数个数最少。不能有功能重叠的函数。太多函数不容易被理解，不易维护，浪费资源。,如果增加一个函数，使新类型更方便使用，就可以增加。 T /传回数组的一个元素，可读，不可写,19区分成员函数、非成员函数 和友元函数,成员函数可以动态绑定，可以用virtual 非成员函数不能用virtual， 非成员函数能不做友元尽量不做友元函数。 非成员函数要调用类中私有数据成员或私有函数，则一定要声明为友元。 不要让operaor成为类的成员函

41、数, 必要时作友元。 要让函数式左边对象做类型转换，就不能做成员函数。,例子 class complex complex operator*(complex rhs)const; private: float x, y; ; complex a(1,2),b(1.5,4); a=a*b;/正确 a=a*2;/可以 a=2*a;/出错 只能声明为非成员函数 const complex operator*(const complex,20避免将数据成员设置为公有数据,让公有成员都是函数，可以保持一致性。 将数据成员声明为私有成员或保护成员，可以确保数据的安全。,21尽可能使用const,使用con

42、st可以让编译器知道某值不能改变，编译器会确保这个条件不会被改变。 const char* p; /指针，指向常值字符串 char* const p;/常指针，指向固定地址，地址内字符串不一定是常量 const char* const p;/ 常指针，指向固定地址，内置常字符串 const chr *p; char const *p; /意义相同,函数中const 可以修饰传回值，参数，成员函数时甚至可以修饰整个函数。,函数返回值用 const， 可以改善函数的安全性，和效率。 T a2=b；/正确,const T /正确 a2=b；/错误,const complex operator*(co

43、nst complex /不允许,参数用const 可以保证参数值不变，让编译器作检查。 const成员函数保证this指针不变。 class A public: int length( )const; private: int size; ； int A:length( )const if(size0)return 0; /错误 不能改变任何数据成员 return size; ,新C+标准 新增保留字 mutable class A public: int length( )const; private: mutable int size;/可以在任何地点被改动， /即使在const成员函数

44、中 ； int A:length( )const if(size0)return 0; /正确 return size; ,22尽量使用引用参数传址 pass by reference,拷贝构造函数用来传值pass by value， 为函数的参数传值， 为函数的返回值传值。 传值要占用许多资源。,class Person public: Person( ); Person( ); private: string name, address; ;,class student ： public Person public: student( ); student( ); private: str

45、ing schoolname,schoolAddress; ; student returnstudent(student s) return s; student plato; returnstudent(plato);,函数调用中copy构造函数被调用两次，将plato传给参数s, 再将函数值返回，析构函数调用两次，析构s,析构函数返回值。 更有甚者，基类Person 的构造函数也要调用两次。student对象中两个string数据对象要构造，基类Person中两个string数据对象也要构造，plato给s构造四次, 返回传值构造四次 总共调用12次构造函数，当然还有12次析构函数要调用

46、。,免除这些不当成本，改用引用参数传址by reference const student 引用参数传址by reference 不调用任何构造函数析构函数。 虚函数的引用参数是基类时，实际传入派生类对象时可以调用派生类的函数。 传值参数没有这样的功能。 引用参数要注意别名（aliasing）问题。,23当你必须传回objebct(传值)时不要传址(引用）,尽可能让事情简单，但不要过于简单。 A.Einstein 尽可能让事情有效率，但不要过于有效率。 C+ 函数必须传回一个对象，就不要传址不要返回引用。 不能传回一个不存在的地址，不能传回函数中产生的局部对象的地址。,const comple

47、x operator*(const complex ,& 错误。返回值地址指向局部对象，与局部对象同名，运算执行完毕，局部对象被析构，返回值指向一个不存在的地址。,const complex 指针temp被析构，内存已丢失。,const complex 如何析构这几个operator*中间产生的temp指针呢？,24函数重载和参数缺省之间，谨慎抉择,函数重载和参数缺省之间容易引起混淆。 如果可以选择一个合理的默认值，并且只需要一种算法，最好使用缺省参数。 否则使用重载函数。,例：求五个整数的最大值 #include int max(int a, int b=std:numeric_limits

48、:min( ), int c=std:numeric_limits:min( ), int d=std:numeric_limits:min( ), int e=std:numeric_limits:min( ),) int temp=ab?a:b; int temp=tempc? temp:c; int temp= temp d? temp:d int temp= temp e? temp:e; ,使用max函数对两个参数，三个参数，直至五个参数都有效。 但是，计算平均数就找不到合适的默认值，只好重载。 一般，构造函数和拷贝构造函数的算法不同，需要重载。,25避免对指针类型和数值类型进行重载,void f(int x); void f(s