Effective C++ 笔记

来源：互联网发布：java虚拟机编辑：程序博客网时间：2024/06/16 20:42

原文链接：http://harttle.com/2014/05/04/effective-cpp.html

两年前第一次接触 Scott Meyers 的 Effective C++，最近面试C++工程师，又拿来研读，整理了一些读书笔记。

C++ Way

Prefer consts, enums, and inlines to #defines.

尽量使用常量、枚举和内联函数，代替#define。即习惯于使用C++风格，可以避免模块化编程的诸多缺点。

#define 常量全局可用，不利于封装。因为在预编译时进行宏替换，与它们相关的编译错误将不会出现宏名称，不利于调试。
使用enum定义类常量较为合适。因为static const int允许取地址，此时不仅需要声明，还需要定义。
#define函数将会产生出乎意料的结果，如#define MAX(a,b) a>b?a:b，在调用MAX(i++,j)的情况下，i自加次数将取决于j的大小。

Use const whenever possible.

尽量使用常量。这在C++风格中是值得提倡的，尤其在合作项目中。不想改变的变量应该明确地提醒其他程序员，不要侥幸！

对于类似*的运算符，应返回const类型，来避免(a*b)=c这样的语句通过编译。
常量引用传参是值得提倡的，可以提高效率。
编译器一般实现 bitwise-constness 而不是 logical-constness，可通过 mutable 来使const函数能够更改logical常量（如缓存）。

const 与 non-const 成员函数的避免重复。

const char& operator[](size_t pos) const{    ...}char& operator[](size_t pos){    return const_cast<char&>(        static_cast<const TextBlock&>(*this)            [pos]       );}

Make sure that objects are initialized before they’re used.

在使用对象前确保其已经初始化。出于效率原因，C++不保证内置型的初始化。

在构造函数内的=是赋值不是初始化！在构造函数前总是列出所有成员变量，以免遗漏。
类的静态变量除了在类声明中进行声明外，还需要在类声明外进行定义。

多个编译单元的 non-local static 对象初始化次序是不确定的。使用 Singleton(local static) 来解决该问题：

class FileSystem{...};FileSystem& tfs(){    //将在首次进入函数时构造    static FileSystem fs;       return fs;}

以下提供较完整的Signleton C++实现：

class Singleton{private:    Singleton(){}    Singleton(const Singleton&);public:    static Singleton& getInstance()    {        Lock(); // not needed after C++0x        static SingletonInside instance;        UnLock(); // not needed after C++0x        return instance;     }};

注意：C++0X以后，要求编译器保证内部静态变量的线程安全性，可以不加锁。这里采用内部静态变量方式，还有另外两种实现：

静态指针成员。采取懒汉模式，指针为空则构造（new）。
静态成员。采取饿汉模式，外部初始化（new），指针需要为const。

Construction

Know what functions C++ silently writes and calls.

如果没有定义任何构造函数（析构函数，复制构造函数，=运算符），编译器会生成默认构造函数（析构函数，复制构造函数，=运算符）。调用时机如下：

构造函数：对象定义；使用其他兼容的类型初始化对象时（可使用 explicit 来避免这种情况）
复制构造函数：用一个对象来初始化另一对象时；传入对象参数时；返回对象时；
析构函数：作用域结束（包括函数返回）时；delete
=运算符：一个对象赋值给另一对象

Explicitly disallow the use of compiler-generated functions you do not want.

对于Uncopyable，声明其复制构造函数与=运算符为private：

class HomeForSale{private:    HomeForSale(const HomeForSale&);    HomeForSale& operator=(const HomeForSale&);};

Declare destructors virtual in polymorphic base classes.

对于多态用途的父类，析构函数应声明为virtual，否则当指针或引用类型为父类时，调用析构函数将只析构父类中定义的资源。相应地，non-virtual析构函数的类不应被继承。（很不幸，C++不提供类似Java的final class或C#的sealed class禁止来派生）。

Prevent exceptions from leaving destructors.

