Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ - Скотт Майерс

В этой книге я часто обращаю внимание на различие между функциями и шаблонами функций, а также между классами и шаблонами классов. Это не случайно, ведь то, что справедливо для одного, часто справедливо и для другого. В ситуациях, когда это не так, я делаю различие между классами, функциями и шаблонами, из которых порождаются классы и функции.

Соглашения об именах

Я пытался выбирать осмысленные имена для объектов, классов, функций, шаблонов и т. п., но семантика некоторых придуманных мной имен может быть для вас неочевидна. Например, я часто использую для параметров имена lhs и rhs. Имеется в виду соответственно «левая часть» (left-hand side) и «правая часть» (right-hand side). Эти имена обычно употребляются в функциях, реализующих бинарные операторы, то есть operator== и operator*. Например, если a и b – объекты, представляющие рациональные числа, и если объекты класса Rational можно перемножать с помощью функции-нечлена operator*() (подобный случай описан в правиле 24), то выражение

a*b

эквивалентно вызову функции:

operator*(a, b);

В правиле 24 я объявляю operator* следующим образом:

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);

Как видите, левый операнд – a – внутри функции называется lhs, а правый – b – rhs.

Для функций-членов аргумент в левой части оператора представлен указателем this, а единственный оставшийся параметр я иногда называю rhs. Возможно, вы заметили это в объявлении некоторых функций-членов класса Widget в примерах выше. «Widget» не значит ничего. Это просто имя, которое я иногда использую для того, чтобы как-то назвать пример класса. Оно не имеет никакого отношения к элементам управления (виджетам), применяемым в графических интерфейсах (GUI).

Часто я именую указатели, следуя соглашению, с соответствии с которым указатель на объект типа T называется pt («pointer to T»). Вот некоторые примеры:

Widget *pw; // pw = указатель на Widget

class Airplane;

Airplane *pa; // pa = указатель на Airplane

class GameCharacter;

GameCharacter *pgc; // pgc = указатель на GameCharacter

Похожее соглашение применяется и для ссылок: rw может быть ссылкой на Widget, а ra – ссылкой на Airplane.

Иногда для именования функции-члена я использую имя mf.

Многопоточность

В самом языке C++ нет представления о потоках (threads), да и вообще о каких-либо механизмах параллельного исполнения. То же относится и к стандартной библиотеке C++. Иными словами, с точки зрения C++ многопоточных программ не существует.

Однако они есть. Хотя в этой книге я буду говорить преимущественно о стандартном, переносимом C++, но невозможно игнорировать тот факт, что безопасность относительно потоков – требование, с которым сталкиваются многие программисты. Признавая этот конфликт между стандартным C++ и реальностью, я буду отмечать те случаи, когда рассматриваемые конструкции могут вызвать проблемы при работе в многопоточной среде. Не надо думать, что эта книга научит вас многопоточному программированию на C++. Вовсе нет. Я рассматривал главным образом однопоточные приложения, но не игнорировал существование многопоточности и старался отмечать те случаи, когда программисты, пишущие многопоточные программы, должны следовать моим советам с осторожностью.

Если вы не знакомы с концепцией многопоточности и не интересуетесь этой темой, то можете не обращать внимания на относящиеся к ней замечания. В противном случае имейте в виду, что мои комментарии – не более, чем скромный намек на то, что необходимо знать, если вы собираетесь использовать C++ для написания многопоточных программ.

Библиотеки TR1 и Boost

Ссылки на библиотеки TR1 и Boost вы будете встречать на протяжении всей этой книги. Каждой из них посвящено отдельное правило (54 – TR1 и 55 – Boost), но, к сожалению, они находятся в самом конце книги. При желании можете прочесть их прямо сейчас, но если вы предпочитаете читать книгу по порядку, а не с конца, то следующие замечания помогут понять, о чем идет речь:

• TR1 ("Technical Report 1") – это спецификация новой функциональности, добавленной в стандартную библиотеку C++. Она оформлена в виде новых шаблонов классов и функций, предназначенных для реализации хэш-таблиц, «интеллектуальных» указателей с подсчетом ссылок, регулярных выражений и многого другого. Все компоненты TR1 находятся в пространстве имен tr1, которое вложено в пространство имен std.

• Boost – это организация и Web-сайт (http://boost.org), на котором предлагаются переносимые, тщательно проверенные библиотеки C++ с открытым исходным кодом. Большая часть TR1 базируется на работе, выполненной Boost, и до тех пор, пока поставщики компиляторов не включат TR1 в дистрибутивы C++, Web-сайт Boost будет оставаться для разработчиков главным источником реализаций TR1. Boost предоставляет больше, чем включено в TR1, однако в любом случае о нем полезно знать.

