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More Effective C++

Basics

reference & pointer

• reference 必定有值，pointer 可以为空
• reference 声明时必须定义，必须初始化
• reference 无需测试有效性，pointer 必须测试是否为 null
• reference 可以更改指向对象的值，但是无法指向其他对象，pointer 可以指向其他对象

cast

• c 转型：（type）expr
• c++ 转型：cast（expr）
  • static：just like c 转型，无类型检查
  • dynamic：base-》derived，有类型检查
  • reinterpret：二进制重新解释，受制于编译期平台
  • const：amend costness or volatileness

polymorphically array

• 使用base array pointer处理derived array，会导致未定义行为

default constructor

• 贸然提供default constructor需要在运行时测试是否值有效
• 缺乏default constructor会带来束缚
  • 无法创建对象数组，只能创建指针数组
  • 可以使用 placement new 创建对象数组，显式使用析构函数的 placement delete删除
    • 使用 delete 删除 placement new 创建的对象会导致未定义行为

Operators

implicit conversion

• 单参数构造函数（或其余参数有默认值）
• 隐式类型转换操作符
• 隐式类型转换导致难以发现的问题：
  • 构造函数标记为 explicit
  • 定义显式类型转换：asType（）
  • 只能进行一次隐式转换，多次类型转换不会有问题

increment/decrement & prefix/postfix

• 【++i，累加后取出】：clazz& operator++()
  • 返回引用，允许++++i
• 【i++，取出后累加】：const clazz operator++(clazz)
  • 额外参数区分，参数不得使用
  • 返回const，不允许i++++
  • 为了使得逻辑一致，用increment prefix来实现increment postfix

override &&、||、,

• 重载&&、||导致问题：
  • &&、||，条件满足/不满足会提前终止
  • 重载后，左右式作为函数参数都会被执行
• 重载，导致问题：
  • 逗号表达式，先求解左式，再求解右式，值为右式
  • 重载后，函数无法保证执行顺序

new, operator new, placement new, delete, operator delete, []

• new：无法重载，operator new + constructor + placement new
• operator new：重载分配内存的行为
  • void * operator new（size_t）
• placement new：重载在指定内存上构建对象
  • void * operator new（size_t， void* location）
• delete：destructor + operator delete
  • placement new 分配的内存无法通过 operator delete 删除
    • 显式析构 + 分配内存对应的方式删除
      • new->delete
      • malloc->free

Exceptions

• 程序运行出错时设置状态变量或返回错误码，无法保证异常被程序处理，程序可能会异常运行；而抛出异常如果未进行捕获，程序便会立刻终止。

delete in destructor

• 将资源分配在对象内，在析构函数中删除内存
• 析构函数必然会被调用，防止因为异常产生未删除内存

exceptions in constructor

• 构造函数异常，部分构造的对象不会自动析构
  • 将所有成员变量视为RAII对象，使用shared_ptr

exceptions in destructor

• 使用uncaught_exception判断析构函数时候正有一个exception在作用中
• 正在处理异常的析构函数抛出未捕获的异常，会导致程序终止
• 不应该让析构函数抛出异常，析构函数应该是异常安全的

stack unwinding

C++异常处理，栈展开机制：

1. 异常被抛出
2. 当前作用域，搜索异常处理程序catch块
3. 未搜索到，销毁该作用域内的局部对象
   1. 调用析构函数出现异常，程序终止，std::terminate
4. 退出当前作用域，继续搜索上一级作用域
5. 未处理异常，std::terminate，std::abort，生成核心转储文件

catch exceptions param pass

• 处理异常和函数传参的区别
  • 异常永远会被复制，因为异常处理程序超出函数调用作用域
    • 按值捕获，复制两次，传参一次，复制一次
    • 引用捕获，复制一次
  • 不发生隐式类型转换，仅能发生继承类型转换
  • 异常按catch的顺序处理，没有最优类型匹配
    • 子类异常应该写在基类异常的前面，否则不会被处理

