《高质量c++编程指南》

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高质量c++编程指南- 第11部分


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//(3)对派生类的数据成员赋值
m_x = other。m_x;
m_y = other。m_y;
m_z = other。m_z;

//(4)返回本对象的引用
return *this;


9。9 一些心得体会
  有些C++程序设计书籍称构造函数、析构函数和赋值函数是类的〃Big…Three〃,它们的确是任何类最重要的函数,不容轻视。
  也许你认为本章的内容已经够多了,学会了就能平安无事,我不能作这个保证。如果你希望吃透〃Big…Three〃,请好好阅读参考文献'Cline' 'Meyers' 'Murry'。



第10章 类的继承与组合

  对象(Object)是类(Class)的一个实例(Instance)。如果将对象比作房子,那么类就是房子的设计图纸。所以面向对象设计的重点是类的设计,而不是对象的设计。
  对于C++程序而言,设计孤立的类是比较容易的,难的是正确设计基类及其派生类。本章仅仅论述〃继承〃(Inheritance)和〃组合〃(position)的概念。
  注意,当前面向对象技术的应用热点是和CORBA,这些内容超出了C++教材的范畴,请阅读和CORBA相关论著。
10。1 继承
  如果A是基类,B是A的派生类,那么B将继承A的数据和函数。例如:
class A
  {
  public:
void  Func1(void);
void  Func2(void);
};

  class B : public A
  {
  public:
void  Func3(void);
void  Func4(void);
};

main()
  {
B  b;
b。Func1(); // B从A继承了函数Func1
b。Func2(); // B从A继承了函数Func2
b。Func3();
b。Func4();
  }
  
  这个简单的示例程序说明了一个事实:C++的〃继承〃特性可以提高程序的可复用性。正因为〃继承〃太有用、太容易用,才要防止乱用〃继承〃。我们应当给〃继承〃立一些使用规则。
  
* 【规则10…1…1】如果类A和类B毫不相关,不可以为了使B的功能更多些而让B继承A的功能和属性。不要觉得〃白吃白不吃〃,让一个好端端的健壮青年无缘无故地吃人参补身体。
* 【规则10…1…2】若在逻辑上B是A的〃一种〃(a kind of ),则允许B继承A的功能和属性。例如男人(Man)是人(Human)的一种,男孩(Boy)是男人的一种。那么类Man可以从类Human派生,类Boy可以从类Man派生。
class Human
  {
。。。
  };
class Man : public Human
  {
。。。
  };
class Boy : public Man
  {
。。。
  };

* 注意事项
  【规则10…1…2】看起来很简单,但是实际应用时可能会有意外,继承的概念在程序世界与现实世界并不完全相同。
  例如从生物学角度讲,鸵鸟(Ostrich)是鸟(Bird)的一种,按理说类Ostrich应该可以从类Bird派生。但是鸵鸟不能飞,那么Ostrich::Fly是什么东西?
class Bird

public:
virtual void Fly(void);
。。。
};

class Ostrich : public Bird

。。。
};

  例如从数学角度讲,圆(Circle)是一种特殊的椭圆(Ellipse),按理说类Circle应该可以从类Ellipse派生。但是椭圆有长轴和短轴,如果圆继承了椭圆的长轴和短轴,岂非画蛇添足?
所以更加严格的继承规则应当是:若在逻辑上B是A的〃一种〃,并且A的所有功能和属性对B而言都有意义,则允许B继承A的功能和属性。
10。2 组合
* 【规则10…2…1】若在逻辑上A是B的〃一部分〃(a part of),则不允许B从A派生,而是要用A和其它东西组合出B。
  例如眼(Eye)、鼻(Nose)、口(Mouth)、耳(Ear)是头(Head)的一部分,所以类Head应该由类Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成,不是派生而成。如示例10…2…1所示。
  
class Eye

  public:
  void  Look(void);
};
class Nose

  public:
  void  Smell(void);
};
class Mouth

  public:
  void  Eat(void);
};
class Ear

  public:
  void  Listen(void);
};
// 正确的设计,虽然代码冗长。 
class Head

  public:
void  Look(void) {  m_eye。Look();  }
void  Smell(void) {  m_nose。Smell();  }
void  Eat(void) {  m_mouth。Eat();  }
void  Listen(void) {  m_ear。Listen();  }
  private:
Eye   m_eye;
Nose   m_nose;
Mouth   m_mouth;
Ear   m_ear;
};
  示例10…2…1 Head由Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成
  
  如果允许Head从Eye、Nose、Mouth、Ear派生而成,那么Head将自动具有Look、 Smell、Eat、Listen这些功能。示例10…2…2十分简短并且运行正确,但是这种设计方法却是不对的。
  
// 功能正确并且代码简洁,但是设计方法不对。
  class Head : public Eye; public Nose; public Mouth; public Ear
  {
  };
  示例10…2…2  Head从Eye、Nose、Mouth、Ear派生而成
  
  一只公鸡使劲地追打一只刚下了蛋的母鸡,你知道为什么吗?
  因为母鸡下了鸭蛋。
  很多程序员经不起〃继承〃的诱惑而犯下设计错误。〃运行正确〃的程序不见得是高质量的程序,此处就是一个例证。
  
  
第11章 其它编程经验
11。1 使用const提高函数的健壮性
  看到const关键字,C++程序员首先想到的可能是const常量。这可不是良好的条件反射。如果只知道用const定义常量,那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修饰函数的参数、返回值,甚至函数的定义体。
  const是constant的缩写,〃恒定不变〃的意思。被const修饰的东西都受到强制保护,可以预防意外的变动,能提高程序的健壮性。所以很多C++程序设计书籍建议:〃Use const whenever you need〃。
  
