【C++ 实战】概论 | 代码风格 | 类 |生命周期 |

文章目录

• C++ 程序的生命周期
• 编程范式
• 代码风格
• • 注释
• 预处理阶段 :宏定义和条件编译
• • #include
  • 宏定义（#define / #undef）
  • 条件编译（#if/#else/#endif）
• 编译阶段 ： 属性和 静态断言
• • 编译阶段编程
  • 属性（attribute）
  • 静态断言（static_assert）
• 面向对象编程
• • 设计思想
  • 实现原则
  • 编码准则
  • 常用技巧
  • • 委托构造
    • “成员变量初始化”（In-class member initializer）。
  • “类型别名”（Type Alias）。
  • 小结

C++ 程序的生命周期

• 编码（Coding）、预处理（Pre-processing）、编译（Compiling）和运行 （Running)
  
• 编码阶段是 C++ 程序生命周期的起点，也是最重要的阶段，是后续阶段的基础，直接决定 了 C++ 程序的“生存质量, 最基本的要求是遵循语 言规范和设计文档，再高级一点的话，还有代码规范、注释规范、设计模式、编程惯用法， 等等
• 预处理:发挥作用的是预处理器（Pre-processor）。它的输入是编码阶段产生的源码 文件，输出是经过“预处理”的源码文件。“预处理”的目的是文字替换，用到的就是我们 熟悉的各种预处理指令,比如 #include、#define、#if 等，实现**“预处理编程”**。
• 编译:（编译 & 链接）: C++ 程序——经过预处理的源码——再经过编译器和链接器的“锤 炼”，生成可以在计算机上运行的二进制机器码。编译器还会根据 C++ 语言规则检查程序的语法、语义是否正确，发现错 误就会产生“编译失败”。这就是最基本的 C++“静态检查”
• 运行阶段:GDB 调试、日志追踪、性能分 析等，然后收集动态的数据、调整设计思路，再返回编码阶段，重走这个“瀑布模型”，实 现“螺旋上升式”的开发.
• 软件工程里的“蝴蝶效应”“混沌理论”: 一个 Bug 在越早的 阶段发现并解决，它的价值就越高；一个 Bug 在越晚的阶段发现并解决，它的成本就越高。
• 我们应该在“编码”“预处理”“编译”这前面三个阶段多 下功夫，消灭 Bug，优化代码，尽量不要让 Bug 在“运行”阶段才暴露出来

编程范式

• 面向对象：核心思想是“抽象”和“封装” , 它强调对象之间的关系和接口，而不是完成任务的具体步骤。
• 泛型编程：自 STL（标准模板库）纳入到 C++ 标准以后才逐渐流行起来的新范式,核心思想是“一切皆为类型”，使用模板而不是继承的方式来复用代码，运行效率更高，代码简洁。eg.template,vector …
• 模板元编程: 它的核心思想是“类型运算”，操作的数据是编译时可见的“类型”，所以也比较特殊，代码只能由编译器执行，而不能被运行时 的 CPU 执行。更多的是以库的方式来使用.
• 函数式： 核心思想是“一切皆可调用”，通过一系列连续或者嵌套的函数调用实现对数据的处
• 所以常用的范式是“过程 + 对象 + 泛型”，再加上少量的“函数式”，慎用“模板元”。认识、理解这些范式的优势和劣势，在程序里适当混用，取长补短才 是“王道

代码风格

代码风格

• 留白的艺术 : 恰当地运用空格和空行
  
• 起名字: 在于平时的词汇和经验积累，for循环的i/j/k、用于计数的 count、表示指针的 p/ptr、表示缓冲区的 buf/buffer、表示变化量的 delta、表示总和的 sum.
• snake_case命名：用的是全小写，单词之间用下划线连接。这是 C 和 C++ 主要采用的命名方式。
• 命名四条规则：

1. 变量、函数名和名字空间用 snake_case，全局变量加“g_”前缀；
2. 自定义类名用 CamelCase，成员函数用 snake_case，成员变量加“m_”前缀；
3. 宏和常量应当全大写，单词之间用下划线连接；
4. 尽量不要用下划线作为变量的前缀或者后缀（比如 local、name），很难识别。
   

注释

• 给代码配上额外的文字，起到注解、补充说明的作用。
• 注释必须要正确、清晰、有效，尽量言简意赅、点到为止，不要画蛇添足，更不 能写出含糊、错误的注释。
  
• 你就可以给它加上作者、功能说明、调用注意事项、可能的返回值， 尽量用英文， 避免乱码.最基本的是不要出现低级的语法、拼写错误
• 最好在文件的开头写上本文件的注释，里面有文件 的版权声明、更新历史、功能描述，等等。

预处理阶段 :宏定义和条件编译

• 预处理阶段编程的操作目标是“源码”，用各种指令控制预处理器，把源码改造成另一种形式，就像是捏橡皮泥一样。
• 预处理指令都以符号“#”开头,不属于 C++ 语言，它走的是预处理器，不受 C++ 语法规则的 约束。
• 预处理指令不应该受 C++ 代码缩进层次的影响,永远是顶格写.
  
