C++程式設計規範整理(一)

1. 從頭說起

确定完代碼結構，打開編輯器，開始編寫C++的類時，首先要考慮采用class還是struct結構。然後要确定代碼結構，定義接口（純虛基類）、基類和子類之間的關系。接着最好完整地聲明構造函數、拷貝構造函數、析構函數和重載指派運算符。最後就是聲明成員變量和所需要的行為——成員函數。确定了這些，就可以開始編寫類的代碼邏輯了。

1.1. 繼承

繼承是OO中的重要特性，也是被廣泛“濫用”的特性，很多使用基類的情況僅僅隻是為了可以預設地使用某些方法（這種情況應該使用“接口”而不是繼承）。這不僅僅讓類的設計産生了不一緻的抽象，使使用者難以了解和使用。這種設計往往會産生緊耦合，對代碼的重用和重構帶來很大困難。

另外在使用繼承時，需要注意的是不要覆寫基類的非虛函數，這樣在動态綁定時，會導緻多态性失效，引起難以發現的Bug。

是以在使用繼承時，需要關注：

• 公開繼承的類，必須表示“is-a”的關系，禁止僅僅因為可以複用某些方法而使用承
• 對于不滿足“is-a”關系的兩個類，若要複用代碼，使用組合代替繼承
• 避免使用多重繼承，如果要進行多重實作繼承，考慮使用組合代替
• 派生類不允許覆寫基類中的非虛函數
• 建議使用公有繼承，慎用保護繼承和私有繼承

1.2. class還是struct

C++中對資料的包裝主要有兩種方式：class和struct。這兩種在文法上沒有很大的差別，隻有在預設成員的通路權限上存在差别（class預設為private，struct預設為public）。但是在C++中，struct是從C語言中借過來的概念，是以最好盡量的保持其語義與C語言中的一緻——資料集合。

是以在C++中，對于class還是struct的選擇最好遵從下列規則：

• 用struct封裝資料集合 ，公開定義資料成員，struct中一般不定義成員函數
• 用class封裝使用者的行為 ，不公開定義資料成員，class之間的資料互動通過成員函數進行

1.3. 構造函數做些什麼

構造函數，顧名思義就是對象建立時，構造對象基本資料的函數，它實作了對象的初始化過程。在設計構造函數時，可以遵循一個簡單的規則：對于已完成構造的對象，應該是即刻可用的。換句話說，構造函數都已經調用了，對象都構造完了，如果此時對象還不可用，那就是違背構造函數的語義的。

有很多實作采用init()函數來代替構造函數完成對象的初始化。但是額外增加的init()函數會大大增加類實作和使用的複雜性。構造函數在建立對象的時候被且僅被調用一次。為了保持該特性，如果使用init()函數來代替構造函數，則必須做到：

• 所有的成員函數都必須判斷init()函數是否被正确調用
• init()函數沒調用時，所有成員函數都必須傳回一個錯誤碼來明确訓示
• init()實作的過程中必須處理多次重複調用的情況，所有成員函數的消費者都必須檢查其傳回值等等

在設計構造函數時，如果需要構造的資料過于複雜，可以考慮用創造性設計模式将每個資料的構造分拆到多個類中。此外還需要注意的是，隻有當構造函數成功調用後，建立的對象才是合法對象，在釋放對象時，才會調用其析構函數。是以如果在調用構造函數的時候出現異常進而導緻構造過程退出時，必須自行釋放所有已配置設定的資源。

綜上所述，在設計和實作構造函數時，應該遵從一下原則：

• 構造函數能夠使對象進入一個一緻的狀态，是以在構造函數調用結束之後，對象應該是即刻可用的
• 構造函數隻負責初始化資料成員，避免在構造函數中實作過于複雜的業務邏輯。也要使用構造函數來完成複雜的工作
• 必須使用初始化清單來顯示初始化直接基類和所有資料成員
• 構造函數可以抛出異常，但是必須自行清理在之前構造過程中所占用的資源
• 在設計一個類時，盡量避免使用init()函數

1.4. 預設構造函數

預設構造函數是指沒有參數的構造函數。當程式員沒有顯示定義任何構造函數時，C++編譯器将為其自動生成一個預設構造函數。但是該構造函數的語義往往與程式員的期望不一緻。是以盡量不要使用編譯器生成的預設構造函數。顯示定義預設構造函數既能避免一些意想不到的錯誤，也使代碼具有更好的可讀性，同時也便于通過注釋向類消費者說明預設構造的對象狀态。是以在編寫類代碼時需要注意：

• 有預設語義的類，必須顯示定義其預設構造函數
• 沒有預設語義的類，必須顯示定義其他構造函數或者将預設構造函數聲明為private

1.5. 顯示構造函數

顯示構造函數的概念相對于隐式構造函數。所謂的隐式構造函數是指形如MyClass::MyClass(MyArg arg)的單參數構造函數。這種構造函數會定義MyArg類型到MyClass的隐式類型轉換，這可能會帶來很大的風險（輕則效率低，重則導緻不可意料的程式行為，且很難追查）。是以：

