编程规范 - C++其他特性 - 《华为方舟编译器开发文档》

C++ 其他特性

C++ 其他特性

常量与初始化

不变的值更易于理解、跟踪和分析，所以应该尽可能地使用常量代替变量，定义值的时候，应该把const作为默认的选项。

建议9.1.1 不允许使用宏来表示常量

说明：宏是简单的文本替换，在预处理阶段时完成，运行报错时直接报相应的值；跟踪调试时也是显示值，而不是宏名；宏没有类型检查，不安全；宏没有作用域。

#define MAX_MSISDN_LEN 20    // 不好
// C++请使用const常量
const int kMaxMsisdnLen = 20; // 好
// 对于C++11以上版本，可以使用constexpr
constexpr int kMaxMsisdnLen = 20;

建议9.1.2 一组相关的整型常量应定义为枚举

说明：枚举比#define或const int更安全。编译器会检查参数值是否位于枚举取值范围内，避免错误发生。

// 好的例子：
enum Week {
  kSunday,
  kMonday,
  kTuesday,
  kWednesday,
  kThursday,
  kFriday,
  kSaturday
};
enum Color {
  kRed,
  kBlack,
  kBlue
};
void ColorizeCalendar(Week today, Color color);
ColorizeCalendar(kBlue, kSunday); // 编译报错，参数类型错误
// 不好的例子:
const int kSunday = 0;
const int kMonday = 1;
const int kRed = 0;
const int kBlack = 1;
bool ColorizeCalendar(int today, int color);
ColorizeCalendar(kBlue, kSunday); // 不会报错

当枚举值需要对应到具体数值时，须在声明时显式赋值。否则不需要显式赋值，以避免重复赋值，降低维护(增加、删除成员)工作量。

// 好的例子：S协议里定义的设备ID值，用于标识设备类型
enum DeviceType {
  kUnknown = -1,
  kDsmp = 0,
  kIsmg = 1,
  kWapportal = 2
};

建议9.1.3 不允许使用魔鬼数字

所谓魔鬼数字即看不懂、难以理解的数字。

魔鬼数字并非一个非黑即白的概念，看不懂也有程度，需要自行判断。例如数字 12，在不同的上下文中情况是不一样的：type = 12; 就看不懂，但 month = year * 12; 就能看懂。数字 0 有时候也是魔鬼数字，比如 status = 0; 并不能表达是什么状态。

解决途径：对于局部使用的数字，可以增加注释说明对于多处使用的数字，必须定义 const 常量，并通过符号命名自注释。

禁止出现下列情况：没有通过符号来解释数字含义，如const int kZero = 0符号命名限制了其取值，如 const int kXxTimerInterval = 300，直接使用kXxTimerInterval来表示该常量是定时器的时间间隔。

规则9.1.1 常量应该保证单一职责

说明：一个常量只用来表示一个特定功能，即一个常量不能有多种用途。

// 好的例子：协议A和协议B，手机号(MSISDN)的长度都是20。
const unsigned int kAMaxMsisdnLen = 20;
const unsigned int kBMaxMsisdnLen = 20;
// 或者使用不同的名字空间：
namespace namespace1 {
const unsigned int kMaxMsisdnLen = 20;
}
namespace namespace2 {
const unsigned int kMaxMsisdnLen = 20;
}

建议9.1.4 禁止用memcpy_s、memset_s初始化非POD对象

说明：POD全称是Plain Old Data，是C++ 98标准(ISO/IEC 14882, first edition, 1998-09-01)中引入的一个概念，POD类型主要包括int, char, float，double，enumeration，void，指针等原始类型以及聚合类型，不能使用封装和面向对象特性（如用户定义的构造/赋值/析构函数、基类、虚函数等）。

由于非POD类型比如非聚合类型的class对象，可能存在虚函数，内存布局不确定，跟编译器有关，滥用内存拷贝可能会导致严重的问题。

即使对聚合类型的class，使用直接的内存拷贝和比较，破坏了信息隐蔽和数据保护的作用，也不提倡memcpy_s、memset_s操作。

对于POD类型的详细说明请参见附录。

建议9.1.5 变量使用时才声明并初始化

说明：变量在使用前未赋初值，是常见的低级编程错误。使用前才声明变量并同时初始化，非常方便地避免了此类低级错误。

在函数开始位置声明所有变量，后面才使用变量，作用域覆盖整个函数实现，容易导致如下问题：

程序难以理解和维护：变量的定义与使用分离。
变量难以合理初始化：在函数开始时，经常没有足够的信息进行变量初始化，往往用某个默认的空值(比如零)来初始化，这通常是一种浪费，如果变量在被赋于有效值以前使用，还会导致错误。遵循变量作用域最小化原则与就近声明原则，使得代码更容易阅读,方便了解变量的类型和初始值。特别是，应使用初始化的方式替代声明再赋值。