Глава 1

Приучайтесь к C++

Независимо от опыта программирования, для того чтобы освоиться с C++, потребуется некоторое время. Это мощный язык с очень широким диапазоном возможностей, но чтобы использовать их эффективно, нужно несколько изменить свой способ мышления. Книга как раз и призвана помочь вам в этом, но какие-то вопросы являются более важными, какие-то – менее, а эта глава посвящна самым важным вещам.

Правило 1: Относитесь к C++ как к конгломерату языков

Поначалу C++ был просто языком C с добавлением некоторых объектно-ориентированных средств. Даже первоначальное название C++ («C с классами») отражает эту связь.

По мере того как язык становился все более зрелым, он рос и развивался, в него включались идеи и стратегии программирования, выходящие за рамки C с классами. Исключения потребовали другого подхода к структурированию функций (см. правило 29). Шаблоны изменили наши представления о проектировании программ (см. правило 41), а библиотека STL определила подход к расширяемости, который никто ранее не мог себе представить.

Сегодня C++ – это язык программирования с несколькими парадигмами, поддерживающий процедурное, объектно-ориентированное, функциональное, обобщенное и метапрограммирование. Эти мощь и гибкость делают C++ несравненным инструментом, однако могут привести в замешательство. У любой рекомендации по «правильному применению» есть исключения. Как найти смысл в таком языке?

Лучше всего воспринимать C++ не как один язык, а как конгломерат взаимосвязанных языков. В пределах отдельного подъязыка правила достаточно просты, понятны и легко запоминаются. Однако когда вы переходите от одного подъязыка к другому, правила могут изменяться. Чтобы увидеть смысл в C++, вы должны распознавать его основные подъязыки. К счастью, их всего четыре:

• C. В глубине своей C++ все еще основан на C. Блоки, предложения, препроцессор, встроенные типы данных, массивы, указатели и т. п. – все это пришло из C. Во многих случаях C++ предоставляет для решения тех или иных задач более развитые механизмы, чем C (пример см. в правиле 2 – альтернатива препроцессору и 13 – применение объектов для управления ресурсами), но когда вы начнете работать с той частью C++, которая имеет аналоги в C, то поймете, что правила эффективного программирования отражают более ограниченный характер языка C: никаких шаблонов, никаких исключений, никакой перегрузки и т. д.

• Объектно-ориентированный C++. Эта часть C++ представляет то, чем был «C с классами», включая конструкторы и деструкторы, инкапсуляцию, наследование, полиморфизм, виртуальные функции (динамическое связывание) и т. д. Это та часть C++, к которой в наибольшей степени применимы классические правила объектно-ориентированного проектирования.

• C++ с шаблонами. Эта часть C++ называется обобщенным программированием, о ней большинство программистов знают мало. Шаблоны теперь пронизывают C++ снизу доверху, и признаком хорошего тона в программировании уже стало включение конструкций, немыслимых без шаблонов (например, см. правило 46 о преобразовании типов при вызовах шаблонных функций). Фактически шаблоны, благодаря своей мощи, породили совершенно новую парадигму программирования: метапрограммирование шаблонов (template metaprogramming – TMP). В правиле 48 представлен обзор TMP, но если вы не являетесь убежденным фанатиком шаблонов, у вас нет причин чрезмерно задумываться об этом. TMP не отнесешь к самым распространенным приемам программирования на C++.

• STL. STL – это, конечно, библиотека шаблонов, но очень специализированная. Принятые в ней соглашения относительно контейнеров, итераторов, алгоритмов и функциональных объектов великолепно сочетаются между собой, но шаблоны и библиотеки можно строить и по-другому. Работая с библиотекой STL, вы обязаны следовать ее соглашениям.

Помните об этих четырех подъязыках и не удивляйтесь, если попадете в ситуацию, когда соображения эффективности программирования потребуют от вас менять стратегию при переключении с одного подъязыка на другой. Например, для встроенных типов (в стиле C) передача параметров по значению в общем случае более эффективна, чем передача по ссылке, но если вы программируете в объектно-ориентированном стиле, то из-за наличия определенных пользователем конструкторов и деструкторов передача по ссылке на константу обычно становится более эффективной. В особенности это относится к подъязыку «C++ с шаблонами», потому что там вы обычно даже не знаете заранее типа объектов, с которыми имеете дело. Но вот вы перешли к использованию STL, и опять старое правило C о передаче по значению становится актуальным, потому что итераторы и функциональные объекты смоделированы через указатели C. (Подробно о выборе способа передачи параметров см. правило 20.)