efficient c++电子版

《高效C++》一书由Scott Meyers撰写，被誉为C++领域的经典之作，对于学习和精通C++语言具有重要的指导意义。本书不仅深入探讨了C++的语法特性，还提供了许多实用的编程技巧和最佳实践，帮助程序员提高代码质量和运行效率。 ### 重要知识点概述 #### 指针与引用的区别（ITEMM1） 在C++中，指针和引用都是用来处理内存地址的方式，但它们之间存在本质的区别。指针可以被重新赋值指向不同的对象，而引用则在初始化之后无法改变所引用的对象。此外，指针可以是空的，而引用必须始终引用一个合法的对象。理解和正确使用这两者的区别，是编写安全、高效C++代码的关键。 #### 尽量使用C++风格的类型转换（ITEMM2） 传统的C风格类型转换使用`（type）expression`的形式，这可能导致意外的结果。C++引入了四种类型的转换运算符：static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast，每种都有特定的用途和安全性检查。使用这些C++风格的转换可以提高代码的安全性和可读性。 #### 不要对数组使用多态（ITEMM3） 数组在C++中不支持多态性，即不能通过基类指针或引用访问派生类数组元素的方法。试图这样做会导致编译错误或运行时错误。理解这一限制并避免误用，是编写正确和高效的C++代码的重要部分。 #### 避免无用的缺省构造函数（ITEMM4） 缺省构造函数在类没有显式声明任何构造函数时，编译器会自动提供一个缺省构造函数。然而，在某些情况下，自动提供的缺省构造函数可能并不符合需求，比如当类中有私有成员或需要执行特定初始化时。程序员应该明确地声明自己的构造函数，即使它们看起来与缺省构造函数相同，这样可以确保控制类的实例化过程。 #### 谨慎定义类型转换函数（ITEMM5） C++允许用户定义类型转换运算符，但这种能力应谨慎使用。不当的类型转换可能会导致数据丢失或逻辑错误。理解何时以及如何使用类型转换运算符，是编写高质量C++代码的必要条件。 #### 自增/自减操作符前缀与后缀形式的区别（ITEMM6） C++中的自增和自减操作符有前缀和后缀两种形式，它们在行为上有所不同。前缀形式（如++i）先增加变量的值，然后使用新的值；而后缀形式（如i++）先使用变量的当前值，然后再增加变量的值。理解这两种形式的差异，并根据具体需求选择使用，可以避免代码中的潜在错误。 #### 不要重载“&&”，“||”，或“,”（ITEMM7） C++的逻辑运算符“&&”、“||”和逗号运算符“,”有特殊的意义，用于表达逻辑条件和顺序执行。重载这些运算符可能会导致混淆和错误的代码行为。除非有非常明确的理由，否则应避免重载这些运算符。 #### 理解各种不同含义的new和delete（ITEMM8） C++中的new和delete运算符用于动态内存管理。它们有不同的形式和含义，如new[]和delete[]用于数组，而new和delete用于单个对象。理解这些不同形式的正确使用方式，是避免内存泄漏和运行时错误的关键。 #### 使用析构函数防止资源泄漏（ITEMM9） 析构函数是在对象生命周期结束时自动调用的函数，用于释放对象占用的资源。合理地使用析构函数，可以确保所有资源在不再需要时得到释放，从而避免资源泄漏。 #### 在构造函数中防止资源泄漏（ITEMM10） 构造函数负责对象的初始化，包括分配必要的资源。如果构造过程中发生异常，未正确初始化的资源可能需要清理。通过使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则，可以在构造函数中安全地管理资源，即使发生异常也能确保资源被正确释放。 #### 禁止异常信息传递到析构函数外（ITEMM11） 析构函数不应抛出异常，因为它们在对象生命周期结束时调用，此时其他对象可能正在析构，抛出异常可能会导致程序状态的混乱。因此，析构函数应设计为不会抛出异常，或者确保在抛出异常时能够安全地恢复。 #### 理解“抛出一个异常”与“传递一个参数”或“调用一个虚函数”的差异（ITEMM12） 异常处理是C++中一种错误处理机制，与传统错误处理方法（如返回错误码或使用标志）不同。异常可以跨越多个函数调用边界传播，直到被捕获处理。理解异常与其他机制的区别，可以帮助程序员更有效地设计健壮的错误处理策略。 #### 通过引用捕获异常（ITEMM13） C++中的异常可以按值或按引用捕获。按引用捕获异常可以避免不必要的拷贝或移动，提高性能。然而，这也要求异常对象在整个异常处理过程中保持不变，否则可能会导致未定义的行为。 #### 审慎使用异常规格（ITEMM14） C++的异常规格允许程序员指定一个函数可能抛出的异常类型。虽然这可以增强类型安全性，但在实际编程中很少使用，因为它限制了异常处理的灵活性。程序员应根据具体情况判断是否使用异常规格。 #### 了解异常处理的系统开销（ITEMM15） 异常处理机制在提高程序健壯性的同时，也带来了额外的性能开销。理解异常处理的机制和成本，有助于程序员在设计系统时做出合理的权衡。 #### 牢记80-20准则（ITEMM16） 在软件工程中，80-20准则通常表示20%的代码负责执行80%的工作。这意味着优化工作的重点应该放在那些对性能影响最大的部分。理解并应用这一准则，可以帮助程序员更有效地提高代码的运行效率。 #### 考虑使用懒惰计算法（ITEMM17） 懒惰计算是一种优化技术，只有在真正需要时才进行计算。这可以避免不必要的计算，特别是在处理大型数据集或复杂计算时，可以显著提高性能。 #### 分期摊还期望的计算（ITEMM18） 分期摊还是一种算法分析技术，用于评估一系列操作的平均成本。在某些情况下，一次昂贵的操作可以通过后续的廉价操作来摊还，使得整个序列的平均成本较低。 #### 理解临时对象的来源（ITEMM19） 在C++中，临时对象是指在表达式中自动创建并在表达式结束后销毁的对象。理解临时对象的生命周期和创建原因，可以帮助程序员避免不必要的复制和性能损失。 #### 协助完成返回值优化（ITEMM20） 返回值优化（Return Value Optimization，RVO）是C++编译器的一种优化技术，用于避免在函数返回时创建临时对象。程序员可以通过使用移动构造函数和移动赋值运算符来支持RVO，从而提高代码效率。 #### 通过重载避免隐式类型转换（ITEMM21） 隐式类型转换可能导致代码难以阅读和维护，甚至引入错误。通过重载运算符或提供显式的转换函数，可以控制和限制类型转换，提高代码的清晰度和安全性。 #### 考虑用运算符的赋值形式取代其单独形式（ITEMM22） C++中的运算符重载允许程序员定义运算符的赋值形式（如+=、-=等）。使用赋值形式通常比单独形式（如+、-）更高效，因为它们可以避免不必要的临时对象创建。 #### 考虑变更程序库（ITEMM23） 选择合适的程序库对于提高代码质量和运行效率至关重要。不同的程序库可能在功能、性能和易用性方面存在差异，程序员应根据项目需求仔细选择。 #### 理解虚拟函数、多继承、虚基类和RTTI的代价（ITEMM24） C++的高级特性，如虚拟函数、多继承、虚基类和运行时类型识别（RTTI），虽然提供了强大的功能，但也带来了额外的运行时开销。理解这些特性的内部机制和成本，有助于程序员在使用时做出明智的选择。 #### 将构造函数和非成员函数虚拟化（ITEMM25） 通常构造函数和析构函数不是虚拟的，但如果需要在派生类中控制对象的创建和销毁，可以考虑将它们虚拟化。然而，这样做可能会导致一些问题，如对象的布局和初始化顺序的复杂性增加。 #### 限制某个类所能产生的对象数量（ITEMM26） 在某些应用场景中，可能需要限制某个类的实例数量，例如实现单例模式或多例模式。这可以通过在类中使用计数器或静态成员变量来实现。 #### 要求或禁止在堆中产生对象（ITEMM27） 在C++中，对象可以在栈或堆上分配。通过适当的设计，可以控制对象的分配位置，从而影响代码的性能和资源使用。 #### 灵巧（SMART）指针（ITEMM28） 智能指针是一类用于自动管理指针所指向的对象的生命周期的C++模板类。它们通过引用计数、所有权转移等机制，帮助程序员避免常见的内存管理错误，如内存泄漏和悬挂指针。 #### 引用计数（ITEMM29） 引用计数是智能指针实现自动内存管理的一种常见方法。每当一个智能指针被复制或赋值时，引用计数就会增加；当一个智能指针超出作用域或被显式销毁时，引用计数就会减少。当引用计数降至零时，对象会被自动删除。 #### 代理类（ITEMM30） 代理类是一种设计模式，用于封装对象的访问，提供额外的功能，如缓存、日志记录或权限控制。在C++中，代理类可以实现更复杂的资源管理策略。 #### 让函数根据一个以上的对象来决定怎么虚拟（ITEMM31） 在某些情况下，可能需要根据多个对象的状态来决定函数的行为。这可以通过使用模板元编程或策略模式来实现。 #### 未来时态下开发程序（ITEMM32） 这是一种开发哲学，意味着在设计和编码时考虑到未来的扩展性和可维护性。这要求程序员在当前编写代码时，考虑到未来可能的需求变化和技术发展。 #### 将非尾端类设计为抽象类（ITEMM33） 抽象类是一种包含至少一个纯虚函数的类，不能被实例化。将非尾端类（即不是叶节点类）设计为抽象类，可以强制子类实现特定的接口，提高代码的结构和可读性。 #### 如何在同一程序中混合使用C++和C（ITEMM34） C++兼容C，但两者之间存在语法和语义上的差异。在同一个程序中混合使用C++和C需要特别注意，以确保正确的链接和数据类型匹配。 #### 让自己习惯使用标准C++语言（ITEMM35） 标准C++提供了丰富的功能和工具，如STL容器和算法、异常处理、模板等。熟悉并使用标准库，不仅可以提高编程效率，还可以写出更通用和可移植的代码。 ### 结论 《高效C++》一书涵盖了C++编程的各个方面，从基础知识到高级主题，提供了大量实用的建议和示例。通过学习这本书，读者可以深入了解C++的特性和机制，掌握编写高效、健壯、可维护的C++代码的技巧。无论是初学者还是经验丰富的开发者，都能从这本书中获得宝贵的见解和启示。