// 不好的例子：声明与初始化分离
string name;        // 声明时未初始化：调用缺省构造函数
name = "zhangsan";  // 再次调用赋值操作符函数；声明与定义在不同的地方，理解相对困难
// 好的例子：声明与初始化一体，理解相对容易
string name("zhangsan");  // 调用构造函数

表达式

规则9.2.1 含有变量自增或自减运算的表达式中禁止再次引用该变量

含有变量自增或自减运算的表达式中，如果再引用该变量，其结果在C++标准中未明确定义。各个编译器或者同一个编译器不同版本实现可能会不一致。为了更好的可移植性，不应该对标准未定义的运算次序做任何假设。

注意，运算次序的问题不能使用括号来解决，因为这不是优先级的问题。

示例：

x = b[i] + i++; // Bad: b[i]运算跟 i++，先后顺序并不明确。

正确的写法是将自增或自减运算单独放一行：

x = b[i] + i;
i++;            // Good: 单独一行

函数参数

Func(i++, i);   // Bad: 传递第2个参数时，不确定自增运算有没有发生

正确的写法

i++;            // Good: 单独一行
x = Func(i, i);

规则9.2.2 switch语句要有default分支

大部分情况下，switch语句中要有default分支，保证在遗漏case标签处理时能够有一个缺省的处理行为。

特例：如果switch条件变量是枚举类型，并且 case 分支覆盖了所有取值，则加上default分支处理有些多余。现代编译器都具备检查是否在switch语句中遗漏了某些枚举值的case分支的能力，会有相应的warning提示。

enum Color {
  kRed = 0,
  kBlue
};
// 因为switch条件变量是枚举值，这里可以不用加default处理分支
switch (color) {
  case kRed:
    DoRedThing();
    break;
  case kBlue:
    DoBlueThing();
    ...
    break;
}

建议9.2.1 表达式的比较，应当遵循左侧倾向于变化、右侧倾向于不变的原则

当变量与常量比较时，如果常量放左边，如 if (MAX == v) 不符合阅读习惯，而 if (MAX > v) 更是难于理解。应当按人的正常阅读、表达习惯，将常量放右边。写成如下方式：

if (value == MAX) {
}
if (value < MAX) {
}

也有特殊情况，如：if (MIN < value && value < MAX) 用来描述区间时，前半段是常量在左的。

不用担心将 '==' 误写成 '='，因为if (value = MAX) 会有编译告警，其他静态检查工具也会报错。让工具去解决笔误问题，代码要符合可读性第一。

建议9.2.2 使用括号明确操作符的优先级

使用括号明确操作符的优先级，防止因默认的优先级与设计思想不符而导致程序出错；同时使得代码更为清晰可读，然而过多的括号会分散代码使其降低了可读性。下面是如何使用括号的建议。

二元及以上操作符, 如果涉及多种操作符，则应该使用括号

x = a + b + c;         /* 操作符相同，可以不加括号 */
x = Foo(a + b, c);     /* 逗号两边的表达式，不需要括号 */
x = 1 << (2 + 3);      /* 操作符不同，需要括号 */
x = a + (b / 5);       /* 操作符不同，需要括号 */
x = (a == b) ? a : (a – b);    /* 操作符不同，需要括号 */

类型转换

避免使用类型分支来定制行为：类型分支来定制行为容易出错，是企图用C++编写C代码的明显标志。这是一种很不灵活的技术，要添加新类型时，如果忘记修改所有分支，编译器也不会告知。使用模板和虚函数，让类型自己而不是调用它们的代码来决定行为。

建议避免类型转换，我们在代码的类型设计上应该考虑到每种数据的数据类型是什么，而不是应该过度使用类型转换来解决问题。在设计某个基本类型的时候，请考虑：

是无符号还是有符号的
是适合float还是double
是使用int8，int16，int32还是int64，确定整形的长度但是我们无法禁止使用类型转换，因为C++语言是一门面向机器编程的语言，涉及到指针地址，并且我们会与各种第三方或者底层API交互，他们的类型设计不一定是合理的，在这个适配的过程中很容易出现类型转换。