在析构函数中，应处理掉可能的异常，保证对象能够被完整地释放。为了让用户有机会处理这些异常，可以为不安全语句提供一个新的函数；在析构函数中执行默认操作（忽略、记录、或者结束程序）。

class DBConn{public:    void close(){        db.close();        closed = true;    }    ~DBConn{        if(!closed){            try{                db.close();            }            catch(...){                ...            }        }    }private:    DBConnection db;    bool closed;};

Never call virtual functions during construction or destruction.

在子类对象的父类构造期间，对象类型为父类而非子类。此时，虚函数会被解析至父类，运行时类型信息也为父类（dynamic_cast, typeid）。

即父类构造期间，对虚函数的调用不会下降至子类。对于构造函数中直接的虚函数调用，某些编译器会发出警告。

Have assignment operators return a reference to *this.

这是关于赋值运算符的协议，以支持连锁赋值语句。

Handle assignment to self in operator=.

确保当对象自我赋值时，=运算符仍有良好的行为。当然可以事先进行判断（是否为自我赋值），更为简洁的方式为：copy-and-swap.

// 注意这里为传值，而不是经典的常量引用Widget& Widget::operator=(Widget rhs){    swap(rhs);    return *this;}

Copy all parts of an object.

复制构造函数与=运算符应拷贝对象的所有成员，这是显然的。然而在两种情况下可能发生疏忽：

忘记了新增成员变量。
忘记了调用父类的复制构造函数（=运算符）。

注意：虽然=运算符与复制构造函数的行为很相似，但在=运算符中调用复制构造函数时不合理的，就像是试图构造一个已经存在的对象。通常将相同的代码抽出来放入private init方法中。

Resource Management

Use objects to manage resources.

使用new构造的对象，如果将删除它的责任给调用者，将很容易发生疏漏，尤其是控制流发生改变时（无意的提前return, break, etc.）。

利用对象在作用域结束时自动的析构函数，可以实现资源的自动释放，即RAII(Resource Acquisition Is Initialization)。在std下已经存在这样一个预定义的类模板：auto_ptr，它被销毁时会自动删除所指之物，被赋值时原指针将会变为null来保证资源的唯一。

std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());

同样，std::tr1::shared_ptr为RCSP(reference-counting smart pointer)，类似垃圾回收（garbage collection），不同的是RCSP无法解决环状引用（cycles of references）。

另外，auto_ptr与shared_ptr在析构函数内均调用delete而不是delete[]，故不能用于数组的管理。数组可选用STL的容器。

Think carefully about copying behavior in resource-managing classes.

RAII对象的复制需要特殊处理，其复制行为由资源的复制行为决定。通常有如下几种：

禁止复制
引用计数
复制底层资源
转移资源所有权

Provide access to raw resources in resource-managing classes.

资源管理类当然需要提供API来提供原始资源。提供方式可能为隐式转换或显式转换，隐式转换更方便，但有可能会造成误用（混淆了RAII对象与原始资源），不够安全。

Use the same form in corresponding uses of new and delete.

这条为C++内存使用的规则。使用new则对应使用delete；使用new sth[]则对应使用delete[]。

尽量不对数组形式做typedef来避免疏忽。

Store newed objects in smart pointers in standalone statements.

使用单独语句将资源置入智能指针。这样可以避免因异常而导致内存泄漏。如：

processWidget(std::tr1::shared_ptr<Widget>(new Widget), priority());

C++的执行次序是未知的。如果先创建了对象，此后执行priority()产生异常，则该资源会被泄漏。

Designs and Declarations

Make interfaces easy to use correctly and hard to use incorrectly.

好的接口不容易被误用。“促进正确使用”包括：

与内置类型行为的一致性。
较强的类型限制。如工厂方法直接返回智能指针而不是依靠客户；不应改变的返回值设为const，等等。

cross-DLL problem：跨DLL成对使用new和delete容易引发运行时错误。使用智能指针可以消除这个问题，它会将引用记录一并带入新的环境中，在引用为0时调用delete。

Treat class design as type design.

这里提出了定义新类时需要考虑的一系列问题：

如何创建和销毁
初始化和赋值的区别
传值（pass by value）意味着什么
合法值
新类需要配合某个继承图吗
类型转换
运算符和函数操作
不合适的标准函数（private覆盖）
访问控制
应提供哪些接口
是否应该考虑类模板

Prefer pass-by-reference-to-const to pass-by-value

通常传递引用会更加高效，而且可以避免对象切割问题（子类传值给父类，将损失子类信息）。

对于并不昂贵的拷贝操作，传值更加高效，这些类型包括：

内置类型
STL迭代器
函数对象

Don’t try to return a reference when you must return an object.

