C++编程提升技巧：指针、引用与高效实践

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《More Effective C++简体中文版》是一本由Scott Meyers撰写并由侯捷担任译序和导读的专业IT书籍，专注于提升C++编程实践中的效率和效果。本书分为多个部分，每个"ITEM"探讨了关键的编程原则和最佳实践。 1. 指针与引用的区别（ITEM M1）：这一章节强调了指针和引用在C++中的不同特性。指针是间接访问内存地址的变量，可以被重新赋值指向其他内存区域；而引用则是对已有对象的别名，一旦引用被初始化，就不能改变引用的对象。理解两者在内存管理和语义上的差异有助于编写更清晰、安全的代码。 2. C++风格的类型转换（ITEM M2）：提倡使用标准的C++类型转换方式，如静态_cast、dynamic_cast和const_cast，以避免潜在的错误和提高代码可读性。这涉及到避免隐式类型转换可能导致的不易察觉问题。 3. 避免对数组使用多态（ITEM M3）：讲解了在设计时应避免将数组作为多态的基类，因为这可能导致难以理解和维护的代码。多态通常更适合于类的实例，而非数据结构。 4. 其他议题包括： - 避免无用的缺省构造函数（ITEM M4），强调了构造函数的必要性和如何确保对象正确初始化。 - 运算符重载的注意事项，如类型转换函数的定义（ITEM M5）、操作符前后缀形式的差异（ITEM M6）以及特定运算符的慎用（ITEM M7-M8）。 - 异常处理的最佳实践，如资源管理（ITEM M9-11）、异常传递的控制（ITEM M12）和异常捕捉（ITEM M13）。 - 提高代码效率的方法，如遵循80/20原则（ITEM M16）、懒惰计算（ITEM M17）、优化计算成本（ITEM M18）、临时对象的理解（ITEM M19）等。 - 技巧（Techniques，idioms或patterns）部分，涵盖了更多高级编程技术，如返回值优化（ITEM M20）、运算符重载的策略（ITEM M21）、以及对库的选择和调整（ITEM M23）。《More Effective C++简体中文版》不仅提供了实用的编程建议，还深入解析了C++语言的细节，旨在帮助读者写出更高效、可读性强且健壮的C++代码。通过阅读这本书，程序员能够掌握关键的编程习惯和优化技巧，从而提升自身的编程能力。

delete [] array;

}

BalancedBST *balTreeArray = // 建立一个 BalancedBST 对象数组

new BalancedBST[50];

...

deleteArray(cout, balTreeArray); // 记录这个删除操作

这里面也掩藏着你看不到的指针算法。当一个数组被删除时，每一个数组元素的析构函

数也会被调用。当编译器遇到这样的代码：

delete [] array;

它肯定象这样生成代码：

// 以与构造顺序相反的顺序来

// 解构 array 数组里的对象

for ( int i = 数组元素的个数 1; i >= 0;--i)

