[读书笔记] -《C++ API设计》第6章 C++用法

1、使用命名空间特性会产生冗长的符号名，尤其是那些包含在几层嵌套命名空间中的符号。好在C++提供了使用using关键字，是的命名空间里的符号更加容易使用：

using namespace std;
string str("Look, no std::");

而更好的方式（因为它限定了引入全局命名空间的符号范围）是：

using std::string;
string str("Look, no std::");

然而，任何时候都不应该在公用API头文件的全局作用域内使用using关键字！这样做会导致所引用命名空间的全部符号在全局命名空间可见。这便破坏了使用命名空间的初衷。如果你希望在头文件中引用另一个命名空间的符号，应当使用完整限定名，例如：std::string。

2、“三大件”(Big Three)规则：析构函数、复制构造函数和赋值操作符这3个成员函数始终应该一起出现。

如果类分配了资源，则应该遵循“三大件”规则，同时定义析构函数、复制构造函数和赋值操作符。

3、为那些只接受一个参数的构造函数添加explicit是一种好的做法，用于阻止构造对象时特定的构造函数被隐式调用。

4、讨论将操作符定义为自由函数还是方法的最佳做法。

C++标准要求将下列操作符声明为成员方法，以确保它们接受左值作为其第一个操作数：

1> = 辅助；

2> [] 下标；

3> -> 类成员访问；

4> ->* 指针成员选择；

5> () 函数调用；

6> (T) 类型转换，即C风格的转换；

7> new/delete

其余的可重载操作符既可以定义为自由函数，也可以定义为类成员函数。站在良好API设计的角度，建议在定义操作符时尽量选择自由函数，而非类成员方法，原因如下。

1> 操作符对称性。如果二元操作符被定义为类的方法，它就必须有一个能用作左操作数的对象。以*操作符为例，这意味着用户能够编写类似currency*2这种表达式，（前提是已经定义了接受int类型的隐式构造函数或特定的*操作符。）但不能编写2*currency这种表达式，因为2.operator*(currency)没有意义。这破坏了用户期望的操作符交换性，即x*y应该和y*x等价。把*操作符声明为自由函数能带来很多益处。这样，如果没有显示声明构造函数，自由函数可以为左操作数和右操作数进行隐式类型转换。

2>降低耦合度。自由函数不能访问类的私有细节。由于它只能访问公有方法，因此降低了与类的耦合度。这是第2章所述的通用API设计理念：将不必访问私有成员或受保护的成员的类方法定义为自由函数，从而降低API的耦合度。

总结：除非操作符必须访问私有成员或受保护的成员，或它是=、[]、->、->*、()、(T)、new、delete其中之一，否则应该尽量将其声明为自由函数。

5、为类添加操作符

+=操作符会修改对象的内容，而我们知道所有的成员变量应该都是私有的，因此很可能需要将+=操作符定义为成员方法。另外，由于+操作符不会修改左操作数，从而也就不必访问私有成员，所以可以定义为自由函数。把这个操作符定义为自由函数还可以满足对称性的要求。实际上，+操作符可以通过+=操作符实现，这允许我们重用代码并且提供更加一致的行为。同时也减少了派生类需要重载的方法数量。

Currency operator + (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return Currency(lhs) += rhs;
}

同样的技巧可以应用于其他算术操作符，比如-、-=、*、*=、/以及/=。例如，*=可以实现成员函数，而*可以使用*=操作符实现为自由函数。

至于关系操作符==、!=、<、<=、>及>=，必须实现为自由函数以保证对称性。在Currency类这个例子中，可以使用公有的GetValue()方法实现这些操作符。但如果这些操作符还需要访问对象的私有成员，那么有一种方法可以解决这个矛盾。这种情况下，可以提供公有方法来测试等于和小于条件，比如IsEqualTo()和IsLessThan()。进而可以用这两种基本函数实现所有关系操作符。

bool operator == (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return lhs.IsEqualTo(rhs);
}bool operator != (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return !(lhs == rhs);
}bool operator < (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return lhs.IsLessThan(rhs);
}bool operator <= (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return !(lhs > rhs);
}bool operator > (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return rhs < lhs;
}bool operator >= (const Currency& lhs, const Currency& rhs)
{return rhs <= lhs;
}