不要返回局部对象的指针或引用（栈中的变量将在函数结束后释放）
不要返回堆中对象的指针或引用（在资源获取时除外），会导致内存泄漏
不要返回局部静态对象的指针或引用（除非这样的对象是单例的）。

Declare data members private.

将数据成员声明为private。这样可提供更好的一致性、精确的访问控制、更强的约束条件、充分的弹性（方便实现更改通知、条件赋值等）。

Prefer non-member non-friend functions to member functions.

更多采用非成员、非友元函数，而不是成员函数。好处如下：

更强的封装。越少的函数可以访问数据，则封装性越强。这便意味着更少的成员函数。如此一来，数据成员的改变只影响少数的成员函数，于是提供了更好的封装。
包的灵活性(packaging flexibility)。std正是这样组织的：数十个头文件来分别提供相关功能，只有用户需要的功能会形成编译依赖。如果以成员函数的方式来组织，将会成为一个庞大的头文件，因为一个类必须整体定义。
功能扩充性。只需在同一命名空间添加函数便可与旧函数整合。如果以成员函数来组织，恐怕要以继承的方式来提供有限的扩展。

Declare non-member functions when type conversions should apply to all parameters.

当所有参数都可能需要类型转换时，采用非成员函数。这通常用于运算符重载的情形：当重载为成员函数时，第一个操作数必须为*this；重载为非成员函数时，第一个操作数可以为任何兼容的数据类型。

class Rational{public:    ...    const Rational operator* (const Rational& rhs) const;}Rational r(1,8);Rational result1 = r * 2; //ok, 隐式类型转换Rational result2 = 2 * r; //error!

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);Rational result1 = r * 2; //ok, 隐式类型转换Rational result2 = 2 * r; //ok, 隐式类型转换

Consider support for a non-throwing swap.

swap是STL的一部分，是异常安全编程（exception-safe programming）的基础，以及用来处理可能的自我赋值。

当std::swap效率不高时，可以提供一个成员 swap，并用非成员swap调用它。
对于类，应当特化std::swap。

对于类模板，因为C++不允许模板函数的偏特化，我们不能特化std::swap。采用如下的方法：

namespace WidgetStuff{    ...    template<typename T>    class Widget{...};    template<typename T>    void swap(Widget<T>& a, Widget<T>& b){        a.swap(b);    }}template<typename T>void dosth(T& obj1, T& obj2){    using std::swap;    //使之可见    ...    swap(obj1, obj2);   //自动选择最佳    ...}

编译器会首先去模板参数类型所在命名空间寻找；因为前面的声明，std::swap中的匹配特化版将有最高的优先级；如果前两者都不存在，则采用std中的默认版本。

std内只允许进行特化，添加新的模板、类、函数等等都会引起未定义行为。

Implementations

Postone variable definitions as long as possible.

局部变量的定义需要承受其构造与析构成本，即使是未被使用的变量。因此推迟变量定义可增加清晰度和改善效率。

对于循环中使用的变量，其时间成本如下：

在循环外定义：1个构造+1个析构+n个赋值
在循环内定义：n个构造+n个析构

另外，方法1还会降低可理解性和易维护性。因此，除非（1）你知道复制成本<构造+析构（2）这部分效率高度敏感（performance-sensitive），否则应使用方法2.

Minimize casting.

