本系列是开源书C++ Best Practises的中文版,全书从工具、代码风格、安全性、可维护性、可移植性、多线程、性能、正确性等角度全面介绍了现代 C++项目的最佳实践。本文是该系列的第二篇。
C++最佳实践:
代码风格
代码风格最重要的是一致性,其次是遵循 C++程序员习惯的阅读风格。
C++允许任意长度的标识符名称,因此在命名时没必要非要保持简洁,建议使用描述性名称,并在风格上保持一致。
CamelCase
(驼峰命名法)snake_case
(蛇形命名法)
这两种是很常见的命名规范,snake_case
的优点是,在需要的时候可以适配拼写检查器。
建立代码风格指南
无论建立什么样的代码风格指南,一定要实现指定期望风格的.clang-format
文件。虽然这对命名没有帮助,但对于开源项目来说,保持一致的风格尤为重要。
许多 IDE、编辑器都支持内置的 clang-format,或者可以很方便的通过加载项安装。
- VSCode: Microsoft C/C++ extension for VS Code
- CLion: ClangFormat as alternative formatter
- VisualStudio: ClangFormat
- Resharper++: Using Clang-Format
- Vim
- Format your C family code
- vim-autoformat
- XCode: ClangFormat-Xcode
通用 C++命名约定
- 类以大写字母开头:
MyClass
。 - 函数和变量以小写字母开头:
myMethod
。 - 常量全部大写:
const double PI=3.14159265358979323
。
C++标准库(以及其他著名 C++库,如Boost)使用以下指导原则:
- 宏使用大写和下划线:
INT_MAX
。 - 模板参数名使用驼峰命名法:
InputIterator
。 - 所有其他名称都使用蛇形命名法:
unordered_map
。
区分私有对象数据
使用m_
前缀命名私有数据,以区别于公共数据,m_
代表“member(成员)”数据。
区分函数参数
最重要的是保持代码库的一致性,这是一种有助于保持一致性的方式。
使用t_
前缀命名函数参数,t_
可以被认为是“the”,但其可以表示任意含义,关键是要将函数参数与作用域内的其他变量区分开来,同时遵循一致的命名策略。
可以为团队选择任何前缀或后缀,下面是一个例子,提出了一个有争议的建议,相关讨论见issue #11。
struct Size { int width; int height; Size(int t_width, int t_height) : width(t_width), height(t_height) {} }; // This version might make sense for thread safety or something, // but more to the point, sometimes we need to hide data, sometimes we don't. class PrivateSize { public: int width() const { return m_width; } int height() const { return m_height; } PrivateSize(int t_width, int t_height) : m_width(t_width), m_height(t_height) {} private: int m_width; int m_height; };
不要用下划线(_)作为名字的开头
_ 开头的名字有可能与编译器或标准库的保留名发生冲突: What are the rules about using an underscore in a C++ identifier?
良好代码风格示例
class MyClass { public: MyClass(int t_data) : m_data(t_data) { } int getData() const { return m_data; } private: int m_data; };
使 Out-of-Source-Directory 构建
确保构建生成的文件存放在与源文件夹分离的输出文件夹中。
使用nullptr
C++11 引入了nullptr
表示空指针,应该用来代替0
或NULL
来指示空指针。
注释
注释块应该使用//
,而不是/* */
,使用//
可以更容易的在调试时注释掉代码块。
// this function does something int myFunc() { }
要在调试期间注释掉这个函数块,可以这样做:
/* // this function does something int myFunc() { } */
如果函数头注释使用/* */
,这么做就会有冲突。
永远不要在头文件中使用using namespace
这会导致正在using
的命名空间被强行拉入到包含头文件的所有文件的命名空间中,从而造成命名空间污染,并可能在导致名称冲突。在实现文件中using
命名空间就足够了。
Include 保护符
头文件必须包含名称清晰的 include 保护符,从而避免同一头文件被多次 include 的问题,并防止与其他项目的头文件发生冲突。
#ifndef MYPROJECT_MYCLASS_HPP #define MYPROJECT_MYCLASS_HPP namespace MyProject { class MyClass { }; } #endif
此外还可以考虑使用#pragma once
指令,这是许多编译器的准标准,内容简短,意图明确。
代码块必须包含{}
省略{}
可能会导致代码语义错误。