例外：在调用某个函数的时候，如果我们不想处理函数结果，首先要考虑这个是否是你的最好的选择。如果确实不想处理函数的返回值，那么可以使用(void)转换来解决。

规则9.3.1 如果确定要使用类型转换，请使用有C++提供的类型转换，而不是C风格的类型转换

说明：

C++提供的类型转换操作比C风格更有针对性，更易读，也更加安全，C++提供的转换有：

类型转换：
dynamic_cast：主要用于继承体系下行转换，dynamic_cast具有类型检查的功能，请做好基类和派生类的设计，避免使用dynamic_cast来进行转换。
static_cast：和C风格转换相似可做值的强制转换，或上行转换(把派生类的指针或引用转换成基类的指针或引用)。该转换经常用于消除多重继承带来的类型歧义，是相对安全的。如果是纯粹的算数转换，那么请使用后面的大括号转换方式。
reinterpret_cast：用于转换不相关的类型。reinterpret_cast强制编译器将某个类型对象的内存重新解释成另一种类型，这是一种不安全的转换，建议尽可能少用reinterpret_cast。
const_cast：用于移除对象的const属性，使对象变得可修改，这样会破坏数据的不变性，建议尽可能少用。
算数转换：（C++11开始支持）对于那种算数转换，并且类型信息没有丢失的，比如float到double， int32到int64的转换，推荐使用大括号的初始方式。

double d{ someFloat };
int64_t i{ someInt32 };

建议9.3.1 避免使用dynamic_cast

dynamic_cast依赖于C++的RTTI，让程序员在运行时识别C++类对象的类型。
dynamic_cast的出现一般说明我们的基类和派生类设计出现了问题，派生类破坏了基类的契约，不得不通过dynamic_cast转换到子类进行特殊处理，这个时候更希望来改善类的设计，而不是通过dynamic_cast来解决问题。

建议9.3.2 避免使用reinterpret_cast

说明：reinterpret_cast用于转换不相关类型。尝试用reinterpret_cast将一种类型强制转换另一种类型，这破坏了类型的安全性与可靠性，是一种不安全的转换。不同类型之间尽量避免转换。

建议9.3.3 避免使用const_cast

说明：const_cast用于移除对象的const和volatile性质。

使用const_cast转换后的指针或者引用来修改const对象，行为是未定义的。

// 不好的例子
const int i = 1024; 
int* p = const_cast<int*>(&i);
*p = 2048;      // 未定义行为

// 不好的例子
class Foo {
 public:
  Foo() : i(3) {}
  void Fun(int v) {
    i = v;
  }
 private:
  int i;
};
int main(void) {
  const Foo f;
  Foo* p = const_cast<Foo*>(&f);
  p->Fun(8);  // 未定义行为
}

资源分配和释放

规则9.4.1 单个对象释放使用delete，数组对象释放使用delete []

说明：单个对象删除使用delete，数组对象删除使用delete []，原因：

调用new所包含的动作：从系统中申请一块内存，并调用此类型的构造函数。
调用new[n]所包含的动作：申请可容纳n个对象的内存，并且对每一个对象调用其构造函数。
调用delete所包含的动作：先调用相应的析构函数，再将内存归还系统。
调用delete[]所包含的动作：对每一个对象调用析构函数，再释放所有内存如果new和delete的格式不匹配，结果是未知的。对于非class类型， new和delete不会调用构造与析构函数。

错误写法：

const int KMaxArraySize = 100;
int* numberArray = new int[KMaxArraySize];
...
delete numberArray;
numberArray = NULL;

正确写法：

const int KMaxArraySize = 100;
int* numberArray = new int[KMaxArraySize];
...
delete[] numberArray;
numberArray = NULL;

建议9.4.1 使用 RAII 特性来帮助追踪动态分配

说明：RAII是“资源获取就是初始化”的缩语(Resource Acquisition Is Initialization)，是一种利用对象生命周期来控制程序资源(如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等)的简单技术。

RAII 的一般做法是这样的：在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。这种做法有两大好处：

我们不需要显式地释放资源。
对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。这样，就不必检查资源有效性的问题，可以简化逻辑、提高效率。示例：使用RAII不需要显式地释放互斥资源。

class LockGuard {
 public:
  LockGuard(const LockType& lockType): lock(lockType) {
    lock.Aquire();
  }
  ~LockGuard() {
    lock.Relase();
  }
 private:
  LockType lock;
};
bool Update() {
  LockGuard lockGuard(mutex);
  if (...) {
    return false;
  } else {
    // 操作数据
  }
  return true;
}