{

array[i].BST::~BST(); // 调用 array[i]的

} // 析构函数

因为你所编写的循环语句根本不能正确运行，所以当编译成可执行代码后，也不可能正

常运行。语言规范中说通过一个基类指针来删除一个含有派生类对象的数组，结果将是不确

定的。这实际意味着执行这样的代码肯定不会有什么好结果。多态和指针算法不能混合在一

起来用，所以数组与多态也不能用在一起。

值得注意的是如果你不从一个具体类（concrete classes）（例如 BST）派生出另一个

具体类（例如 BalancedBST），那么你就不太可能犯这种使用多态性数组的错误。正如条款

M33 所解释的，不从具体类派生出具体类有很多好处。我希望你阅读一下条款 M33 的内容。

（WQ 加注：VC++中，能够有正确的结果，因为它根本没有数组 new/delete 函数。）

3.4 Item M4：避免无用的缺省构造函数

缺省构造函数（指没有参数的构造函数）在 C++语言中是一种让你无中生有的方法。构

造函数能初始化对象,而缺省构造函数则可以不利用任何在建立对象时的外部数据就能初始

化对象。有时这样的方法是不错的。例如一些行为特性与数字相仿的对象被初始化为空值或

不确定的值也是合理的，还有比如链表、哈希表、图等等数据结构也可以被初始化为空容器。

但不是所有的对象都属于上述类型，对于很多对象来说，不利用外部数据进行完全的初

始化是不合理的。比如一个没有输入姓名的地址簿对象，就没有任何意义。在一些公司里，

所有的设备都必须标有一个公司 ID 号码，所以在建立对象以模型化一个设备时，不提供一

个合适的 ID 号码，所建立的对象就根本没有意义。

在一个完美的世界里，无需任何数据即可建立对象的类可以包含缺省构造函数，而需要

数据来建立对象的类则不能包含缺省构造函数。唉！可是我们的现实世界不是完美的，所以

我们必须考虑更多的因素。特别是如果一个类没有缺省构造函数，就会存在一些使用上的限

制。

请考虑一下有这样一个类，它表示公司的设备，这个类包含一个公司的 ID 代码，这个

ID 代码被强制做为构造函数的参数：

class EquipmentPiece {

public:

EquipmentPiece(int IDNumber);

...

};

因为 EquipmentPiece 类没有一个缺省构造函数，所以在三种情况下使用它，就会遇到

问题。第一中情况是建立数组时。一般来说，没有一种办法能在建立对象数组时给构造函数

传递参数。所以在通常情况下，不可能建立 EquipmentPiece 对象数组：

EquipmentPiece bestPieces[10]; // 错误！没有正确调用

// EquipmentPiece 构造函数

EquipmentPiece *bestPieces =

new EquipmentPiece[10]; // 错误！与上面的问题一样

不过还是有三种方法能回避开这个限制。对于使用非堆数组（non-heap arrays）（即不在堆

中给数组分配内存。译者注）的一种解决方法是在数组定义时提供必要的参数：

int ID1, ID2, ID3, ..., ID10; // 存储设备 ID 号的

// 变量

...

EquipmentPiece bestPieces[] = { // 正确, 提供了构造

EquipmentPiece(ID1), // 函数的参数

EquipmentPiece(ID2),

EquipmentPiece(ID3),

...,

EquipmentPiece(ID10)

};

不过很遗憾，这种方法不能用在堆数组(heap arrays)的定义上。

一个更通用的解决方法是利用指针数组来代替一个对象数组：

typedef EquipmentPiece* PEP; // PEP 指针指向

//一个 EquipmentPiece 对象

PEP bestPieces[10]; // 正确, 没有调用构造函数

PEP *bestPieces = new PEP[10]; // 也正确

在指针数组里的每一个指针被重新赋值，以指向一个不同的 EquipmentPiece 对象：

for (int i = 0; i < 10; ++i)

bestPieces[i] = new EquipmentPiece( ID Number );

不过这中方法有两个缺点，第一你必须删除数组里每个指针所指向的对象。如果你忘了，

就会发生内存泄漏。第二增加了内存分配量，因为正如你需要空间来容纳 EquipmentPiece

对象一样，你也需要空间来容纳指针。

如果你为数组分配 raw memory，你就可以避免浪费内存。使用 placement new 方法（参

见条款 M8）在内存中构造 EquipmentPiece 对象：

// 为大小为 10 的数组分配足够的内存

// EquipmentPiece 对象; 详细情况请参见条款 M8

// operator new[] 函数

void *rawMemory =

operator new[](10*sizeof(EquipmentPiece));

// make bestPieces point to it so it can be treated as an

// EquipmentPiece array

EquipmentPiece *bestPieces =

static_cast<EquipmentPiece*>(rawMemory);

// construct the EquipmentPiece objects in the memory

// 使用"placement new" (参见条款 M8)

for (int i = 0; i < 10; ++i)

new (&bestPieces[i]) EquipmentPiece( ID Number );

注意你仍旧得为每一个 EquipmentPiece 对象提供构造函数参数。这个技术（和指针数

组的主意一样）允许你在没有缺省构造函数的情况下建立一个对象数组。它没有绕过对构造

函数参数的需求，实际上也做不到。如果能做到的话，就不能保证对象被正确初始化。

使用 placement new 的缺点除了是大多数程序员对它不熟悉外（能使用它就更难了），

还有就是当你不想让它继续存在使用时，必须手动调用数组对象的析构函数，然后调用操作

符 delete[]来释放 raw memory（请再参见条款 M8）：（WQ 加注，已经有 placement

delete/delete []操作符了，它会自动调用析构函数。）

// 以与构造 bestPieces 对象相反的顺序

// 解构它。

for (int i = 9; i >= 0; --i)

bestPieces[i].~EquipmentPiece();