尽量别转型。C++的设计目标之一即是：杜绝类型错误。

我们回顾一下转型语法：

C风格的转型：
```
(T) expression
```
函数风格的转型：
```
T(expression)
```
这两者都属于旧式转型（old-styled casts）

C++ 新式转型：（new-style，C++-style casts）

// 常量性移除（cast away the constness）const_cast<T>(expression)// 安全向下转型（safe downcasting）dynamic_cast<T>(expression)// 低级转型，实际动作可能取决于编译器，不可移植reinterpret_cast<T>(expression)// 强制隐式转换（implicit conversions）static_cast<T>(expression)

应尽量采用C++风格转型，因为（1）容易辨识（2）功能明确，编译器容易找到错误。当然有时采用旧式转型仍然很方便，比如将转型隐藏在函数调用中：

void doSomeWork(const Widget& w);doSomeWork(Widget());

注意：

转型创建的只是副本，不应以此试图调用基类函数，可以采用BaseClass::func()或virtual func;来实现此类功能。
dynamic_cast在很多实现版本中效率很差。一种实现是通过类名的strcmp来得到子类。
避免做出“对象在C++中如何布局”的假设，更不要在此假设基础上去转型。比如：同一对象的基类指针和子类指针可能不同。

Avoid returning “handles” to object internals.

避免返回对象内部变量的句柄（包括指针、引用、智能指针）。这样既会破坏封装，也可能造成空悬指针。

破坏封装。返回私有成员和私有函数，无疑都会使其私有性形同虚设。以下是一个返回私有成员函数指针的例子。
```
class A; typedef void (A::* pfunc)();class A{private:    void func(){         cout<<"I'm private."<<endl;    }   public:    pfunc get(){        return &A::func;    }   };...A a;pfunc p = a.get();(a.*p)();
```
上述问题表明：成员的封装性不大于返回其引用的函数的访问级别。另外，如果const成员函数传出引用，而后者的数据存储于对象之外，则会造成常量性的破缺（bitwise constness）。
空悬指针。显然对象的内部变量一旦传出，其生存期就可能超过它的来源对象，空悬指针便会成为可能。这是应极力避免的。然而，在某些情况下却不得不这样做：
```
class string{    ...    &char operator[](int i){        ...    }}
```

Strive for exception-safe code.

尽量实现异常安全。异常安全函数（Exception-safe functions）当异常抛出时：

不泄漏任何资源。
不允许数据一致性破坏。

异常安全函数应提供以下三个保证之一：

基本承诺。如果异常抛出，程序内的事物仍然有效。但不保证程序所处的状态。
强烈保证。如果异常抛出，程序状态不变。
不抛掷（nothrow）保证。总是能完成其承诺的功能。C++中，对于内置类型的所有操作都提供了nothrow保证。

给一个异常安全性很差的例子：

// 当 new Image 抛出异常时void changeBg(string imsSrc){    lock(&mutex);    delete bgImage;  // bgImage 变为空，数据破坏    ++imageChanges;  // 不应进行的累加，数据破坏    bgImage = new Image(imgSrc);    unlock(&mutex);  // 将不会释放互斥锁，资源泄漏}

对于这个例子，我么可以采用自动锁、智能指针，并适当更改代码顺序，即可实现强烈保证。

void changeBg(string imgSrc){    Lock m1(&mutex);    // 退出作用域将自动释放    bgImage.reset(new Image(imgSrc));   // reset只有其参数成功后才会调用    ++imageChanges;}

另外，对于实现异常安全存在一般的方法：先生成副本，对副本进行所有操作，结束后进行swap。无疑这回增加性能负担。

void changeBg(string imgSrc){    using std::swap;    Lock m1(&mutex);    // 退出作用域将自动释放    ... // generate pNew from pOld    swap(pNew, pOld);}

值得一提的是，函数提供的“异常安全保证”通常最高只等于其所调用的各个函数中最弱的“异常安全保证”。

Understand int ins and outs of inlining.

Inline函数的定义有两种方式：（1）显示的定义，在函数名前加inline，（2）隐式的定义，在类声明中定义函数体，包括friend函数和构造函数。

Inline只是对编译器的一个申请而非强制命令。在如下情形中，inline无效：

函数太过复杂，如含有循环和递归的函数。
虚函数。因为虚函数运行时才知道调用哪个，而内联函数要求编译期进行替换。
被指针调用的函数。因为内联函数没有地址，也不可能被指针引用。

Inline函数的缺点：

很显然，代码膨胀。
程序库的更新。inline函数无法直接升级其所在库，其他用到它的单元都需要重新编译。
Debug困难。显然，不与object code对应的内联函数内无法设置断点。

构造函数看起来是inline函数的绝佳候选人，因为通常不含任何代码。但是，编译器会在编译前在此插入大量的代码以保证C++机制的实现。如：定义和new时自动初始化，父类和成员对象自动初始化，退出作用域自动销毁，异常抛出时已构造好的部分自动销毁等等。

inline 一般位于头文件，因为编译时为了替换首先要得到其定义式；同样template也一般在头文件，同样为了具现化，首先要得到其定义式。但二者无特定关联。template函数如果没有理由就不应设为inline。

Minimize compilation dependencies between files.