• 對于單參數的構造函數，除非是拷貝構造，或者的确希望提供隐式類型轉換功能（如類string，需要char*到string的隐式類型轉換），則必須對其進行顯示聲明（explicit關鍵字）
• 在極少數的确需要隐式轉換的情況下，可以隐式聲明單參數構造函數

1.6. 拷貝構造函數

拷貝構造函數是指形如MyClass::MyClass(const MyClass&)的構造函數。拷貝構造函數主要在對象拷貝時調用（是拷貝，區分于指派）。當程式員沒有聲明或定義任何構造函數時，編譯器會自動生成一個拷貝構造函數。

但事實上，有一些類是沒有拷貝的語義的（如托管資源的類，CFile）。此時則應該隐藏拷貝構造函數，以免發生使用者錯誤調用造成的資源洩漏、重複釋放等問題。而對于需要拷貝語義的類，編譯器提供的拷貝構造函數對指針類型進行了淺拷貝，這種政策顯然不是開發者想要看到的。

是以，對于拷貝構造函數需要有如下規定

• 沒有拷貝意義的類，必須将拷貝構造函數聲明為private，并不給實作
• 有拷貝意義的類，需要明确指定其拷貝行為（淺拷貝還是深拷貝）

1.7. 重載指派運算符

指派運算函數和拷貝構造類似，它會在對象作為左值時被調用。在程式員沒有重載指派運算符時，編譯器會自動生成一個預設的指派運算符函數。

是以，與拷貝構造函數類似，對于沒有指派意義的類（如托管資源的類），應當防止使用者錯誤調用而導緻資源洩漏、重複釋放等後果。由于預設的指派運算符函數對指針實作淺拷貝，是以對于有指派意義的類，尤其是包含指針成員變量的類，必須重載指派運算符函數。是以：

• 沒有指派意義的類必須private聲明複制指派函數并且不給出實作
• 有指派意義的類必須重載指派運算符，并小心指定其拷貝的行為（淺拷貝、深拷貝等）

1.8. 析構函數

析構函數負責對象銷毀時，做資源回收、清理資料等工作。當編寫代碼時沒有顯式定義析構函數，則編譯器會提供一個預設的析構函數。預設析構函數不會析構指針成員所指向的對象，更不會釋放其所占能存，是以這可能會導緻記憶體洩漏或資源句柄長期未釋放。另外若基類沒有将虛構函數聲明為虛函數，那麼delete pBaseClass操作時，不會調用子類的析構函數進而會産生不可預期的結果。

是以對于析構函數的定義和使用，必須遵循以下幾點：

• 若類定義了虛函數，必須定義虛析構函數
• 若類設計為可被繼承的，應該定義公開的虛析構函數或protected的非虛析構函數（不允許delete操作）
• 若類包含有指針成員，則必須顯示定義虛構函數，并在其中明确指明指針是否銷毀、如何銷毀
• 絕不允許讓異常離開析構函數
• 析構函數應該用于釋放資源，銷毀對象，避免執行複雜的操作，尤其避免執行可能失敗的操作
• 不繼承包含有非虛析構函數的類

1.9. 成員通路控制

通路控制是OO的封裝性中重要的概念。若類成員都用public/protected方式定義成員的通路控制，那麼類就完全地暴露在消費者或派生類之中，進而失去了通過重構優化代碼的能力，也失去了封裝性。是以适當的通路控制是必須的。

在類和類之間，資料成員的耦合性比成員函數要大。而且一旦将資料成員暴露在外，就難免會受到資料狀态一緻性的限制，這些是很難控制的。是以對于成員變量，需要盡量使用private限制。如需和外界進行資料互動，最好定義getter和setter來封裝。

對于靜态的成員變量，必須考慮到其線程安全性。是以盡量使用const來保護靜态成員變量，對于可變的，需要用getter和setter來進行保護。

是以，對于成員的通路控制，需要做到：

• 在滿足需求與接口完整性的前提下，必須為所有方法成員提供盡可能嚴格的通路控制
• 類不能定義public非靜态資料成員，不應該定義protected資料成員
• 類可以定義public靜态資料成員，但必須是const的。否則，應該通過靜态getter/setter通路，并通過文檔指定其是否線程安全

1.10. 成員聲明順序

在C++中，成員的聲明順序一般按照通路控制權限來管理，一般按照public、protected和private的先後順序來聲明。

1.11. 友元

友元是C++中的一個重要概念，它使得類與類之間的關系變得非常靈活，但是錯誤的使用友元也會導緻嚴重的錯誤。

友元的存在破壞了類的封裝性，增加了類與類之間的耦合性，這對于代碼結構的設計和實作都會帶來一些麻煩，是以應該盡量避免使用友元。

但是也存在着一些類，它們之間的确在語義上就存在着較強的耦合關系，在這種情況下可以使用友元（如容器和它的疊代器、類與涉及該類的運算符等等）。