工作中遇到的C++语言基础和常见错误

C++历史及标准

这里简单列一下

C++

发展进程中的几次重大事件以及我常使用的典型特性，各个标准支持的具体细节可参阅ISO标准文档。

• C With Classes

  ：支持C++基础语言特性，包括多态、异常处理、模板、命名空间等

• C++98

  ：STL、RTTI、模板、异常处理及其它标准库实现

• C++03

  ：修复C++98中的缺陷及支持TR1

• C++11

  ：auto、range-for、rvalue、lambda、shared_ptr、concurrent

• C++14

  ：变量模板、多态lambda及增强的库实现

• C++17

  ：折叠表达式、类模板实参推导

• C++20

  ：<=>、协程、概念

参数传递与返回值

• 避免产生临时变量导致冗余性能开销

int setupMVAudioStream(std::string path);                    // BAD
int setupMVAudioStream(std::string const& path);    // GOOD           

• 返回值为类对象时确定使用RVO特性

// 如果此时函数体实现编译器未使用RVO，则会出现冗余性能开销，BAD
std::list<MVStreamOption*> generateMVStreamList(std::list<MVStreamOption*> *optionList);

// 使用引用传递参数返回结果，不会出现冗余性能开销，GOOD
void generateMVStreamList(std::list<MVStreamOption*>& outList,
                          std::list<MVStreamOption*> *optionList);           

• 函数具有返回类型时需明确给出返回值，避免外部使用错误的返回值或者函数无法正常执行结束

int EditorService::updateRenderStreams(FileStreamList &streamList)
{
    // 执行一些操作，没有return语句或者存在多个可能无法执行到的非全局生存期return语句
    if (condition)
    {
        return -1;    // 当condition为false时不执行
    }
    // BAD
}

// 始终应该存在一个函数内全局生存期的return语句，避免其它非全局生存期的return语句未执行
int EditorService::updateRenderStreams(FileStreamList &streamList)
{
    // 执行一些操作，可能存在多个多生存期管理的return语句
    if (condition)
    {
        return -1;    // 当condition为false时不执行
    }
    return 0;    // GOOD
}           

• 返回类成员变量时应该返回引用或者常量引用或者指针

// BAD，调用unordered_map的拷贝构造函数导致额外性能开销
std::unordered_map<Node*, int> Node::GetActiveChildren()
{
    return mActiveChildren;
}

// GOOD，返回引用和常量引用，不会产生临时对象
std::unordered_map<Node*, int>& Node::GetActiveChildren()
{
    return mActiveChildren;
}
std::unordered_map<Node*, int> const& Node::GetActiveChildren() const
{
    return mActiveChildren;
}           

基类声明虚析构函数避免产生内存泄漏

struct Base {  // BAD: implicitly has a public nonvirtual destructor
    virtual void f();
};

struct D : Base {
    string s {"a resource needing cleanup"};
    ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
    // ...
};

void use()
{
    unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
    // ...
} // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more           

构造和析构函数中避免调用虚函数

class Base {
public:
    virtual void f() = 0;   // not implemented
    virtual void g();       // implemented with Base version
    virtual void h();       // implemented with Base version
};

class Derived : public Base {
public:
    void g() override;   // provide Derived implementation
    void h() final;      // provide Derived implementation

    Derived()
    {
        // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
        f();

        // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
        g();

        // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
        Derived::g();

        // ok, no qualification needed, h is final
        h();
    }
};           

优先使用初始化列表而不是赋值构造对象

class B {   // BAD
    string s1;
public:
    B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
    // ...
};

class C {   // UGLY, aka very bad
    int* p;
public:
    C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
    // ...
};

class D {   // Good
    string s1;
public:
    A(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
    // ...
};           

使用auto作为返回类型推导时增加cv修饰避免产生临时变量

std::unordered_map<Node*, int> const& Node::GetActiveChildren() const
{
    return mActiveChildren;
}

// BAD: 此时children类型实际为std::unordered_map<Node*, int>，退化为采用模板类型推导没有cv属性
auto children = node->GetActiveChildren();           

优先使用emplace接口替换push/insert提高性能

std::list<std::string> ls;
std::string s("abc");

ls.push_back(s);                        // BAD
ls.push_back(std::move(s));    // GOOD

ls.push_back("abc");                // GOOD
ls.emplace_back("abc");            // BETTER           

使用make_unique/make_shared构造智能指针管理对象

// Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
//
// 1. allocate memory for Foo,
// 2. construct Foo,
// 3. call bar,
// 4. construct unique_ptr<Foo>.
//
// If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory-allocated for it will leak.
f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());    // BAD

// Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
f(make_unique<Foo>(), bar());    // GOOD           

使用empty代码size判断STL容器是否为空

std::list<int> ls;
// ...

// BAD: 不同的STL标准实现稍有差异，比如Android下的list.size的时间复杂度为O(N)
if (ls.size() > 0)
{
    // ...
}

// GOOD：时间复杂度为O(1)
if (!ls.empty())
{
    // ...
}           

总结

C++有很多特性，上述只是列出了极小一部分使用过程中经常出现问题的一些用法，比如导致崩溃或者内存泄漏等，以及可以使用性能更高的一些建议，更多的用法将在后续逐渐总结出来。