11。1。1 用const修饰函数的参数
  如果参数作输出用,不论它是什么数据类型,也不论它采用〃指针传递〃还是〃引用传递〃,都不能加const修饰,否则该参数将失去输出功能。
  const只能修饰输入参数: 
* 如果输入参数采用〃指针传递〃,那么加const修饰可以防止意外地改动该指针,起到保护作用。
  例如StringCopy函数:
void StringCopy(char *strDestination; const char *strSource);
其中strSource是输入参数,strDestination是输出参数。给strSource加上const修饰后,如果函数体内的语句试图改动strSource的内容,编译器将指出错误。

* 如果输入参数采用〃值传递〃,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,该输入参数本来就无需保护,所以不要加const修饰。
  例如不要将函数void Func1(int x) 写成void Func1(const int x)。同理不要将函数void Func2(A a) 写成void Func2(const A a)。其中A为用户自定义的数据类型。

* 对于非内部数据类型的参数而言,象void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A类型的临时对象用于复制参数a,而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。
  为了提高效率,可以将函数声明改为void Func(A &a),因为〃引用传递〃仅借用一下参数的别名而已,不需要产生临时对象。但是函数void Func(A &a) 存在一个缺点:〃引用传递〃有可能改变参数a,这是我们不期望的。解决这个问题很容易,加const修饰即可,因此函数最终成为void Func(const A &a)。
  以此类推,是否应将void Func(int x) 改写为void Func(const int &x),以便提高效率?完全没有必要,因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程,而复制也非常快,〃值传递〃和〃引用传递〃的效率几乎相当。
问题是如此的缠绵,我只好将〃const &〃修饰输入参数的用法总结一下,如表11…1…1所示。

  对于非内部数据类型的输入参数,应该将〃值传递〃的方式改为〃const引用传递〃,目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。
  
  对于内部数据类型的输入参数,不要将〃值传递〃的方式改为〃const引用传递〃。否则既达不到提高效率的目的,又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。
  
表11…1…1 〃const &〃修饰输入参数的规则

11。1。2 用const修饰函数的返回值
* 如果给以〃指针传递〃方式的函数返回值加const修饰,那么函数返回值(即指针)的内容不能被修改,该返回值只能被赋给加const修饰的同类型指针。
  例如函数
const char * GetString(void);
  如下语句将出现编译错误:
char *str = GetString();
  正确的用法是
const char *str = GetString();

* 如果函数返回值采用〃值传递方式〃,由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中,加const修饰没有任何价值。
例如不要把函数int GetInt(void) 写成const int GetInt(void)。
同理不要把函数A GetA(void) 写成const A GetA(void),其中A为用户自定义的数据类型。
如果返回值不是内部数据类型,将函数A GetA(void) 改写为const A & GetA(void)的确能提高效率。但此时千万千万要小心,一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的〃拷贝〃还是仅返回〃别名〃就可以了,否则程序会出错。见6。2节〃返回值的规则〃。

* 函数返回值采用〃引用传递〃的场合并不多,这种方式一般只出现在类的赋值函数中,目的是为了实现链式表达。
  例如
class A
{。。。
A & operate = (const A &other); // 赋值函数
};
A a; b; c;  // a; b; c 为A的对象
。。。
a = b = c; // 正常的链式赋值
(a = b) = c; // 不正常的链式赋值,但合法
  如果将赋值函数的返回值加const修饰,那么该返回值的内容不允许被改动。上例中,语句 a = b = c仍然正确,但是语句 (a = b) = c 则是非法的。

11。1。3 const成员函数
任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const类型。如果在编写const成员函数时,不慎修改了数据成员,或者调用了其它非const成员函数,编译器将指出错误,这无疑会提高程序的健壮性。
  以下程序中,类stack的成员函数GetCount仅用于计数,从逻辑上讲GetCount应当为const函数。编译器将指出GetCount函数中的错误。
class Stack
  {
  public:
void  Push(int elem);
int  Pop(void);
int GetCount(void)  const; // const成员函数
  private:
int m_num;
int m_data'100';
  };

int Stack::GetCount(void)  const
  {
++ m_num; // 编译错误,企图修改数据成员m_num
   Pop(); // 编译错误,企图调用非const函数
   return m_num;

const成员函数的声明看起来怪怪的:const关键字只能放在函数声明的尾部,大概是因为其它地方都已经被占用了。
11。2 提高程序的效率
  程序的时间效率是指运行速度,空间效率是指程序占用内存或者外存的状况。
  全局效率是指站在整个系统的角度上考虑的效率,局部效率是指站在模块或函数角度上考虑的效率。
  
* 【规则11…2…1】不要一味地追求程序的效率,应当在满足正确性、可靠性、健壮性、可读性等质量因素的前提下,设法提高程序的效率。
  
* 【规则11…2…2】以提高程序的全局效率为主,提高局部效率为辅。

* 【规则11…2…3】在优化程序的效率时,应当先找出限制效率的〃瓶颈〃,不要在无关紧要之处优化。

* 【规则11…2…4】先优化数据结构和算法,再优化执行代码。

* 【规则11…2…5】有时候时间效率和空间效率可能对立,此时应当分析那个更重要,作出适当的折衷。例如多花费一些内存来提高性能。

* 【规则11…2…6】不要追求紧凑的代码,因为紧凑的代码并不能产生高效的机器码。

11。3 一些有益的建议
* 【建议11…3…1】当心那些视觉上不易分辨的操作符发生书写错误。
我们经常会把〃==〃误写成〃=〃,象〃||〃、〃&&〃、〃=〃这类符号也很容易发生〃丢1〃失误。然而编译器却不一定能自动指出这类错误。

* 【建议11…3…2】变量(指针、数组)被创建之后
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