// deallocate the raw memory

operator delete[](rawMemory);

如果你忘记了这个要求而使用了普通的数组删除方法，那么你程序的运行将是不可预测

的。这是因为：直接删除一个不是用 new 操作符来分配的内存指针，其结果没有被定义。

delete [] bestPieces; // 没有定义! bestPieces

//不是用 new 操作符分配的。

有关 new、placement new 和它们如何与构造函数、析构函数一起使用的更多信息，请

见条款 M8。

对于类里没有定义缺省构造函数所造成的第二个问题是它们无法在许多基于模板

（template-based）的容器类里使用。因为实例化一个模板时，模板的类型参数应该提供一

个缺省构造函数，这是一个常见的要求。这个要求总是来自于模板内部，被建立的模板参数

类型数组里。例如一个数组模板类：

template<class T>

class Array {

public:

Array(int size);

...

private:

T *data;

};

template<class T>

Array<T>::Array(int size)

{

data = new T[size]; // 为每个数组元素

... //依次调用 T::T()

}

在多数情况下，通过仔细设计模板可以杜绝对缺省构造函数的需求。例如标准的 vector

模板（生成一个类似于可扩展数组的类）对它的类型参数没有必须有缺省构造函数的要求。

不幸的是，很多模板类没有以仔细的态度去设计。这样，没有缺省构造函数的类就不能与许

多模板兼容。当 C++程序员深入领会了模板设计以后，这样的问题应该不再那么突出了。这

会花多长时间，完全在于个人的造化。

最后讲一下在设计虚基类时所面临的要提供缺省构造函数还是不提供缺省构造函数的

两难决策。不提供缺省构造函数的虚基类，很难与其进行合作。因为几乎所有的派生类在实

例化时都必须给虚基类构造函数提供参数。这就要求所有由没有缺省构造函数的虚基类继承

下来的派生类(无论有多远)都必须知道并理解提供给虚基类构造函数的参数的含义。派生类

的作者是不会企盼和喜欢这种规定的。

因为这些强加于没有缺省构造函数的类上的种种限制，一些人认为所有的类都应该有缺

省构造函数，即使缺省构造函数没有足够的数据来完整初始化一个对象。比如这个原则的拥

护者会这样修改 EquipmentPiece 类：

class EquipmentPiece {

public:

EquipmentPiece( int IDNumber = UNSPECIFIED);

...

private:

static const int UNSPECIFIED; // 其值代表 ID 值不确定。

};

这允许这样建立 EquipmentPiece 对象

EquipmentPiece e; //这样合法

这样的修改使得其他成员函数变得复杂，因为不再能确保 EquipmentPiece 对象进行了

有意义的初始化。假设它建立一个因没有 ID 而没有意义的 EquipmentPiece 对象，那么大多

数成员函数必须检测 ID 是否存在。如果不存在 ID，它们将必须指出怎么犯的错误。不过通

常不明确应该怎么去做，很多代码的实现什么也没有提供：只是抛出一个异常或调用一个函

数终止程序。当这种情形发生时，很难说提供缺省构造函数而放弃了一种保证机制的做法是

否能提高软件的总体质量。

提供无意义的缺省构造函数也会影响类的工作效率。如果成员函数必须测试所有的部分

是否都被正确地初始化，那么这些函数的调用者就得为此付出更多的时间。而且还得付出更

多的代码，因为这使得可执行文件或库变得更大。它们也得在测试失败的地方放置代码来处

理错误。如果一个类的构造函数能够确保所有的部分被正确初始化，所有这些弊病都能够避

免。缺省构造函数一般不会提供这种保证，所以在它们可能使类变得没有意义时，尽量去避

免使用它们。使用这种（没有缺省构造函数的）类的确有一些限制，但是当你使用它时，它

也给你提供了一种保证：你能相信这个类被正确地建立和高效地实现。

4. 运算符

运算符重载－－你不得不喜欢它们！它们允许给予你的自定义类型有着和 C＋＋内建类

型完全相样的语法，更有甚者，它们允许你将强大的能量注入到运算符背后的函数体中，而

这是在内建类型上从未听说过的。当然，你能够使得如同“+”和“==”这样的符号做任何

你想做的事，这个事实意味着使用运算符重载你可能写出的程序完全无法理解。C＋＋的老

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