設(shè)計class猶如設(shè)計type

新type的對象應(yīng)該如何被創(chuàng)建和銷毀？：這會影響到你的class的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)以及內(nèi)存分配函數(shù)和釋放函數(shù)的設(shè)計。

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對象的初始化和對象的賦值有什么樣的區(qū)別？這答案決定你的構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符的行為，以及其間的差異。很重要的是別混淆了“初始化”和“賦值”，因為它們對應(yīng)不同的函數(shù)調(diào)用。

新type的對象如果被passed by value（以值傳遞），意味著什么？記住，copy構(gòu)造函數(shù)用來定義一個type的pass-by-value該如何實現(xiàn)。

什么是新type的“合法值”？對于class的成員變量而言，通常只有某些數(shù)值集是有效的。那些數(shù)值決定了你的class必須維護的約束條件，也就決定了你的成員函數(shù)必須進行的錯誤檢查工作，它也影響函數(shù)拋出的異常、以及函數(shù)異常明細列。

你的新type需要配合某個繼承體系嗎？如果你繼承自某些既有的classes，你就受到那些classes的設(shè)計的束縛，特別是受到“它們的函數(shù)是virtual或non-virtual”的影響。如果你允許其他classes繼承你的class，那會影響你所聲明的函數(shù)--尤其是析構(gòu)函數(shù)，是否為virtual。

你的新type需要什么樣的轉(zhuǎn)換？如何你允許類型T1之物被隱式轉(zhuǎn)換為類型T2之物，就必須在class T1內(nèi)寫一個類型裝換函數(shù)或者在class T2內(nèi)寫一個non-expliccit-noe-argument(可被單一實參調(diào)用)的構(gòu)造函數(shù)。如果你允許explicit構(gòu)造函數(shù)存在，就得寫出專門負責執(zhí)行轉(zhuǎn)換的函數(shù)，且不得為類型轉(zhuǎn)換操作符或non-explicit-one-argument構(gòu)造函數(shù)。

什么樣的操作符合函數(shù)對此新type而言是合理的？這個取決于你將為你的class聲明哪些函數(shù)。

什么樣的標準函數(shù)應(yīng)該駁回？那些正是你必須聲明為private者。

誰該采用新type的成員？這個跟設(shè)計成員函數(shù)有關(guān)。你可以決定哪個成員為private，哪個為protected，哪個為private。

你的新type有多么一般化？或許你其實并非定義一個新type，而是定義一整個types家族。果真如此你就不應(yīng)該定義一個新class，而是定義一個新的class template。

你真的需要一個新的type嗎？如果只是定義新的派生類以便為既有的class添加機能，那么說不定單純定義一或多個非成員函數(shù)或模板，更能夠達到目標

寧以pass-by-reference-to-const替換pass-by-value

傳值調(diào)用會造成代碼執(zhí)行效率低

例如：

class Person
{
public:
    Person();
    virtual ~Person();
private:
    std::string name;
    std::string address;
};
 
class Student :public Person
{
public:
    Student();
    ~Student();
private:
    std::string schoolName;
    std::string schoolAddress;
};
 
bool validateStudent(Student s);


int main()
{
    Student plato;          //定義Student對象
    validateStudent(plato); //傳值調(diào)用
    return 0;
}

可以看下傳值過程中做了那些事情？

①執(zhí)行6次構(gòu)造函數(shù)：plato傳入進函數(shù)的時候，需要調(diào)用1次Student的構(gòu)造函數(shù)，Student構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行前需要先構(gòu)造Person ，因此還會調(diào)用1次Person類的構(gòu)造函數(shù)。Person和Student兩個類中共有4個string成員變量，因此還需要調(diào)用string的構(gòu)造函數(shù)4次
②執(zhí)行6次析構(gòu)函數(shù)：當函數(shù)執(zhí)行完成之后，傳入validateStudent函數(shù)中的plato副本還需要執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，那么執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)的時候分別要對應(yīng)執(zhí)行6次析構(gòu)函數(shù)（Student+Person+4個string成員變量）

改進：

這種傳遞方式的效率高得多:沒有任何構(gòu)造函數(shù)或析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用，因為沒有任何新對象被創(chuàng)建

以by reference方式傳遞參數(shù)也可以避免slicing(對象切割)問題

例如：

class Window
{
public:
    std::string name()const;
    virtual void display()const;
};
 
class WindowsWithScrollBars :public Window
{
public:
    virtual void display()const;
};
 
void printNameAndDisplay(Window w)
{
    std::cout<< w.name();
    w.display();
}

當執(zhí)行下面代碼時：

int main()
{
    WindowsWithScrollBars wwsb;
    printNameAndDisplay(wwsb);  //WindowsWithScrollBars對象會被截斷
    return 0;
}