最小化文件之间的编译依赖。C++没有提供很好的“接口与实现分离机制（public与private的分离）。最小化编译依赖的一般构想是：依赖于声明式，而不是定义式。如下做法都源自这样的策略：

尽量使用指针和引用。（不需得到对象大小，因而只需声明式）
如果能够，尽量使用声明式。
为声明与定义提供不同的头文件。

有如下两种方法可以实现接口与实现的分离。

Handle class，这是代理的策略（pimpl idiom）。在Handle类中维护Implementation类的指针，并在所有接口函数的实现中直接调用Implementation对应的函数。
Interface class，将Interface类声明为抽象基类（abstract base class）。只提供一组pure virtual函数和一个virtual析构函数，然后再提供一个静态factory方法来返回子类对象。

在Handle class和Interface class中，inline函数用来隐藏其实现细节（即函数本体）。

Object-Oriented Design

Make sure public inheritance models “is-a”.

public继承一定要用在is-a关系中，要满足李氏替换原则（Liskov Substitution Priciple）。比如鸟都会飞，企鹅继承自鸟，便是一种错误：

class Bird{    public:         virtual void fly();};class Penguin: public Bird{};

考虑到只有部分鸟会飞，得到更好的实现：

class Bird{};class FlyingBird: public Bird{public:    virtual void fly();};class Penguin: public Bird{};

当然可以不实现一个Flyingbird，而使Penguin::fly();抛出一个错误。这样做的后果是将错误从编译器延迟到运行期。

Avoid hiding inherited names.

避免覆盖继承而来的成员。子类中的成员会覆盖父类的同名成员，而无视参数是否相同：

class Base{    void f();    void f(int);};class Derived: public Base{    void f();};Derived d();d.f(3); // 错误！

可以采用using声明式来使父类中的其他名称可用：

...class Derived: public Base{    using Base::f;  //暴露Base中名为f的所有东西    void f();};Derived d();d.f(3); //现在可以了

或者forwarding函数调用父类的实现：

...class Derived: public Base{    void f(){ Base::f(); }  // inline forwarding function};Derived f();d.f(3); //错误！同样被覆盖

Differentiate between inheritance of interface and inheritance of implementation.

区分接口继承和实现继承。

pure virtual函数：只继承接口
simple(impure) virtual函数：继承接口和一份缺省实现
non-virtual函数：继承接口和一份强制实现

对于第2种情况，考虑到缺省实现只用于真正实现的部分（为了避免代码冗余），而真正的实现不应直接使用缺省实现的情况。可以定义pure virtual函数，并以另一个protected函数来提供缺省实现。一种更优雅（避免相似的函数名称造成命名空间污染）的实现，可以为pure virtual函数提供缺省实现：

class Airplane{public:    virtual void fly()=0;}void Airplane::fly(){   // 编译器不会报错    ... //缺省实现}class ModelA: public Airplane{public:    virtual void fly(){        Airplane::fly();    // 纯虚函数实现的调用方式：pModelA->Airplane::fly()        ... //自定义实现    }}

这样既强制用户实现自己的方法，同时提供了缺省实现。

Consider alternatives to virtual functions.

当你寻找设计方法时，不妨考虑一下virtual函数的一些替代方案。如template method模式，Strategy模式。

采用NVI（Non-Virtual Interface）实现的Template method模式。由non-virtual函数（即为接口）作为模板方法，划分其执行步骤。virtual函数来提供其各步骤的实现方式：

class GameCharacter{public:    int healthValue() const{        ... // 前面的处理        int v = doHealthValue();    // 真正的工作        ... // 后面的处理        return v;    }private:    virtual int doHealthValue() const{} //由子类提供不同的实现};

