高质量c/c++编程

第 11 章 其它编程经验 11.1 使用 const 提高函数的健壮性 看到 const 关键字，C++程序员首先想到的可能是 const 常量。这可不是良好的条件 反射。如果只知道用 const 定义常量，那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。const 更大的 魅力是它可以修饰函数的参数、返回值，甚至函数的定义体。 const 是 constant 的缩写，“恒定不变”的意思。被 const 修饰的东西都受到强制保 护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。所以很多 C++程序设计书籍建议：“Use const whenever you need”。 11.1.1 用 const 修饰函数的参数 如果参数作输出用，不论它是什么数据类型，也不论它采用“指针传递”还是“引 用传递”，都不能加 const 修饰，否则该参数将失去输出功能。 const 只能修饰输入参数： 如果输入参数采用“指针传递”，那么加 const 修饰可以防止意外地改动该指针， 起到保护作用。 例如 StringCopy 函数： void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource); 其中 strSource 是输入参数，strDestination 是输出参数。给 strSource 加上 const 修饰后，如果函数体内的语句试图改动 strSource 的内容，编译器将指出错误。 如果输入参数采用“值传递”，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该 输入参数本来就无需保护，所以不要加 const 修饰。 例如不要将函数 void Func1(int x) 写成 void Func1(const int x)。同理不要将 函数 void Func2(A a) 写成 void Func2(const A a)。其中 A 为用户自定义的数据类型。 对于非内部数据类型的参数而言，象 void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比 较底。因为函数体内将产生 A 类型的临时对象用于复制参数 a，而临时对象的构造、 复制、析构过程都将消耗时间。 为了提高效率，可以将函数声明改为 void Func(A &a)，因为“引用传递”仅借用 一下参数的别名而已，不需要产生临时对象。但是函数 void Func(A &a) 存在一个缺点： “引用传递”有可能改变参数 a，这是我们不期望的。解决这个问题很容易，加 const 修饰即可，因此函数最终成为 void Func(const A &a)。 以此类推，是否应将 void Func(int x) 改写为 void Func(const int &x)，以便 提高效率？完全没有必要，因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程，而复制 也非常快，“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。 问题是如此的缠绵，我只好将“const &”修饰输入参数的用法总结一下，如表 11-1-1 2001 Page 82 of 101  高质量 C++/C 编程指南，v 1.0 所示。 对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const 引用传 递”，目的是提高效率。例如将 void Func(A a) 改为 void Func(const A &a)。 对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const 引用传递”。 否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如 void Func(int x) 不 应该改为 void Func(const int &x)。 表 11-1-1 “const &”修饰输入参数的规则 11.1.2 用 const 修饰函数的返回值 如果给以“指针传递”方式的函数返回值加 const 修饰，那么函数返回值（即指针） 的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加 const 修饰的同类型指针。 例如函数 const char * GetString(void); 如下语句将出现编译错误： char *str = GetString(); 正确的用法是 const char *str = GetString(); 如果函数返回值采用“值传递方式”，由于函数会把返回值复制到外部临时的存储 单元中，加 const 修饰没有任何价值。 例如不要把函数 int GetInt(void) 写成 const int GetInt(void)。 同理不要把函数 A GetA(void) 写成 const A GetA(void)，其中 A 为用户自定义的 数据类型。 