• 预处理程序无法调试，得使用 gcc ‘-E’ 选项 ,略过后面的编译链接，只输出预处理后的源码。
• # 开头 or 顶格写

#include

• 可以包含任意的文件，不做什么检查，就是“死脑筋”把数据合并进源文件。
• ** 在写头文件的时候，为了防止代码被重复包含，通常要加上“Include Guard” ：用“#ifndef/#define/#endif”来保护整个头文件 。**
  

• #include”的特点玩些“小花样”，编写一些 代码片段，存进“*.inc”文件里，然后有选择地加载
  

宏定义（#define / #undef）

• #define ；文本替换”， “宏定义”

• 使用宏的时候一定要谨慎，时刻记着以简化代码、清晰易懂为目标，不要“滥用”， 避免导致源码混乱不堪，降低可读性。
  

• 宏是没有作用域概念的，永远是全局生效。

• 最好是用完后尽快用“#undef”取消定义，避免冲突的风险。
  

• 另一种做法是宏定义前先检查，如果之前有定义就先 undef，然后再重新定义：
  
  

条件编译（#if/#else/#endif）

• #if 判断依据
• 通常编译环境都会有一些预定义宏.
• CPU 支持的特殊指令集、操作系统 / 编译器 / 程 序库的版本、语言特性等，使用它们就可以早于运行阶段
• 宏是“__cplusplus”，它标记了 C++ 语言的版本号。
  
• g++ -E -dM - < /dev/null 查看C++ 里面其他的预定义的宏
  
  
• 区别是若 #include “” 查找成功，则遮蔽 #include <> 所能找到的同名文件；否则再按照 #include <> 的方式查找文件。另外标准库头文件都放在 #include <> 所查找的位置。一般来说 #include <> 的查找位置是标准库头文件所在目录， #include “” 的查找位置是当前源文件所在目录。不过这些都可由编译器调用参数等配置更改。

编译阶段 ： 属性和 静态断言 编译阶段编程

• 编译阶段 ：生成计算机可识别的机器码（machine instruction code）。
• 编译：输入（经过预处理的）C++ 源码，输出是二进制可执行 文件（也可能是汇编文件、动态库或者静态库）
• 把编译器想象成是一种特殊的“虚拟机”，在上面跑的是只有编译器才能识别、 处理的代码.

属性（attribute）

• C11 属性”:你可以把它理解为给变量、函数、类 等“贴”上一个编译阶段的“标签”，方便编译器识别处理。
• “属性”没有新增关键字，而是用两对方括号的形式“[[…]]”，方括号的中间就是属性标 签
  
• 在 C++11 里只定义了两个属性：“noreturn”和“carries_dependency”，它们 基本上没什么大用处。
• C++14 增加了一个比较实用的属性“deprecated”(弃用的)，用来标记不推 荐使用的变量、函数或者类。 可以用在C++11中

[[deprecated("deadline:2020-12-31")]] 
int old_func();

用到这个函数的程序都会报错
 warning: ‘int old_func()’ is deprecated: deadline:2020-12-31 [-Wdeprecated-decl]

• 几个有用的属性:
  • deprecated：与 C++14 相同，但可以用在 C++11 里。
  • unused：用于变量、类型、函数等，表示虽然暂时不用，但最好保留着，因为将来可能会用。
  • constructor：函数会在 main() 函数之前执行，效果有点像是全局对象的构造函数
  • destructor：函数会在 main() 函数结束之后执行，有点像是全局对象的析构函数。
  • always_inline：要求编译器强制内联函数，作用比 inline 关键字更强。
  • hot：标记“热点”函数，要求编译器更积极地优化。

[[gnu::unused]] int nouse;
// 声明下面的变量暂不使用，不是错误

静态断言（static_assert）

• assert 吧，它用来断言一个表达式必定为真。比如说，数字必须是正数，指针必须非空、函数必须返回 true：

assert(i > 0 && "i must be greater than zero"); 
assert(p != nullptr); 
assert(!str.empty());

• 当程序（也就是CPU）运行到 assert 语句时，就会计算表达式的值，如果是 false，就会输出错误消息，然后调用 abort() 终止程序的执行。
• abort：立刻terminate程序，没有任何清理工作. 相同的exit在调用之前一定要释放应该释放的资源.
• assert 虽然是一个宏，但在预处理阶段不生效，而是在运行阶段才起作用，所以又 叫“动态断言”。
• 静态断言：“static_assert”，一个专门的关键字，不是宏。因为它只在编译时生效， 运行阶段看不见，所以是“静态”的。
• 它是编译阶段里检测各种条件的“断言”，编译器看 到 static_assert 也会计算表达式的值，如果值是 false，就会报错，导致编译失败。
  
