2017 May 05 编程规范

C++编程规范：类的继承与设计1

第32条：弄清所要编写的是哪种类

  1. 一个值类应该：
    • 有一个公用析构函数，复制构造函数和带有值语义的赋值
    • 没有虚拟函数（包括析构函数）
    • 总是用作具体类，而不是基类
    • 总是在栈中实例化，或者是作为另一个类直接包含的成员实例化
  2. 一个基类应该：
    • 有一个公用而且虚拟，或者保护而且非虚拟的析构函数，和一个非公有复制构造函数和赋值运算符
    • 通过虚拟函数建立接口
    • 总是动态地在堆中实例化为具体派生类对象，并通过一个（智能）指针使用
  3. traits类是携带有关类型信息的模板，一个traits应该：
    • 只包含typedef和静态函数，没有可修改的状态或者虚拟函数
    • 通常不实例化（其构造一般是被禁止的）
  4. 策略类（通常是模板）是可插拔行为的片段，一个策略类应该：
    • 可能有也可能没有状态或者虚拟函数
    • 通常不独立实例化，只能作为基类或者成员
  5. 异常类通过值抛出，但应该通过引用捕获，一个异常类应该：
    • 有一个公有析构函数和不会失败的构造函数（特别是一个不会失败的复制构造函数，从异常的复制构造函数抛出将使程序中止）
    • 有虚拟函数，经常实现克隆和访问
    • 从std::exception虚拟派生更好

      第33条：用小类代替巨类

  6. 小类更易于编写，更易于保证正确、测试和使用，更容易理解和部署
  7. 巨类会削弱封装性，更难保证正确和错误安全。

    第34条：用组合代替继承

  8. 继承是C++中第二紧密的耦合关系，仅次于友元关系
  9. 组合在不影调用代码的情况下具有更大的灵活性
  10. 例外情况：使用公有继承模仿可替换性
  11. 使用到非公有继承的几种情况：
    • 需要改写虚拟函数
    • 需要访问保护成员
    • 需要在基类之前构造已经使用过的对象，或者在基类之后销毁对象
    • 能够确定空基类优化能带来好处，包括这种情况下优化的确很重要，以及这种情况下目标编译器确实能实施这种优化
    • 如果需要控制多态，或者说需要可替换性关系，但是关系应该只对某些代码可见（通过友元）

      第35条：避免从并非要设计成基类的类中继承

  12. 将独立类用作基类是一种严重的设计错误，应该避免。 要添加行为，应该添加非成员函数而非成员函数 要添加状态，应该使用组合而不是继承 要避免从具体的基类中继承
  13. 删除指向派生类对象的基类指针会产生未定义行为

    第36条：优先提供抽象接口

  14. 抽象接口是完全由虚函数构成的抽象类，没有状态（成员数据），通常也没有成员函数实现 抽象基类应该定义功能，而不是实现功能
  15. 依赖性倒置原则（Dependency Inversion Principle,DIP）:
    • 高层模块不应该应该低层模块，相反，两者都应该依赖抽象
    • 抽象不应该依赖于细节，相反，细节应该依赖于抽象
  16. DIP的三个设计优点：
    • 更强的健壮性。系统中较不稳定的部分（即实现）依赖于更稳定的部分（即抽象）
    • 更大的灵活性。基于抽象接口的设计通常更加灵活，如果能正确地建模抽象，那么就能很容易地对新的需求设计新的实现
    • 更好的模块性
  17. 二次机会定律（Law Of Second Chances）：需要保证正确的最重要的东西是接口，其他所有东西以后都可以更改，如果接口弄错了，可能再也不允许修改了。
  18. 例外情况：空基类优化（EBO）是一个纯粹为了优化而使用继承（最好是非公有的）实例

    第37条：公有继承即可替换性。继承不是为了重用，而是为了被重用

  19. 不要通过公用继承重用（基类中已有的）代码，公用继承是为了被重用的。
  20. Liskov替换原则（Liskov Substitution Principle）：公用继承所建模的必须总是“是一个（is-a）”关系：所有基类约定必须满足这一点，因此如果要成功地满足基类的约定，所有虚拟成员函数的改写版本就必须不多于其基类版本，其承诺也必须不少于其基类版本。
  21. 公用继承的目的是实现可替换性，而不是为了派生类重用基类的代码，从而用基类代码实现自己
  22. 例外情况：策略类和混入类（为虚拟基类提供部分而不是全部实现的类）通过公用继承添加行为，但是这并不是误用公用继承来建模“用…来实现”关系。

    第38条：实施安全的覆盖

  23. 要保持基类中函数的前后置条件，不要改变虚拟函数的默认参数，应该显式地将覆盖函数重新声明为virtual，谨防在虚拟类中隐藏重载函数
  24. 覆盖函数可以要求更少而提供更多，但是不能要求更多而承诺更少
  25. 在覆盖的时候，永远不要修改默认参数，它们不是函数签名的一部分，客户代码将因为不知情而将不同参数传递给函数，但是具体要传递哪一个参数，将取决于它们具有层次结构中哪个节点的访问权限。
  26. 如果基类的重载函数应该课件，则应该写一条using声明语句，在派生类中重新声明。

    第39条：考虑将虚拟函数声明为非公用的，将公用函数声明为非虚拟的

  27. 应该将虚拟函数设为私有的，或者如果派生类需要调用基类版本，则设为保护的。
  28. 将公用函数设为非虚拟的，将虚拟函数设为私有的，这就是所谓的非虚拟接口（Non Virtual Interface, NVI）模式
  29. 公用虚拟函数本质上有两种不同而且相互竞争的职责：
    • 它指定了接口。作为公用函数，它是类向外界提供的接口的一部分。
    • 它指定了实现细节。作为虚拟函数，它为派生类替换函数的基类实现提供了一个自定义点。
  30. 例外情况：NVI对析构函数不适用，因为他们的执行顺序很特殊
  31. NVI不支持调用者的协变返回类型，如果需要协变量对调用代码可见，而又不适用dynamic_cast向下强制，则将虚拟函数设为公有的会更容易。

C++中，只要原来的返回类型是指向类的指针或引用，新的返回类型是指向派生类的指针或引用，覆盖的方法就可以改变返回类型。

第40条：避免提供隐式转换

  1. 在C++中，一个转换序列最多只能包含一个用户定义的转换
  2. 避免隐式转换的方式：
    • 默认时，为单参数构造函数加上explicit 
      class Widget{
 explicit Widget(unsigned int widgetizationFactor);
 explicit Widget(const char* name, const Widget* other = 0);
};
    • 使用提供转换的命名函数代替转换操作符 
      class String{
 const char* as_char_pointer() const;
};
  3. 标准std::string定义了一个参数类型为const char*的隐式构造函数，设计者为其采取了预防措施：
    • 没有目标为const char*的自动转换，这种转换是通过两个命名函数c_str()和data()提供的
    • 对所有为std::string定义的比较操作符都进行了重载，从而能够以任意顺序比较const char*和std::String，这样就避免了创建隐藏的临时变量。

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