最后考虑的操作符是<<，我会把它用于流的输出（而非移位）。流操作符应该声明为自由函数，因为第一个参数是流对象。你也可以使用公有的GetValue()方法达到此目的。如果流操作符需要访问类的私有成员，那么可以为<<创建公有的ToString()方法供其调用，从而避免使用友元。

6、转换操作符

转换操作符用于定义将对象自动转换成不同类型的对象。典型的例子是定义定制的字符串类，它可以传递给接收const char*指针的函数，比如C标准库函数strcmp()和strlen()。

class MyString
{
public:MyString(const char* string);//把MyString转换成C风格的字符串operator const char* () { return mBuffer; }
private:char* mBuffer;int mLength;
};MyString mystr("Haggis");
int same = strcmp(mystr, "Edible");
int len = strlen(mystr);

注意，转换操作符没有指定返回值类型。这是因为编译器可以根据操作符名字推断出类型，而且转换操作符没有参数。

总结：给类添加转换操作符，从而利用自动类型强制转换。

7、避免使用#define定义常量

#define预处理指令本质上是用一个字符串替换源码中的另一个字符串。例如：

#define SETUP_NOISE(i, b0, b1, r0, r1) \t = vec[i] + 0x1000; \b0 = (lltrunc(t)) & 0xff; \b1 = (b0 + 1) & 0xff; \r0 = t - lltrunc(t); \r1 = r0 - 1.f;

无论如何都不应该在公有API头文件中用这种方式使用#define，因为它会泄露实现细节。如果想在.cpp文件中使用这一技巧，并且理解#define的所有特性，那么尽管去做，但是绝不要在公有头文件中这样做。

剩下的问题是使用#define为API指定常量，比如：

#define MORPH_FADEIN_TIME  0.3f
#define MORPH_IN_TIME      1.1f
#define MORPH_FADEOUT_TIME 1.4f

应该避免采用#define的这种用法（当然，除非你正在编写纯C API），原因如下所述。

1>没有指定类型。#define不涉及为定义的常量做任何类型检查。因此必须确保显示地指定定义的常量类型，以避免歧义，比如对单精度浮点型常量使用f后缀。如果将一个浮点常量定义为10，那么某些情况下它会被假定为整型，继而引起意料之外的数学取整错误。

2>没有指定作用域。#define语句是全局的，不会被限制于诸如单个类的特定作用域。可以使用#undef预处理指令取消之前的#define，但这对于声明客户能够使用的常量而言没有什么意义。

3>没有访问控制。不能把#define标记为公有的、受保护的或私有的。它本质上是公有的。因此不能使用#define指定一个只能被你定义的某个基类的派生类访问的常量。

4>没有符号。前面给出的例子中，像MORPH_IN_TIME这样的符号名可能会被预处理器从代码中剥离，这样，编译器就无法看见这个名字，也就不能将其加入符号表。当客户试图调试使用API的代码时，这可能会隐藏一些重要信息，因为客户在调试器中只能看到一些没有任何描述性名字的常量值。

与使用#define声明API常量相比，更可取的办法是声明const常量，虽然定义const变量在某种程度上可能会使客户代码更臃肿。这里仅给出#define示例的另一个更好的版本：

class Morph
{
public:static const float FadeInTime;static const float InTime;static const float FadeOutTime;...
};

这些常量的实际值在关联的.cpp文件中指定。（如果确实想让用户知道这些常量的值，可以在Morph类的API文档中告知这些信息。）注意，这种表示法不存在前面提到的任何问题：常量被表明为浮点型，作用域在Morph类中，显示标记为公有访问，并且会在符号表中生成表项。

总结：使用静态const数据成员而非#define表示类常量。

#define的另一个用途是为给定的变量提供一系列可能的值。例如，

#define LEFT_JUSTIFIED    0
#define RIGHT_JUSTIFIED   1
#define CENTER_JUSTIFIED  2
#define FULL_JUSTIFIED    3

可以通过enum关键字定义枚举类型，以便更好地表达这一语义。使用枚举使得类型更加安全，因为此时编译器会使用符号名而不是直接以整数设定枚举值（除非把int显示转换成枚举类型）。这也让传递非法值更加困难，比如在前面给出的例子中无法传递-1或者23。可以把前面的#define定义代码转换成枚举类型，如下所示：

enum JustificationType {LEFT_JUSTIFIED,RIGHT_JUSTIFIED,CENTER_JUSTIFIED,FULL_JUSTIFIED
};

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