《Effective C++》读书笔记
《Effective C++》读书笔记
之前看过一遍，不过草草了事。近日看了《深度探索C++对象模型》，想起《Effective C++》中的内容已经有些忘记了，所以重新温习一下。这篇笔记只挑选书中的一些重要内容进行记录。
条款07：为多态基类声明virtual析构函数
这一个条款几乎是面试中的高频问题，只需要回答，如果不将基类中的析构函数声明为虚函数，那么当我们通过基类指针删除派生类对象时，只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，这样就会导致派生类中的资源无法释放，即“局部销毁”，造成内存泄漏。可是，为什么会这样呢？以及为什么将析构函数声明为虚函数就可以解决这个问题呢？
让我们结合《深度探索C++对象模型》中的内容来解释这个问题。-我们知道C++通过虚拟机制实现多态，而在表现上，多态就是“以一个public base class的指针或者引用寻指出一个derived class object”的意思。因此通过基类指针调用函数时，编译器会检查该函数是否在虚表中出现，以将该调用替换成正确的形式。下面来讨论基类析构函数不是虚函数时，会发生什么。
基类析构函数不是虚函数
不展现多态：基类中无其它虚函数
这种情况下，派生类只是简单继承了基类，没有重写基类的任何函数，派生类对象中也不会有vptr。因此，当我们通过基类指针删除派生类对象时，只会调用基类的析构函数，派生类的析构函数不会被调用，这样就会导致派生类中的资源无法释放，即“局部销毁”，造成内存泄漏。
展现多态：基类中有其它虚函数
这种情况下，派生类重写了基类的某个虚函数，派生类对象中会有vptr，vptr指向派生类的虚表。而因为基类的析构函数不是虚函数，即其没有被重写，所以派生类的虚表中析构函数那一项指向的是基类的析构函数。“局部销毁”的情况同样会发生。
基类的析构函数是虚函数
那么如果基类的析构函数是虚函数，按照条款07，就不会发生“局部销毁”的情况，可是，为什么呢？直觉上，基类的析构函数为虚的话，按照虚拟机制的一般规则，基类指针会直接调用派生类的析构函数，析构掉派生类的资源，可是基类呢？为什么基类的数据成员也会被析构掉呢？
这里就要引入《深度探索C++对象模型》中的内容了。在《深度探索C++对象模型》中，作者介绍了析构语意学，提到了析构函数的扩展形式：
- destructor的函数本体首先被执行。
- 如果class拥有member class objects，而后者拥有destructors，那么它们会以其声明顺序的相反顺序被调用。
- 如果object内含一个vptr，那么首先重设（reset）相关的virtual table。
- 如果有任何直接的（上一层）nonvirtual base class拥有destructor，它们会以其声明顺序的相反顺序被调用。
- 如果有任何virtual base classes拥有destructor，而目前讨论的这个class是最尾端（most-derived）的class，那么它们会以其原来的构造顺序的相反顺序被调用。
即析构函数会被以该顺序进行扩展，生成一个完整的析构函数。因此，当我们通过基类指针删除派生类对象时，会按照上述顺序调用析构函数，即首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数，这样就可以保证派生类中的资源也会被释放。
下面是示例代码：
#include <cstdlib>
#include <iostream>
class Base {
public:
Base() {
_base_data = static_cast<char*>(malloc(100));
std::cout << "Base constructor" << std::endl;
}
virtual ~Base() {
free(_base_data);
_base_data = nullptr;
std::cout << "Base destructor" << std::endl;
}
private:
char* _base_data;
};
class Derived : public Base {
public:
Derived() {
_derived_data = static_cast<char*>(malloc(100));
std::cout << "Derived constructor" << std::endl;
}
virtual ~Derived() override {
free(_derived_data);
_derived_data = nullptr;
std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
}
private:
char* _derived_data;
};
int main() {
Base* base{new Derived()};
delete base;
return 0;
}
条款09：绝不在构造和析构过程中调用virtual函数
这个条款的内容也是面试中的高频问题，只需要回答，因为在构造和析构过程中，对象的类型是不断变化的，如果在这两个过程中调用虚函数，那么调用的是当前对象的虚函数，而不是最终对象的虚函数，这样就会导致错误的发生。
条款27：尽量少做转型动作
- const_cast通常被用来将对象的常量性转除（cast away the constness）。它也是唯一有此能力的C++-style转型操作符。
- dynamic_cast主要用来执行“安全向下转型”（safe downcasting），也就是用来决定某个对象是否归属继承体系中的某个类型。它是唯一无法由旧式语法执行的动作，也是唯一可能耗费重大运行成本的转型动作。将pointer-to-base转为pointer-to-derived。
- reinterpret_cast意图执行低级转型，实际动作（及结果）可能取决于编译器，这也就表示它不可移植。例如将一个pointer to int转型为一个int。这一类转型在低级代码以外很少见。
- static_cast用来强迫隐式转换（implicit conversions），例如将non-const对象转成const对象，或将int转为double等等。它也可以用来执行上述多种转型的反向转换，例如将void *指针转为typed指针，将pointer-to-derived转为pointer-to-base。但是它无法将const转为non-const——这个只有const_cast才能办到。
条款30：透彻了解inlining的里里外外
条款41：了解隐式接口编程和编译期多态
OOP中常见显示接口和运行期多态。
void doProcessing(Widget& w) {
if (w.size() > 10 && w != sameNastyWidget) {
Widget temp(w);
temp.normalize();
temp.swap(w);
}
}
- w必须支持Widget这个接口，我们可以在代码中找到这个接口，比如在widget.h中，可以看到它是什么样子，所以我们称其为显示接口。这个接口就是签名。
- 由于Widget的某些成员函数是virtual的，因此对这些函数的调用必须等到运行时才能确定，这就是运行期多态。
template <typename T>
void doProcessing(T& w) {
if (w.size() > 10 && w != sameNastyWidget) {
T temp(w);
temp.normalize();
temp.swap(w);
}
}
- w必须支持哪一种接口，系由template中执行于w身上的操作来决定的。本例来看w的类型T好像必须支持size、normalize和swap成员函数、copy构造函数、不等比较操作符。我们看不到T的定义，所以我们称其为隐式接口。
- 凡是涉及w的任何函数调用，都有可能造成该template的具现化（instantiated），使这些调用成功。这样的具现行为发生在编译期。“以不同的template参数具现化function templates”会导致调用不同的函数，这表示所谓的编译期多态（compile-time polymorphism）。
