【Effective C++】设计与声明

所谓软件设计，是“令软件做出你希望它做的事情”的步骤和做法，通常以颇为一般性的构想开始，最终演变成十足的细节，以允许特殊接口的开发，这些接口而后必须转换为C++声明式。本章将以接口开始讲解软件设计和声明，主要包括以下几个部分：

• 接口
• 类
• 参数
• 返回值
• 成员变量
• 成员函数

让接口容易被正确使用，不易被误用

1）用外覆类型来区分相同类型的参数

当接口的参数是一个类型时，客户可能会以错误的次序传递参数，比如以下表现日期的class设计构造函数：

class Date{
public:
    Date(int month, int day, int year);
    ...
}

导入外覆类型：

struct Day{
explicit Day(int d):val(d){}  //声明为explicit的构造函数不能在隐式转换中使用
int val;
};
struct Month{
explicit Month(int m):val(m){} //struct中有构造函数，第一次见
int val;
};
struct Year{
explicit Year(int y):val(y){}
int val;
};
class Date{
public:
    Date(int month, int day, int year);
    ...
}

Date d(30, 3, 1995); //错误！
Date d(Month(3), Day(30), Year(1995));

2） 限制类型内什么事可做，什么事不可做

常见的限制是加上const，比如以const修饰operate*的返回类型可以阻止客户因为用户自定义类型而犯错：

if(a*b=c)//原意其实是要做一次比较动作

如果a和b都是int，那么对a*b赋值并不合法，所以如果是你自定义的types，应该让你的types也有相同的表现。

3）提供行为一致性的接口

STL容器的接口十分一致，这使得它们非常容易被使用。比如每个STL容器都有一个名为size的成员函数，它会告诉调用者目前容器内有多少对象。

4）消除客户的资源管理责任

任何接口如果要求客户必须记得做某些事情，就是有着“不正确使用”的倾向，因为客户可能会忘记做那件事情。比如：

BaseCamera* createCamera();//简化了参数

客户需要删除指针，同时不能删除同一个指针超过一次。我们可以用智能指针shared_ptr，但客户忘记用智能指针怎么办？较佳接口的设计原则是先发制人，令工厂函数返回一个智能指针：

shared_ptr<BaseCamera> createCamera();

当指针引用次数为0时，会删掉指针，这不是我们想要的结果，需要指定指针的删除器为Close。我们可以先发制人，返回一个绑定删除器的shared_ptr。

shared_ptr<BaseCamera> createCamera(){
shared_ptr<BaseCamera> p(satic_cast<Basecamera*>(0), Close);//构造函数要求第一个参数必须是指针，所以利用cast转型。创建一个null shared_ptr指针，并指定删除器
p = ...; //使p指向正确对象
return p;
}

shared_ptr有一个很好的性质：它会自动使用它的“每个指针专属的删除器”，因而消除另一个潜在的客户作用：所谓的“cross-DLL problem”。这个问题发生于对象在dll中被new创建，在另一个dll中被delete销毁。在许多平台上，这一类“跨dll只new/delete成对运用”会导致运行期错误

设计class犹如设计type

C++就像在其他OOP(面向对象编程语言)一样，当你定义一个新class，也就定义了一个新type。身为C++程序员，你的许多时间主要用来扩张你的类型系统(type system)。这意味你并不只是class设计者，还是type设计者。重载(overloading)函数和操作符、控制内存的分配和归还、定义对象的初始化和终结…全都在你手上。因此你应该带着和“语言设计者当初设计语言内置类型时”一样的谨慎来研讨class的设计。

几乎每一个class都要求你面对如下的提问，你的回答往往导致你的设计规范:

(1) 新type的对象应该如何被创建和销毁？
这会影响到你的class的构造函数和析构函数以及内存分配函数和释放函数(operator new ,operator new[],operator delete和operator delete[]–见第8章)的设计，当然前提是如果你打算撰写它们。

(2)对象的初始化和对象的赋值该有什么样的差别？
这个答案决定你的构造函数和赋值(assignment)操作符的行为，以及其间的差异。很重要的是别混淆了“初始化”和“赋值”，因为它们对应于不同的函数调用。

(3)新type的对象如果被passed by value(以值传递)，意味着什么？
记住，copy构造函数用来定义一个type的pass-by-value该如何实现。

(4)什么是新type的“合法值”？
对class的成员变量而言，通常只有某些数值集是有效的。那些数值集决定你的class必须维护的约束条件(invariants)，也就决定了你的成员函数(特别是构造函数、赋值操作符合所谓“setter”函数)必须进行的错误检查工作。它也影响函数抛出的异常、以及(极少被使用的)函数异常明细列(exception specifications)。

(5)你的新type需要配合某个继承图系(inheritance graph)吗？
如果你继承自某些既有的classes,你就受到那些classes的设计的束缚，特别是收到“它们的函数是virtual 或non-virtual”的影响(见条款34和条款36)。如果你允许其他classes继承你的class，那会影响你所声明的函数-尤其是析构函数-是否为virtual(见条款7)。

(6)你的新type需要什么样的转换？
你的type生存与其他types之间，因而彼此该有转换行为吗?如果你希望允许类型T1之物被隐式转换为类型T2之物，就必须在class T1内写一个类型转换函数(operator T2)或在class T2内写一个non-explicit-one-argument(可被单一实参调用)的构造函数。如果你只允许explicit构造函数存在，就得写出专门负责执行转换的函数，且不得为类型转换操作符(type conversion operators)或non-explicit-one-argument构造函数。(条款15有隐式和显示转换函数的范例。)

(7)什么样的操作符和函数对此新type而言是合理的？
这个问题的答案决定将为你的class声明哪些函数。其中某些该是member函数，某些则否(见条款23,24,46)。

(8)什么样的标准函数应该驳回？
那些正是你必须声明为private者(见条款6)。

(9)谁该取用新type的成员？
这个提问可以帮助你决定哪个成员为public，哪个成员为protected，哪个为private.它也帮助你决定哪一个classes 和/或 functions应该是friends，以及将它们嵌套于另一个之内是否合理。

(10)什么是新type的“未声明接口”(undeclared interface)？
它对效率、异常安全性(见条款29)以及资源运用(例如多任务锁定和动态内存)提供何种保证？你在这些方面提供的保证将为你的class实现代码加上相应的约束条件。

(11)你的新type有多么一般化？
或许你其实并非定义一个新type，而是定义一整个types家族。果真如此你就不应该定义一个新class，而是应该定义一个新的class template.

(12)你真的需要一个新type吗？
如果只是定义新的derived class以便为既有的class添加机能，那么说不定单纯定义一或多个non-member函数或templates，更能够达到目标。

这些问题不容易回答，所以定义出高效的classes是一种挑战。然后如果能够设计至少像C++内置类型一样好的用户自定义(user-defined)classes，一切函数便都值得。