采用函数指针实现的Strategy模式。由函数指针来提供计算生命值的策略，这类方法中难免出现灵活性与降低封装的权衡。

int *defaultHealthCalc(const GameCharacter&);class GameCharacter{public:    typedef int (*healthCalcFunc)(const GameCharacter&);    explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf=defaultHealthCalc): healthCalcFunc(hcf);    int healthFunc(*this) const{return healthFunc(*this);}private:    HealthCalcFunc healthFunc;};int loseHealthQuickly(const GameCharacter&);int loseHealthSlowly(const GameCharacter&);GameCharacter c1(loseHealthQuickly);GameCharacter c2(loseHealthSlowly);

可以看到Strategy模式提供了很大的灵活性：（1）同一类型的对象可以有不同的计算策略，（2）计算策略可以在运行时变更。另外，如果采用tr1::functoin代替函数指针将提供更大的灵活性：计算策略可以包括兼容的函数、函数对象、成员函数等等。

...class GameCharacter{public:    typedef std::tr1::function<int (const GameCharacter&)> HealthCalcFunc;    ...};short calcFunc(const GameCharacter);    //兼容的函数struct Calculator{    int operator(const GameCharacter&) const{...};  // 函数对象};class GameLevel{public:    float health(const GameCharacter&) const;   //成员函数};GameCharacter c1(calcFunc);GameCharacter c2(Calculator());GameLevel currentLevel;GameCharacter c3(    std::tr1::bind(&GameLevel::health,        currentLevel,        _1);    // 以currentLevel调用health函数

Never redefine an inherited non-virtual function.

不要覆盖父类的non-virtual函数。不同于vitual函数的动态绑定（dynamically bound），non-virtual函数是静态绑定（statically bound）的。通过B类型的指针调用的non-virtual函数永远是B内定义的版本。这会造成如下的不一致：

D x;D* pD = &x;B* pB = &x;pD->mf();pB->mf();   //结果不同于上面的调用，违反is-a设计。

Never redefine a function’s inherited default parameter value.

不要重新定义继承来的方法的默认参数。对于继承来的non-virtual函数，根本不应该覆盖（如上一条）；对于继承来的virtual函数，vitual函数是动态绑定的，而其参数则是静态绑定。即：使用父类指针调用子类中定义的虚函数，其默认参数却永远来源于父类。这是C++基于编译器实现的简易度和程序运行效率的取舍。

Model “has-a” or “is-implemented-in-terms-of” through composition.

在应用域（application domain），复合意味着 has-a；在实现域（implementation domain），复合意味着 is-implemented-in-terms-of。

Use private inheritance judiciously.

明智地使用私有继承。私有继承意味着implemented-in-terms-with，并且只继承实现。

通常，私有继承比组合的级别低，他们的区别在于private inheritance允许子类继续更改virtual函数，访问其protected成员。另外，在极端情况下，由于EBO（empty base optimization，空基类消耗空间为0，而作为独立对象大小为1，不考虑alignment）私有继承会稍节省空间。

Use multiple inheritance judiciously.

明智地使用多重继承。多重继承比单一继承复杂，而且可能导致歧义性。例如：

class A{public:    void f();};class B{public:    void f() const;};class D:public A, public B{};D d;d.f();  // 歧义，编译错

如上示例中，C++总是找出最佳匹配的名称后才检测其可用性（包括访问级别、参数、constness）。匹配程度相同便会造成歧义。另外，对于“钻石型”多重继承，子类会有多份祖父的数据。为了避免重复，必须将带有此数据的class成为virtual base class：令所有继承自它的class采用virtual继承（如class D: virtual public A{};）。

多重继承还可以用来实现接口与实现的分离，即public继承接口类，private继承实现类。

Generic Programming

Understand implicit interfaces and compile-time polymorphism.

Templates 和 Classes 同样都支持接口和多态。

对于 class，接口是显式的（explicit），基于函数签名。多态发生在运行期，以虚函数实现。
对于 template，接口是隐式的（implicit），基于有效表达式（valid expression）。多态发生在编译期，通过模板具现化和函数重载解析（function overloading resolution）实现。

Understand the two meanings of typename.