// Bad Idea // This compiles and does what you want, but can lead to confusing // errors if modification are made in the future and close attention // is not paid. for (int i = 0; i < 15; ++i) std::cout << i << std::endl; // Bad Idea // The cout is not part of the loop in this case even though it appears to be. int sum = 0; for (int i = 0; i < 15; ++i) ++sum; std::cout << i << std::endl; // Good Idea // It's clear which statements are part of the loop (or if block, or whatever). int sum = 0; for (int i = 0; i < 15; ++i) { ++sum; std::cout << i << std::endl; }
保持每行代码长度合理
// Bad Idea // hard to follow if (x && y && myFunctionThatReturnsBool() && caseNumber3 && (15 > 12 || 2 < 3)) { } // Good Idea // Logical grouping, easier to read if (x && y && myFunctionThatReturnsBool() && caseNumber3 && (15 > 12 || 2 < 3)) { }
许多项目和编码标准都对此制定了软规则,即每行字符应该少于 80 或 100 个,这样的代码通常更容易阅读,此外还可以把两个文件并排显示在一个屏幕上,不用小字体也能看到全部代码。
使用""
表示 include 本地文件
...<>
表示include系统文件。
// Bad Idea. Requires extra -I directives to the compiler // and goes against standards. #include <string> #include <includes/MyHeader.hpp> // Worse Idea // Requires potentially even more specific -I directives and // makes code more difficult to package and distribute. #include <string> #include <MyHeader.hpp> // Good Idea // Requires no extra params and notifies the user that the file // is a local file. #include <string> #include "MyHeader.hpp"
初始化成员变量
...使用成员初始化列表。
对于 POD 类型,初始化列表的性能与手动初始化相同,但对于其他类型,有明显的性能提升,见下文。
// Bad Idea class MyClass { public: MyClass(int t_value) { m_value = t_value; } private: int m_value; }; // Bad Idea // This leads to an additional constructor call for m_myOtherClass // before the assignment. class MyClass { public: MyClass(MyOtherClass t_myOtherClass) { m_myOtherClass = t_myOtherClass; } private: MyOtherClass m_myOtherClass; }; // Good Idea // There is no performance gain here but the code is cleaner. class MyClass { public: MyClass(int t_value) : m_value(t_value) { } private: int m_value; }; // Good Idea // The default constructor for m_myOtherClass is never called here, so // there is a performance gain if MyOtherClass is not is_trivially_default_constructible. class MyClass { public: MyClass(MyOtherClass t_myOtherClass) : m_myOtherClass(t_myOtherClass) { } private: MyOtherClass m_myOtherClass; };
在 C++11 中,可以为每个成员初始化默认值(使用=
或使用{}
)。
使用=
设置默认值
// ... // private: int m_value = 0; // allowed unsigned m_value_2 = -1; // narrowing from signed to unsigned allowed // ... //
这样可以确保不会出现构造函数“忘记”初始化成员对象的情况。
用大括号初始化默认值
用大括号初始化不允许在编译时截断数据长度。
// Best Idea // ... // private: int m_value{ 0 }; // allowed unsigned m_value_2 { -1 }; // narrowing from signed to unsigned not allowed, leads to a compile time error // ... //