标准库

STL标准模板库在不同模块使用程度不同，这里列出一些基本规则和建议。

规则9.5.1 不要保存std::string的c_str()返回的指针

说明：在C++标准中并未规定string::c_str()指针持久有效，因此特定STL实现完全可以在调用string::c_str()时返回一个临时存储区并很快释放。所以为了保证程序的可移植性，不要保存string::c_str()的结果，而是在每次需要时直接调用。

示例：

void Fun1() {
  std::string name = "demo";
  const char* text = name.c_str();  // 表达式结束以后，name的生命周期还在，指针有效
  // 如果中间调用了string的非const成员函数，导致string被修改，比如operator[], begin()等
  // 可能会导致text的内容不可用，或者不是原来的字符串
  name = "test";
  name[1] = '2';
  // 后续使用text指针，其字符串内容不再是"demo"
}
void Fun2() {
  std::string name = "demo";
  std::string test = "test";
  const char* text = (name + test).c_str(); // 表达式结束以后，+号产生的临时对象被销毁，指针无效
    // 后续使用text指针，其已不再指向合法内存空间
}

例外：在少数对性能要求非常高的代码中，为了适配已有的只接受const char*类型入参的函数，可以临时保存string::c_str()返回的指针。但是必须严格保证string对象的生命周期长于所保存指针的生命周期，并且保证在所保存指针的生命周期内，string对象不会被修改。

建议9.5.1 使用std::string代替char*

说明：使用string代替char*有很多优势，比如：

不用考虑结尾的’\0’；
可以直接使用+, =, ==等运算符以及其它字符串操作函数；
不需要考虑内存分配操作，避免了显式的new/delete，以及由此导致的错误；需要注意的是某些stl实现中string是基于写时复制策略的，这会带来2个问题，一是某些版本的写时复制策略没有实现线程安全，在多线程环境下会引起程序崩溃；二是当与动态链接库相互传递基于写时复制策略的string时，由于引用计数在动态链接库被卸载时无法减少可能导致悬挂指针。因此，慎重选择一个可靠的stl实现对于保证程序稳定是很重要的。

例外：当调用系统或者其它第三方库的API时，针对已经定义好的接口，只能使用char*。但是在调用接口之前都可以使用string，在调用接口时使用string::c_str()获得字符指针。当在栈上分配字符数组当作缓冲区使用时，可以直接定义字符数组，不要使用string，也没有必要使用类似vector<char>等容器。

规则9.5.2 禁止使用auto_ptr

说明：在stl库中的std::auto_ptr具有一个隐式的所有权转移行为，如下代码：

auto_ptr<T> p1(new T);
auto_ptr<T> p2 = p1;

当执行完第2行语句后，p1已经不再指向第1行中分配的对象，而是变为NULL。正因为如此，auto_ptr不能被置于各种标准容器中。转移所有权的行为通常不是期望的结果。对于必须转移所有权的场景，也不应该使用隐式转移的方式。这往往需要程序员对使用auto_ptr的代码保持额外的谨慎，否则出现对空指针的访问。使用auto_ptr常见的有两种场景，一是作为智能指针传递到产生auto_ptr的函数外部，二是使用auto_ptr作为RAII管理类，在超出auto_ptr的生命周期时自动释放资源。对于第1种场景，可以使用std::shared_ptr来代替。对于第2种场景，可以使用C++11标准中的std::unique_ptr来代替。其中std::unique_ptr是std::auto_ptr的代替品，支持显式的所有权转移。

例外：在C++11标准得到普遍使用之前，在一定需要对所有权进行转移的场景下，可以使用std::auto_ptr，但是建议对std::auto_ptr进行封装，并禁用封装类的拷贝构造函数和赋值运算符，以使该封装类无法用于标准容器。

建议9.5.2 使用新的标准头文件

说明：使用C++的标准头文件时，请使用<cstdlib>这样的，而不是<stdlib.h>这种的。

const的用法

在声明的变量或参数前加上关键字 const 用于指明变量值不可被篡改 (如 const int foo ). 为类中的函数加上 const 限定符表明该函数不会修改类成员变量的状态 (如 class Foo { int Bar(char c) const; };)。 const 变量, 数据成员, 函数和参数为编译时类型检测增加了一层保障，便于尽早发现错误。因此, 我们强烈建议在任何可能的情况下使用 const。有时候，使用C++11的constexpr来定义真正的常量可能更好。