作为模板参数前缀，typename和class完全等价。
typename还用来标识嵌套从属类型名称；但不出现在基类列表和成员初始化列表。

如果模板内某名称依赖于模板参数，则称之为从属名称（dependent name），如果从属名称存在class或类型嵌套，则称为嵌套从属名称（nested dependent name）。因为嵌套从属类型名称（nested dependent type name）存在歧义（即不一定是类型，或许只是静态成员，如 C::iterator），C++在碰到从属名称时假设它不是类型，此时需要使用typename声明该类型名称。

Know how to access names in templatized base classes.

了解如何访问模板父类中的名称。考虑到模板父类可能被特化（全特化或者偏特化），其中的名称也是不确定的，因而在继承模板类时C++不去父类中查找名称（与object-oriented C完全不同）。有如下3种方法声明这些名称（对于不存在的名称，即使声明过也会在具现化时编译错）：

this->指针，让编译器假设未特化的父类被继承。
using Base<T>::functoin;声明式，让编译器假设父类存在这样的名称。
Base<T>::function();调用，假设function已被继承。这样的明确资格修饰（explicit qualification）会关闭virtual绑定行为。

Factor parameter-independent code out of templates.

将模板参数无关代码抽离Templates。当发生代码重复时，通常将共同的代码提取出来作为单独的函数。而模板具现化造成的代码重复却更加隐蔽。

对于非类型参数造成的代码膨胀，以函数参数或成员变量来替换模板参数。
对于类型参数，让具有相同二进制表述（binary representation）的具现类型（instantiation type）共享实现。例如不同类型的指针，很多平台上的long和int。

Use member function templates to accept “all compatible types”.

使用成员函数模板来接受所有兼容的类型。对于内置指针，时支持隐式转换的，尤其是子类指针转换为基类指针；而对于智能指针模板，不同的模板参数具现化得到的class之间不会反应其参数类型之间的继承关系。

使用成员函数模板可以生成“可接受所有兼容类型”的函数。例如泛化的拷贝构造函数可以实现隐式转换：

template<typename T>class SmartPtr{public:    template<typename U>    SmartPtr(const SmartPtr<U>& other)  // 接受所有类型的copy构造函数        :heldPtr(other.get()){...}      // 利用成员初始化，对于原是指针不兼容的转换将产生编译错误                                        // 进而沿用了原始指针一样的兼容策略    T* get const{   return heldPtr; }private:    T* heldPtr;};

模板并不改变语言规则。如果没有声明copy构造函数，编译器会自动生成一个。因此在声明了泛化copy构造函数后，还是需要声明正常的copy构造函数（赋值运算符也是同样的）。

Define non-member functions inside templates when type conventions are desired.

当需要类型转换时，将非成员函数定义在模板中。如下代码将通不过编译：

template<typename T>class Rational{...};template<typename T>const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs){...}Rational<int> oneHalf(1,2);Rational<int> result = oneHalf * 2;

在执行operator*时，oneHalf很容易得到其类型为Rational<int>，而2却使编译器不知如何推导T到底是什么。因为C++编译器在template实参推导过程中，从不考虑隐式类型转换函数（内置隐式转换是兼容的）。可以声明为friend，则会在具现化Rational<int>时具现化operator*的函数声明。此时可以顺利通过编译：

class Ratinoal{    ...    friend const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs);};

然而链接发生错误，因为只有声明被具现化了。解决方法是将函数本体合并入声明式内：

class Rational{    ...    // 这里friend的作用并非访问控制，而是使该函数及时被具现化。    friend const Rational<T> operator*(const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs){        return ...;    }};

当然这会使operator*成为内联函数。如果不希望这样，可以把它作为wrapper，调用外部的某个函数。

Use traits classes for information about types.