因為printNameAndDisplay函數(shù)的參數(shù)為Window類型，所以即使我們傳入的是WindowsWithScrollBars類型的對象，那么這個對象會被截斷，只取WindowsWithScrollBars對象中屬于基類（Window）的內(nèi)容，然后傳遞給函數(shù)
因此被截斷之后，不論如何調(diào)用，printNameAndDisplay函數(shù)中調(diào)用的display函數(shù)總是Window的display虛函數(shù)，不會是WindowsWithScrollBars中的display虛函數(shù)。因為多態(tài)只會發(fā)生在基類指針/引用指向于派生類的情況下，此處沒有指針/引用

改進：

對于內(nèi)置類型建議傳值調(diào)用

C++編譯器的底層，是把引用以指針的形式實現(xiàn)，因此引用傳遞就是指針的傳遞

如果你使用的對象屬于內(nèi)置類型（例如int），內(nèi)置類型都相當小，傳值調(diào)用往往比引用傳遞的效率高些

這條規(guī)則在STL的迭代器和函數(shù)對象中都被廣泛引用

請記?。?/p>

1.盡量以pass-by-reference-to-const替換 pass-by-value。前者通常比較高效，并可避免切割問題(slicing problem)。
2. 以上規(guī)則并不適用于內(nèi)置類型，以及STL的迭代器和函數(shù)對象。對它們而言，pass-by-value往往比較適當。

必須返回對象時，別妄想返回其reference

自己要記住，任何時候看到一個reference聲明式，你都應(yīng)該立刻問自己,它的另一個名稱是什么？

看下面一段代碼：我們有一個用來變現(xiàn)有理數(shù)的class，內(nèi)含一個函數(shù)用來計算兩個有理數(shù)的乘積

下面的那一段代碼是合理的：

但如果返回值是引用，會存在什么問題呢？看下面的一些調(diào)用：

最后的那段代碼存在問題，期望“原本就存在一個其值為3/10的Rational對象”并不合理。如果operator*要返回一個reference指向如此數(shù)值，它必須自己創(chuàng)建那個Rational對象。

方案1：

stack 空間或在 heap空間創(chuàng)建對象，例如：

friend const Rational&
    operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    Rational result(lhs.n*rhs.n, lhs.d*rhs.d);
    return result; //雖然編譯器不報錯，但是邏輯上是錯誤的
}

原因：由于result是局部對象，函數(shù)結(jié)束之后局部對象（?？臻g）就釋放了，引起返回其引用是無效的，也就是說該函數(shù)返回了一個已經(jīng)無效的對象的引用。

friend const Rational&
    operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    Rational *result = new Rational(lhs.n*rhs.n, lhs.d*rhs.d);
    return *result;//雖然編譯器不報錯，但是邏輯上是錯誤的
}

Rational w, x, y, z;
w = x*y*z; //相當于operator*(operator*(x,y),z);

原因：在函數(shù)內(nèi)，我們在堆上申請了一個對象，然后返回對象的引用，雖然函數(shù)結(jié)束之后對象仍存在，我們使用起來不會出錯，但是這個函數(shù)內(nèi)部建立的對象我們無法釋放（因為我們無法獲取其指針，不能進行delete操作）。因此會造成內(nèi)存泄漏

方案2：返回一個靜態(tài)局部變量

例如：

friend const Rational&
    operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    static Rational result; //靜態(tài)局部變量
 
    //result=...; 將lhs乘以rhs，然后將結(jié)果保存在result中
 
    return *result; //雖然編譯器不報錯，但是邏輯上是錯誤的
}

再看下面的代碼：先不管多線程安全的問題

bool operator==(const Rational& lhs,const Rational& rhs);
int main()
{
    Rational a,b,c,d;
    //...
    if((a*b)==(c*d)){ //此if永遠為真，因為operator*返回的都是同一個對象的引用

    }
    else{
    }
}

表達式((a*b) =- (c*d))總是被核算為true，不論a, b, c和d的值是什么!

原因：在operator== 被調(diào)用前，已有兩個operator*調(diào)用式起作用，每一個都返回reference指向operator*內(nèi)部定義的static Rational對象。因此operator==被要求將“operator*內(nèi)的 static Rational對象值”拿來和“operator*內(nèi)的 staticRational對象值”比較，那么當我們每回調(diào)用operator*函數(shù)的時候，每回返回的都是同一個靜態(tài)局部變量的引用。

請記?。?/p>

絕不要返回pointer或reference指向一個local stack對象，或返回reference指向一個heap-allocated對象，或返回pointer或reference指向一個local static對象而有可能同時需要多個這樣的對象。

寧以non-member，non-friend替換member函數(shù)

象有個class用來表示網(wǎng)頁瀏覽器。這樣的 class可能提供的眾多函數(shù)中，有一些用來清除下載元素高速緩存區(qū)(cache of downloaded elements)、清除訪問過的URLs的歷史記錄等，例如：

