第11章 其它編程經(jīng)驗(yàn)

11.1 使用const提高函數(shù)的健壯性
看到const關(guān)鍵字，C++程序員首先想到的可能是const常量。這可不是良好的條件反射。如果只知道用const定義常量，那么相當(dāng)于把火藥僅用于制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修飾函數(shù)的參數(shù)、返回值，甚至函數(shù)的定義體。

const是constant的縮寫，“恒定不變”的意思。被const修飾的東西都受到強(qiáng)制保護(hù)，可以預(yù)防意外的變動(dòng)，能提高程序的健壯性。所以很多C++程序設(shè)計(jì)書籍建議：“Use const whenever you need”。

11.1.1 用const修飾函數(shù)的參數(shù)
如果參數(shù)作輸出用，不論它是什么數(shù)據(jù)類型，也不論它采用“指針傳遞”還是“引用傳遞”，都不能加const修飾，否則該參數(shù)將失去輸出功能。

const只能修飾輸入?yún)?shù)：
*      如果輸入?yún)?shù)采用“指針傳遞”，那么加const修飾可以防止意外地改動(dòng)該指針，起到保護(hù)作用。
例如StringCopy函數(shù)：
void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);
其中strSource是輸入?yún)?shù)，strDestination是輸出參數(shù)。給strSource加上const修飾后，如果函數(shù)體內(nèi)的語(yǔ)句試圖改動(dòng)strSource的內(nèi)容，編譯器將指出錯(cuò)誤。

如果輸入?yún)?shù)采用“值傳遞”，由于函數(shù)將自動(dòng)產(chǎn)生臨時(shí)變量用于復(fù)制該參數(shù)，該輸入?yún)?shù)本來(lái)就無(wú)需保護(hù)，所以不要加const修飾。

例如不要將函數(shù)void Func1(int x) 寫成void Func1(const int x)。同理不要將函數(shù)void Func2(A a) 寫成void Func2(const A a)。其中A為用戶自定義的數(shù)據(jù)類型。

對(duì)于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的參數(shù)而言，象void Func(A a) 這樣聲明的函數(shù)注定效率比較
底。因?yàn)楹瘮?shù)體內(nèi)將產(chǎn)生A類型的臨時(shí)對(duì)象用于復(fù)制參數(shù)a，而臨時(shí)對(duì)象的構(gòu)造、復(fù)制、析構(gòu)過(guò)程都將消耗時(shí)間。

為了提高效率，可以將函數(shù)聲明改為void Func(A &a)，因?yàn)?#8220;引用傳遞”僅借用一下參數(shù)的別名而已，不需要產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象。但是函數(shù)void Func(A &a) 存在一個(gè)缺點(diǎn)：“引用傳遞”有可能改變參數(shù)a，這是我們不期望的。解決這個(gè)問(wèn)題很容易，加const修飾即可，因此函數(shù)最終成為void Func(const A &a)。

以此類推，是否應(yīng)將void Func(int x) 改寫為void Func(const int &x)，以便提高效率？完全沒(méi)有必要，因?yàn)閮?nèi)部數(shù)據(jù)類型的參數(shù)不存在構(gòu)造、析構(gòu)的過(guò)程，而復(fù)制也非常快，“值傳遞”和“引用傳遞”的效率幾乎相當(dāng)。

問(wèn)題是如此的纏綿，我只好將“const &”修飾輸入?yún)?shù)的用法總結(jié)一下，如表。

對(duì)于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的輸入?yún)?shù)，應(yīng)該將“值傳遞”的方式改為“const引用傳遞”，目的是提高效率。例如將void Func(A a) 改為void Func(const A &a)。
 
對(duì)于內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的輸入?yún)?shù)，不要將“值傳遞”的方式改為“const引用傳遞”。否則既達(dá)不到提高效率的目的，又降低了函數(shù)的可理解性。例如void Func(int x) 不應(yīng)該改為void Func(const int &x)。