catch exceptions by reference

• catch by pointer：无法判断是否应该删除资源
• catch by value：子类异常由基类捕获会导致对象切割，仅剩下基类行为
• catch by reference：推荐使用，且仅复制一次

exception specifications

• 在定义中指定函数可能抛出的异常
  • 未指定则表明可能抛出任何异常
  • 指定noexcept表明不会抛出任何异常
• 抛出未定义异常会导致unexpected函数调用
  • unexpected的默认行为是调用terminate
  • 可以使用set_unexpected自定义处理行为
• 可以提供额外的异常定义说明，但是违反说明的异常会直接导致程序终止

exception handling cost

• 异常处理会使得程序效率下降5%~10%

Efficiency

80-20 rule

• 80%的资源被20%的代码占用，不仅需要大幅优化代码，更重要的是找到那20%的瓶颈
• 不根据经验和直觉，而是使用profiler来分析那20%代码

lazy evaluation

• 如果计算不是绝对必要，使用lazy evaluation替代eager evaluation

over-eager evaluation

• cache：缓存已计算的值
• prefetch：预先从磁盘读取可能访问的值，每次读取磁盘多于请求量的值

avoid temporary

• 临时对象≠局部对象，临时对象是没有名字的栈对象
  • 函数传参，隐式类型转换
    • by value：隐式转换为临时对象
    • by const reference：隐式转换为临时对象
    • by non-const reference：隐式转化无法被触发，因为对临时对象的修改无法反馈会引用对象，因此编译报错
  • 函数返回值
    • 使用+=替代+
    • 返回值优化RVO

return value optimize

• 直接返回构造函数，避免临时对象的生成

overload to avoid implicit type conversions

• 使用函数重载来避免没有函数重载时的隐式类型转换

supply += and +

• 操作符+=往往比+有更高的效率
• 重载操作符的时候提供+=版本

third party library

• 相同功能的第三方库，在性能方面，可能会有不同的设计，和不同的效率偏重

inherit cost

• virtual functions：
  • 每个class包含一个虚函数表
  • 每个对象包含一个虚函数表的指针
  • virtual 函数无法 inline，因为 inline 需要在编译期复制函数调用，而 virtual 需要运行期才能确定调用函数
• multiple inheritance & virtual base classes
  • 菱形继承需要virtual base class，额外的指针开销
• runtime type identification，RTTI
  • typeid获取class相应的type_info，需要额外的指针指向type_info
  • 可以在虚函数表中添加指向type_info的指针

Techniques

virtual constructor & non-member function

• virtual constructor
  • factory function 根据参数生成不同的子类
• virtual copy constructor
  • 每个子类添加虚函数clone调用拷贝构造函数
• virtual non-member function
  • 每个子类添加虚函数实现具体操作
  • non-member function inline化，调用相应虚函数

limit class instance count

• 关键资源有限，其对应的类示例数目也有限
  • 零或一：单例模式
  • n：在构造函数中添加static示例计数，使用make函数显式构造，防止隐式构造增加计数

fore constructor in/out of heap

• in heap：对象有自杀能力，delete删除内存
• out of heap：对象不会造成内存泄漏
• 重载：
  • static void * operator new（size_t）
  • static void operator delete（void *）

smart pointers

• 智能指针无法在子类和基类之间转换，需要借助于隐式类型转换操作符

reference count

• 多数对象共享少数的实值，实值的产生和删除成本高，使用引用计数来记录共享对象的个数，在引用计数为零时删除

proxy class

• 表示一个观念上不存在的对象
  • 实现[][]重载，proxy对象为Array1D

multi virtual function

• 根据多个子类的类型判断调用的函数
  • func(base*, base*)
    • 虚函数+RTTI，运行时类型辨识
    • 虚函数重载
    • 自行实现虚函数表

Miscellany