规则9.6.1 对于指针和引用类型的形参，如果是不需要修改的，请使用const

不变的值更易于理解/跟踪和分析，把const作为默认选项，在编译时会对其进行检查，使代码更牢固/更安全。

class Foo;
void PrintFoo(const Foo& foo);

规则9.6.2 对于不会修改成员变量的成员函数请使用const修饰

尽可能将成员函数声明为 const。访问函数应该总是 const。只要不修改数据成员的成员函数，都声明为const。

class Foo {
 public:
  // ...
  int PrintValue() const { // const修饰成员函数，不会修改成员变量
    std::cout << value << std::endl;
  }
  int GetValue() const { // const修饰成员函数，不会修改成员变量
    return value;
  }
 private:
  int value;
};

建议9.6.1 初始化后不会再修改的成员变量定义为const

class Foo {
 public:
  Foo(int length) : dataLength(length) {}
 private:
  const int dataLength;  
};

异常

建议9.7.1 C++11中，如果函数不会抛出异常，声明为noexcept

理由

如果函数不会抛出异常，声明为noexcept可以让编译器最大程度的优化函数，如减少执行路径，提高错误退出的效率。
vector等STL容器，为了保证接口的健壮性，如果保存元素的move运算符没有声明为noexcept，则在容器扩张搬移元素时不会使用move机制，而使用copy机制，带来性能损失的风险。如果一个函数不能抛出异常，或者一个程序并没有截获某个函数所抛出的异常并进行处理，那么这个函数可以用新的noexcept关键字对其进行修饰，表示这个函数不会抛出异常或者抛出的异常不会被截获并处理。例如：

extern "C" double sqrt(double) noexcept;  // 永远不会抛出异常
// 即使可能抛出异常，也可以使用 noexcept
// 这里不准备处理内存耗尽的异常，简单地将函数声明为noexcept
std::vector<int> MyComputation(const std::vector<int>& v) noexcept {
  std::vector<int> res = v;    // 可能会抛出异常
  // do something
  return res;
}

示例

RetType Function(Type params) noexcept;   // 最大的优化
RetType Function(Type params);            // 更少的优化
// std::vector 的 move 操作需要声明 noexcept
class Foo1 {
 public:
  Foo1(Foo1&& other);  // no noexcept
};
std::vector<Foo1> a1;
a1.push_back(Foo1());
a1.push_back(Foo1());  // 触发容器扩张，搬移已有元素时调用copy constructor
class Foo2 {
 public:
  Foo2(Foo2&& other) noexcept;
};
std::vector<Foo2> a2;
a2.push_back(Foo2());
a2.push_back(Foo2());  // 触发容器扩张，搬移已有元素时调用move constructor

注意默认构造函数、析构函数、swap函数，move操作符都不应该抛出异常。

模板

模板能够实现非常灵活简洁的类型安全的接口，实现类型不同但是行为相同的代码复用。

模板编程的缺点：

模板编程所使用的技巧对于使用c++不是很熟练的人是比较晦涩难懂的。在复杂的地方使用模板的代码让人更不容易读懂，并且debug 和维护起来都很麻烦。
模板编程经常会导致编译出错的信息非常不友好: 在代码出错的时候, 即使这个接口非常的简单, 模板内部复杂的实现细节也会在出错信息显示. 导致这个编译出错信息看起来非常难以理解。
模板如果使用不当，会导致运行时代码过度膨胀。
模板代码难以修改和重构。模板的代码会在很多上下文里面扩展开来, 所以很难确认重构对所有的这些展开的代码有用。所以，建议模板编程最好只用在少量的基础组件，基础数据结构上面。并且使用模板编程的时候尽可能把复杂度最小化，尽量不要让模板对外暴露。最好只在实现里面使用模板, 然后给用户暴露的接口里面并不使用模板, 这样能提高你的接口的可读性。并且你应该在这些使用模板的代码上写尽可能详细的注释。

宏

在C++语言中，我们强烈建议尽可能少使用复杂的宏

对于常量定义，请按照前面章节所述，使用const或者枚举；
对于宏函数，尽可能简单，并且遵循下面的原则，并且优先使用内联函数，模板函数等进行替换。

// 不推荐使用宏函数
#define SQUARE(a, b) ((a) * (b)) 
// 请使用模板函数，内联函数等来替换。
template<typename T> T Square(T a, T b) { return a * b; }

如果需要使用宏，请参考C语言规范的相关章节。例外：一些通用且成熟的应用，如：对 new, delete 的封装处理，可以保留对宏的使用。