表11-1-1 “const &”修飾輸入?yún)?shù)的規(guī)則
 
11.1.2 用const修飾函數(shù)的返回值

如果給以“指針傳遞”方式的函數(shù)返回值加const修飾，那么函數(shù)返回值（即指針）的內(nèi)容不能被修改，該返回值只能被賦給加const修飾的同類型指針。

例如函數(shù)
     const char * GetString(void);
如下語(yǔ)句將出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤：
    char *str = GetString();
正確的用法是
        const char *str = GetString();

如果函數(shù)返回值采用“值傳遞方式”，由于函數(shù)會(huì)把返回值復(fù)制到外部臨時(shí)的存儲(chǔ)單元中，加const修飾沒(méi)有任何價(jià)值。
例如不要把函數(shù)int GetInt(void) 寫成const int GetInt(void)。
同理不要把函數(shù)A GetA(void) 寫成const A GetA(void)，其中A為用戶自定義的數(shù)據(jù)類
型。
如果返回值不是內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，將函數(shù)A GetA(void) 改寫為const A & GetA(void)的確能提高效率。但此時(shí)千萬(wàn)千萬(wàn)要小心，一定要搞清楚函數(shù)究竟是想返回一個(gè)對(duì)象的“拷貝”還是僅返回“別名”就可以了，否則程序會(huì)出錯(cuò)。見6.2節(jié)“返回值的規(guī)則”。

函數(shù)返回值采用“引用傳遞”的場(chǎng)合并不多，這種方式一般只出現(xiàn)在類的賦值函數(shù)中，目的是為了實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)奖磉_(dá)。

例如
    class A
    {…
        A & operate = (const A &other);    // 賦值函數(shù)
    };
    A a, b, c;         // a, b, c 為A的對(duì)象
    …
    a = b = c;            // 正常的鏈?zhǔn)劫x值
    (a = b) = c;      // 不正常的鏈?zhǔn)劫x值，但合法

如果將賦值函數(shù)的返回值加const修飾，那么該返回值的內(nèi)容不允許被改動(dòng)。上例中，語(yǔ)句 a = b = c仍然正確，但是語(yǔ)句 (a = b) = c 則是非法的。

11.1.3 const成員函數(shù)
任何不會(huì)修改數(shù)據(jù)成員的函數(shù)都應(yīng)該聲明為const類型。如果在編寫const成員函數(shù)時(shí)，不慎修改了數(shù)據(jù)成員，或者調(diào)用了其它非const成員函數(shù)，編譯器將指出錯(cuò)誤，這無(wú)疑會(huì)提高程序的健壯性。

以下程序中，類stack的成員函數(shù)GetCount僅用于計(jì)數(shù)，從邏輯上講GetCount應(yīng)當(dāng)為const函數(shù)。編譯器將指出GetCount函數(shù)中的錯(cuò)誤。
    class Stack
{
      public:
        void     Push(int elem);
        int     Pop(void);
        int     GetCount(void)  const;  // const成員函數(shù)
      private:
        int     m_num;
        int     m_data[100];
};

    int Stack::GetCount(void)  const
{
        ++ m_num;  // 編譯錯(cuò)誤，企圖修改數(shù)據(jù)成員m_num
    Pop();      // 編譯錯(cuò)誤，企圖調(diào)用非const函數(shù)
    return m_num;
    }
    const成員函數(shù)的聲明看起來(lái)怪怪的：const關(guān)鍵字只能放在函數(shù)聲明的尾部，大概是因?yàn)槠渌胤蕉家呀?jīng)被占用了。

11.2 提高程序的效率
程序的時(shí)間效率是指運(yùn)行速度，空間效率是指程序占用內(nèi)存或者外存的狀況。

全局效率是指站在整個(gè)系統(tǒng)的角度上考慮的效率，局部效率是指站在模塊或函數(shù)角度上考慮的效率。

【規(guī)則11-2-1】不要一味地追求程序的效率，應(yīng)當(dāng)在滿足正確性、可靠性、健壯性、可讀性等質(zhì)量因素的前提下，設(shè)法提高程序的效率。