使用 traits class 表现类型信息。类型信息在有些函数中会用到，例如advance（用来将迭代器移动n步）。考虑到效率，对于不同类型的迭代器执行的操作应该是不同的。以下介绍如何在该函数中获得类型信息，以进行不同的操作。

STL有五种迭代器：

Input。只能向前移动，每次一步，只可读（一次）。如istream_iterator。
Output。只能向前移动，每次一步，只可写（一次）。如ostream_iterator。
forward。可以做上述所有事情，而且可以读/写所指内容任意次。如单向链表（stl不提供）。
bidirectional。可以做上述所有事情，而且可以向后移动。如set, map。
random access。可以做上述所有事情，而且可以执行迭代器算术，即常量时间向前/后跳跃任意距离。

C++ 提供了为迭代器一组卷标结构（tag struct）：

struct input_iterator_tag{};struct output_iterator_tag{};struct forward_iterator_tag: public input_iterator_tag{};struct bidirectional_iterator_tag: public forward_iterator_tag{};struct random_access_iterator_tag: public bidirectional_iterator_tag{};

然后在不同的迭代器中将其对应的tag class通过typedef统一定义为iterator::iterator_category。例如：

template<...>class deque{public:    class iterator{    public:        typedef random_access_iterator_tag iterator_category;    };    ...};

然后提供traits模板，提供各种迭代器类型的iterator_category（这样的做法只是为了方便，还有对内置类型的支持）：

template<typename IterT>struct iterator_traits{    typedef typename IterT::iterator_category iterator_category;};

通过特化模板来支持内置类型：

template<typename IterT>struct iterator_traits<IterT*>{    typedef random_access_iterator_tag iterator_category;};

至此，我们已经可以在advance中通过以下代码来测试类型了：

template<typenmae IterT, typename DistT>void advance(IterT& iter, DistT d){    if(typeid(typename std::iterator_trates<IterT>::iterator_category)         == typeid(typename std::random_access_iterator_tag))        iter += d;  // 如果具现化的Iter不是随机访问迭代器，则会在此产生编译错}

但是注意到typeid在编译期就可以得到结果，而if将工作移到运行期，不仅浪费时间，也造成可执行文件膨胀。可以使用函数重载来让编译器在编译期就选择自动合适的函数，定义一系列的重载函数（或函数模板），如：

template<...>void doAdvance(IterT& iter, DistT d,    std::random_access_terator_tag){    // do sth}

然后建立控制函数，来调用上述“劳工函数”并传递traits class提供的类型信息：

template<...>void advance(IterT& iter, DistT d){    doAdvance(iter,d,        typename std::iterator_traits<IterT>::iterator_category()        );}

Be aware of template metaprogramming

模板元编程（TMP，template metaprogramming）是编写基于模板的C++程序并执行与编译期的过程。例如计算阶乘：

template<unsigned n>struct Factorial{    enum {value = n* Factorial<n-1>::value};};template<>struct Factorial<0>{    enum {value = 1};};...cout<<Factorial<20>::value<<endl;

TMP可将工作从运行期移到编译期，实现早期的错误侦测和更高的执行效率。可以用来生成“基于策略选择组合”的客户定制代码，也可用来避免生成对某些特殊类型并不合适的代码。

Customizing new and delete

Understand the behavior of the new-handler.

std::set_new_handler可以设置new失败时的回调函数，而且它将会被反复调用直到找到足够内存。设计良好的new handler必须做以下事情：

让更多内存可用
安装另一个new-handler，当前的new-handler无法释放足够内存时
移除new-handler，这会使new抛出异常
抛出bad_alloc或不返回（abort或exit）

new (std::nothrow) Widget将会在申请空间失败时不抛出异常，而使返回null，然而在之后的构造函数中仍然产生异常。即Nothrow new不能彻底抑制异常的抛出。

Understand when it makes sense to replace new and delete.

有很多理由需要自定义new和delete，包括改善效率、收集heap使用信息、检测错误使用等。

Adhere to convention when writing new and delete.

自定义new和delete的惯例：

operator new应内含一个无穷循环，尝试分配内存，如果无法满足则调用new-handler。应该可以处理0byte申请，处理太大的错误申请。
operator delete应在收到null时不做任何事情，处理太大的错误申请。

Write placement delete if you write placement new.

定义placement new的同时也请定义placement delete。

new一般接受一个参数size_t，对于有更多参数的new成为placement new。当申请内存成功，构造函数抛出异常时，C++会尝试调用与new同样签名的delete，如果没有则什么都不做（将导致内存泄漏）。

定义placement new的同时，为了使客户可以继续使用正常版本，可以采用using声明式。

Miscellany

Pay attention to compiler warnings.

Familiarize yourself with the standard library, including TR1.

Faniliarize yourself with Boost.

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