• 保证我们的程序只在 64 位系统上运行，可以用静态断言在编译阶段检查 long 的大小，必须是 8 个字节
  
• static_assert 运行在编译阶段，只能看到编译时的常数和类型
• 由于变量只能在运行阶段出现，而在编译阶段不存在，所 以静态断言无法处理。
  
• 想要更好地发挥静态断言的威力，还要配合标准库里 的“type_traits” （模板元编程）

// 假设T是一个模板参数，即template
static_assert( is_integral::value, "int");
static_assert( is_pointer::value, "ptr");
static_assert( is_default_constructible::value, "constructible");

• 编译阶段靠的是编译器，当我们可以使用属性 or 宏 进行控制 ，
• 受语言的限制，编译阶段编程就只能“魔改”那些传统的语法要素了：把类当成函数，把模板参数当成函数参数，把“::”当成 return 返回值
• 预处理阶段可以自定义宏，但编译阶段不能自定义属性标签，这是为什么呢？ 2. 你觉得，怎么用“静态断言”，才能更好地改善代码质量？

实际上是因为属性标签必须要由编译器解释，而自定义标签编译器是不认识的，所以只能等编译器开发者去加，而不能是自己加。静态断言是一种对编译环境的“前提”“假设”，要求在编译阶段必须如何如何。

面向对象编程 设计思想

• 主要就是 ： 要点是抽象（Abstraction）和封装（Encapsulation）。
• 面向对象编程的基本出发点是“对现实世界的模拟”，把问题中的实体抽象出来，封装为程 序里的类和对象，这样就在计算机里为现实问题建立了一个“虚拟模型”。
• “继承”的本意是重用代码，表述类型的从属关系（Is-A），但它却不能与现实完全对应， 所以用起来就会出现很多意外情况。
• “面向对象编程”是一种设计思想，要点是“抽象”和“封装”，“继承”“多态”是 衍生出的特性，不完全符合现实世界。

实现原则

• 在 C++ 里应当少用继承和虚函数，降低对象的成本，减少冗余代码，提高代码的健壮性，绕过那些难懂易错的陷阱。
• 如果使用继承的话， 要控制好层次 ， 不能超过三层(过分设计).
  
• 正确的做法应该是， 定义一个新的名字空间，把内部类都“提”到外面，降低原来类的耦合度和复杂度

编码准则

• final ：关键字 加在函数名后面 ， 意思是显示地禁用继承，防止其他人有意或者无意地产生派生类。无论是对人还是对编译器， 效果都非常好，我建议你一定要积极使用.
• 必须使用继承的场合，建议你只使用 public 继承，避免使用 virtual、protected。 也要加上final 终止继承关系。
  
• 在现代 C++ 里，一个类总是会有六大基本函数：三个构造(普通构造、转移构造函数和转移赋值函数)、两个赋值、一个析构.
• 对于比较重要的构造函数和析构函数，应该用“= default”的形式，明确 地告诉编译器（和代码阅读者）：“应该实现这个函数，但我不想自己写。”这样编译器就 得到了明确的指示，可以做更好的优化
  
• = delete”的形式。它表示明确地禁用某个函数形式，而且不限于构造 / 析构，可以 用于任何函数（成员函数、自由函数）。
  
• 为了防止意外的类型转换，保证安全，就要使用“explicit”将这些函数标记 为“显式”
  

常用技巧 委托构造

“成员变量初始化”（In-class member initializer）。

• 在类里声明变量的同时给它赋值，实现初始化，这样不但简单清 晰，也消除了隐患.

“类型别名”（Type Alias）。

• 名字通常都很长（特别是带上名字空间、模板参数），书 写起来很不方便，简化并且增强了可读性。

小结

1.“面向对象编程”是一种设计思想，要点是“抽象”和“封装”，“继承”“多态”是 衍生出的特性，不完全符合现实世界。
2. 在 C++ 里应当少用继承和虚函数，降低对象的成本，绕过那些难懂易错的陷阱。
3. 使用特殊标识符“final”可以禁止类被继承，简化类的层次关系。
4.类有六大基本函数，对于重要的构造 / 析构函数，可以使用“= default”来显式要求编 译器使用默认实现
4. “委托构造”和“成员变量初始化”特性可以让创建对象的工作更加轻松。
5. 使用 using 或 typedef 可以为类型起别名，既能够简化代码，还能够适应将来的变化。