【規(guī)則11-2-2】以提高程序的全局效率為主，提高局部效率為輔。

【規(guī)則11-2-3】在優(yōu)化程序的效率時(shí)，應(yīng)當(dāng)先找出限制效率的“瓶頸”，不要在無(wú)
關(guān)緊要之處優(yōu)化。

【規(guī)則11-2-4】先優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，再優(yōu)化執(zhí)行代碼。

【規(guī)則11-2-5】有時(shí)候時(shí)間效率和空間效率可能對(duì)立，此時(shí)應(yīng)當(dāng)分析那個(gè)更重要，作出適當(dāng)?shù)恼壑?。例如多花費(fèi)一些內(nèi)存來(lái)提高性能。

【規(guī)則11-2-6】不要追求緊湊的代碼，因?yàn)榫o湊的代碼并不能產(chǎn)生高效的機(jī)器碼。
 
11.3 一些有益的建議
【建議11-3-1】當(dāng)心那些視覺上不易分辨的操作符發(fā)生書寫錯(cuò)誤。
我們經(jīng)常會(huì)把“＝＝”誤寫成“＝”，象“││”、“&&”、“<=”、“>=”這類符號(hào)也很容易發(fā)生“丟1”失誤。然而編譯器卻不一定能自動(dòng)指出這類錯(cuò)誤。

【建議11-3-2】變量（指針、數(shù)組）被創(chuàng)建之后應(yīng)當(dāng)及時(shí)把它們初始化，以防止把未被初始化的變量當(dāng)成右值使用。

【建議11-3-3】當(dāng)心變量的初值、缺省值錯(cuò)誤，或者精度不夠。

【建議11-3-4】當(dāng)心數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換發(fā)生錯(cuò)誤。盡量使用顯式的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換（讓人們知道發(fā)生了什么事），避免讓編譯器輕悄悄地進(jìn)行隱式的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。

【建議11-3-5】當(dāng)心變量發(fā)生上溢或下溢，數(shù)組的下標(biāo)越界。

【建議11-3-6】當(dāng)心忘記編寫錯(cuò)誤處理程序，當(dāng)心錯(cuò)誤處理程序本身有誤。

【建議11-3-7】當(dāng)心文件I/O有錯(cuò)誤。

【建議11-3-8】避免編寫技巧性很高代碼。

【建議11-3-9】不要設(shè)計(jì)面面俱到、非常靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

【建議11-3-10】如果原有的代碼質(zhì)量比較好，盡量復(fù)用它。但是不要修補(bǔ)很差勁的代碼，應(yīng)當(dāng)重新編寫。

【建議11-3-11】盡量使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，不要“發(fā)明”已經(jīng)存在的庫(kù)函數(shù)。

【建議11-3-12】盡量不要使用與具體硬件或軟件環(huán)境關(guān)系密切的變量。

【建議11-3-13】把編譯器的選擇項(xiàng)設(shè)置為最嚴(yán)格狀態(tài)。

【建議11-3-14】如果可能的話，使用PC-Lint、LogiScope等工具進(jìn)行代碼審查。

參考文獻(xiàn)
[Cline] Marshall P. Cline and Greg A. Lomow, C++ FAQs, Addison-Wesley, 1995
[Eckel] Bruce Eckel, Thinking in C++（C++ 編程思想，劉宗田 等譯），機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[Maguire] Steve Maguire, Writing Clean Code（編程精粹，姜靜波 等譯），電子工業(yè)出版社，
1993
[Meyers] Scott Meyers, Effective C++, Addison-Wesley, 1992
[Murry] Robert B. Murry, C++ Strategies and Tactics, Addison-Wesley, 1993