許多用戶會想一整個執(zhí)行所有這些動作，因此webBrowser也提供這樣-一個函數(shù)：

那么是成員函數(shù)好還是非成員函數(shù)呢？

解釋：

1.提供non-member函數(shù)可允許對webBrowser 相關(guān)機能有較大的包裹彈性( packaging flexibility)，而那最終導致較低的編譯相依度，增加 webBrowser的可延伸性。如果某些東西被封裝，它就不再可見。愈多東西被封裝，愈少人可以看到它。而愈少人看到它，我們就有愈大的彈性去變化它。
2.第二件值得注意的事情是,只因在意封裝性而讓函數(shù)“成為class 的 non-member”，并不意味它“不可以是另一個class 的member”

namespace和 classes不同，前者可跨越多個源碼文件而后者不能。一個像webBrowser這樣的class可能擁有大量便利函數(shù)，某些與書簽(bookmarks>有關(guān)，某些與打印有關(guān)，分離它們的最直接做法就是將書簽相關(guān)便利函數(shù)聲明于一個頭文件，將cookie相關(guān)便利函數(shù)聲明于另一個頭文件，以此類推。

這正是C++標準程序庫的組織方式。

以此種方式切割機能并不適用于class成員函數(shù)，因為一個class必須整體定義，不能被分割為片片段段。一小部分。

將所有便利函數(shù)放在多個頭文件內(nèi)但隸屬同一個命名空間，意味客戶可以輕松擴展這一組便利函數(shù)。他們需要做的就是添加更多non-member non-friend函數(shù)到此命名空間內(nèi)。

請記住：

寧可拿non-member non-friend 函數(shù)替換member函數(shù)。這樣做可以增加封裝性、包裹彈性（packaging flexibility）和機能擴充性

若所有參數(shù)皆需類型轉(zhuǎn)換，請為此采用non-member函數(shù)

先看一段關(guān)于類型轉(zhuǎn)換的代碼：

如果這樣去使用代碼：

int main()
{
    Rational oneEighth(1, 8);
    Rational oneHalf(1, 2);
 
    Rational result = oneHalf*oneEighth;//正確
    result = result*oneEighth;          //正確
 
    return 0;
}

由于可以進行隱式的類型轉(zhuǎn)換，因此我們還可以進行下面的有理數(shù)相乘

int main()
{
    Rational oneHalf(1, 2);
 
    //2隱式轉(zhuǎn)換為Rational類型
    //然后下面代碼等價于result=oneHalf.operator*(2) 
    Rational result = oneHalf * 2; 
 
    return 0;
}

在上面的代碼中，編譯器知道你正傳遞一個int對象，但是operator*()需要的是Rational，因此它調(diào)用Rational構(gòu)造函數(shù)并賦予你所提供的int，就可以構(gòu)造出一個臨時的Rational對象,但是如果這樣使用：下面是錯誤的代碼

Rational oneHalf(1, 2);
 
   //代碼相當于2.operator*(oneHalf)
   Rational result = 2 * oneHalf; //錯誤

oneHalf是一個內(nèi)含operator*函數(shù)的class的對象，所以編譯器調(diào)用該函數(shù)。然而整數(shù)2 并沒有相應(yīng)的class，也就沒有operator*成員函數(shù)。編譯器也會嘗試尋找可被以下這般調(diào)用的non-member operator*（也就是在命名空間內(nèi)或在global作用域內(nèi)）:

從上面的例子我們可以看到，如果operator*()為成員函數(shù)，在某些情況下即使存在隱式轉(zhuǎn)換也不能成功執(zhí)行。只有當參數(shù)被列于參數(shù)列(parameter list）內(nèi)，這個參數(shù)才是隱式類型轉(zhuǎn)換的合格參與者。地位相當于“被調(diào)用之成員函數(shù)所隸屬的那個對象”—--即 this對象—一的那個隱喻參數(shù)，絕不是隱式轉(zhuǎn)換的合格參與者。

例如：

class Rational
{
public:
    Rational(int numerator = 0, int denominator = 1);
    int numerator()const;
    int denominator()const;
private:
    //...
};
 
const Rational operator*(const Rational& lhs,const Rational& rhs)
{
    return Rational(lhs.numerator()*rhs.numerator,
        lhs.denominator()*lhs.denominator());
}

那么下面的調(diào)用都是正確的：

int main()
{
    Rational oneEighth(1, 8);
    Rational oneHalf(1, 2);
 
    Rational result;
 
    result = oneHalf*oneEighth;
    result = result*oneEighth;    
 
    result = oneHalf * 2;
    result = 2 * oneHalf;
    result = 2 * oneHalf*2;
    result = oneHalf * 2 * oneHalf;
 
    return 0;
}

請記?。?/p>

1.如果你需要為某個函數(shù)的所有參數(shù)（包括被this這指針很所指的那個隱喻參數(shù)）進行類型轉(zhuǎn)換，那么這個函數(shù)必須是個non-member
2.如果一個函數(shù)不建議聲明為member版本，那么就將該函數(shù)聲明為non-member版本，而不是friend函數(shù)

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