除非有明确的理由,否则优先使用{}
初始化,而不是=
。
忘记初始化成员会导致未定义行为错误,而这些错误通常很难发现。
如果成员变量在初始化后不会更改,则将其标记为const
。
class MyClass { public: MyClass(int t_value) : m_value{t_value} { } private: const int m_value{0}; };
由于不能给 const 成员变量赋值,拷贝赋值操作可能对这样的类没有意义。
总是使用命名空间
几乎没有理由需要全局命名空间中声明标识符。相反,函数和类应该存在于适当命名的命名空间中,或者存在于命名空间里的类中。放在全局命名空间中的标识符有可能与来自其他库(主要是没有命名空间的 C 库)的标识符发生冲突。
为标准库特性使用正确的整数类型
标准库通常使用std::size_t
来处理与尺寸相关的内容,size_t
的大小由实现定义。
一般来说,使用auto
可以避免大部分问题。
请确保使用正确的整数类型,并与 C++标准库保持一致,否则有可能在当前使用的平台上不会发出警告,但如果切换到其他平台,可能会发出警告。
注意,在对无符号数执行某些操作时,可能会导致整数下溢。例如:
std::vector<int> v1{2,3,4,5,6,7,8,9}; std::vector<int> v2{9,8,7,6,5,4,3,2,1}; const auto s1 = v1.size(); const auto s2 = v2.size(); const auto diff = s1 - s2; // diff underflows to a very large number
使用.hpp
和.cpp
作为文件扩展名
归根结底,这是个人喜好问题,但是.hpp 和.cpp 已被各种编辑器和工具广泛认可。因此,这是一个务实的选择。具体来说,Visual Studio 只自动识别.cpp 和.cxx 为 C++文件,而 Vim 不一定会把.cc 识别为 C++文件。
某个特别大的项目(OpenStudio)使用.hpp 和.cpp 表示用户生成的文件,而使用.hxx 和.cxx 表示工具生成的文件。两者都能被很好的识别,并且区分开来有很大的帮助。
不要混用 tab 和空格
某些编辑器喜欢在默认情况下使用 tab 和空格的混合缩进,这使得没有使用完全相同的 tab 缩进设置的人很难阅读代码。请配置好编辑器,确保不会发生这种情况。
不要将有副作用的代码放在 assert()中
assert(registerSomeThing()); // make sure that registerSomeThing() returns true
上述代码在 debug 模式下构建时可以成功运行,但在进行 release 构建时会被编译器删除,从而造成 debug 和 release 构建的行为不一致,原因在于assert()
是一个宏,它在 release 模式下展开为空。
不要害怕模板
模板可以帮助我们坚持DRY原则。由于宏有不遵守命名空间等问题,因此能用模板的地方就不要用宏。
明智的使用操作符重载
运算符重载是为了支持表达性语法。比如让两个大数相加看起来像a + b
,而不是a.add(b)
。另一个常见的例子是std::string
,通常使用string1 + string2
连接两个字符串。
但是,使用过多或错误的操作符重载很容易写出可读性不强的表达式。在重载操作符时,要遵循stackoverflow文章中描述的三条基本规则。
具体来说,记住以下几点:
- 处理资源时必须重载
operator=()
,参见下面 Rule of Zero 章节。 - 对于所有其他操作符,通常只有在需要在上下文中使用时才重载。典型的场景是用+连接事物,负号可以被认为是“真”或“假”的表达式,等等。
- 一定要注意操作符优先级,尽量避免不直观的结构。
- 除非实现数字类型或遵循特定域中可识别的语法,否则不要重载~或 %这样的外部操作符。
- 永远不要重载
operator,()
(逗号操作符)。 - 处理流时使用非成员函数
operator>>()
和operator<<()
。例如,可以重载operator<<(std::ostream &, MyClass const &)
,从而允许将类“写入”到一个流中,例如std::cout
或std::fstream
或std::stringstream
,后者通常用于创建值的字符串表示。 - 这篇文章描述了更多需要重载的常见操作符: What are the basic rules and idioms for operator overloading?。
更多关于自定义操作符实现细节的技巧可以参考: C++ Operator Overloading Guidelines。
避免隐式转换
单参数构造函数
可以在编译时应用单参数构造函数在类型之间自动转换,比如像std::string(const char *)
,这样的转换很方便,但通常应该避免,因为可能会增加额外的运行时开销。
相反,可以将单参数构造函数标记为explicit
,从而要求显式调用。
转换操作符
与单参数构造函数类似,编译器可以调用转换操作符,同样也会引入额外开销,也应该被标记为explicit
。
//bad idea struct S { operator int() { return 2; } }; //good idea struct S { explicit operator int() { return 2; } };
考虑 Rule of Zero
Rule of Zero 规定,除非所构造的类具有某种新的所有权形式,否则不提供编译器可以提供的任何函数(拷贝构造函数、拷贝赋值操作符、移动构造函数、移动赋值操作符、析构函数)。
目标是让编译器提供在添加更多成员变量时自动维护的最佳版本。
这篇文章介绍了这一原则的背景,并解释了几乎可以覆盖所有情况的实现技术: C++'s Rule of Zero。