如果返回值不是内部数据类型，将函数 A GetA(void) 改写为 const A & GetA(void) 的确能提高效率。但此时千万千万要小心，一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的 “拷贝”还是仅返回“别名”就可以了，否则程序会出错。见 6.2 节“返回值的规则”。 函数返回值采用“引用传递”的场合并不多，这种方式一般只出现在类的赋值函数 中，目的是为了实现链式表达。 例如 class A {… A & operate = (const A &other); // 赋值函数 }; A a, b, c; // a, b, c 为 A 的对象 … a = b = c; // 正常的链式赋值 2001 Page 83 of 101  高质量 C++/C 编程指南，v 1.0 (a = b) = c; // 不正常的链式赋值，但合法 如果将赋值函数的返回值加 const 修饰，那么该返回值的内容不允许被改动。上例 中，语句 a = b = c 仍然正确，但是语句 (a = b) = c 则是非法的。 11.1.3 const 成员函数 任何不会修改数据成员的函数都应该声明为 const 类型。如果在编写 const 成员函 数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其它非 const 成员函数，编译器将指出错误， 这无疑会提高程序的健壮性。 以下程序中，类 stack 的成员函数 GetCount 仅用于计数，从逻辑上讲 GetCount 应 当为 const 函数。编译器将指出 GetCount 函数中的错误。 class Stack { public: void Push(int elem); int Pop(void); int GetCount(void) const; // const 成员函数 private: int m_num; int m_data[100]; }; int Stack::GetCount(void) const { ++ m_num; // 编译错误，企图修改数据成员 m_num Pop(); // 编译错误，企图调用非 const 函数 return m_num; } const 成员函数的声明看起来怪怪的：const 关键字只能放在函数声明的尾部，大 概是因为其它地方都已经被占用了。 11.2 提高程序的效率 程序的时间效率是指运行速度，空间效率是指程序占用内存或者外存的状况。 全局效率是指站在整个系统的角度上考虑的效率，局部效率是指站在模块或函数角 度上考虑的效率。 【规则 11-2-1】不要一味地追求程序的效率，应当在满足正确性、可靠性、健壮性、 可读性等质量因素的前提下，设法提高程序的效率。 2001 Page 84 of 101  高质量 C++/C 编程指南，v 1.0 【规则 11-2-2】以提高程序的全局效率为主，提高局部效率为辅。 【规则 11-2-3】在优化程序的效率时，应当先找出限制效率的“瓶颈”，不要在无关 紧要之处优化。 【规则 11-2-4】先优化数据结构和算法，再优化执行代码。 【规则 11-2-5】有时候时间效率和空间效率可能对立，此时应当分析那个更重要， 作出适当的折衷。例如多花费一些内存来提高性能。 【规则 11-2-6】不要追求紧凑的代码，因为紧凑的代码并不能产生高效的机器码。 11.3 一些有益的建议 【建议 11-3-1】当心那些视觉上不易分辨的操作符发生书写错误。 我们经常会把“＝＝”误写成“＝”，象“||”、“&&”、“<=”、“>=”这类符号也很 容易发生“丢 1”失误。然而编译器却不一定能自动指出这类错误。 【建议 11-3-2】变量（指针、数组）被创建之后应当及时把它们初始化，以防止把 未被初始化的变量当成右值使用。 【建议 11-3-3】当心变量的初值、缺省值错误，或者精度不够。 【建议 11-3-4】当心数据类型转换发生错误。尽量使用显式的数据类型转换（让人 们知道发生了什么事），避免让编译器轻悄悄地进行隐式的数据类型转换。 【建议 11-3-5】当心变量发生上溢或下溢，数组的下标越界。 【建议 11-3-6】当心忘记编写错误处理程序，当心错误处理程序本身有误。 【建议 11-3-7】当心文件 I/O 有错误。 【建议 11-3-8】避免编写技巧性很高代码。 【建议 11-3-9】不要设计面面俱到、非常灵活的数据结构。 【建议 11-3-10】如果原有的代码质量比较好，尽量复用它。但是不要修补很差劲的 代码，应当重新编写。 2001 Page 85 of 101  高质量 C++/C 编程指南，v 1.0 【建议 11-3-11】尽量使用标准库函数，不要“发明”已经存在的库函数。 【建议 11-3-12】尽量不要使用与具体硬件或软件环境关系密切的变量。 【建议 11-3-13】把编译器的选择项设置为最严格状态。 【建议 11-3-14】如果可能的话，使用 PC-Lint、LogiScope 等工具进行代码审查。 2001 Page 86 of 101  高质量 C++/C 编程指南，v 1.0 参考文献 [Cline] Marshal