C++ 编程技巧笔记记录（持续更新）

目录

• 类/对象
  • 1.多态基类的析构函数应总是public virtual,否则应为protected
  • 2.编译器会隐式生成默认构造,复制构造,复制赋值,析构,(C++11)移动构造,(C++11)移动赋值的inline函数
  • 3.不要在析构函数抛出异常，也尽量避免在构造函数抛出异常
• 模板
  • 1. 不要偏特化模板函数，而是选择重载函数。
  • 2.(C++11)不要重载转发引用的函数，否则使用其它替代方案
• 函数
  • 1.(C++11)禁用某个函数时，使用 = delete而非private
  • 2.(C++11)lambda表达式一般是函数对象。特殊地，在无捕获时是函数指针。
  • 3.(C++11)尽可能使用lamada表达式代替std::bind
  • 4.(C++11)使用lambda表达式时，避免默认捕获模式
• 内存相关
  • 1.检查new是否失败通常是无意义的。
  • 2.尽量避免多次new同一种轻量级类型，而是先new一个大区域再分配多次。
• STL标准库
  • 1.(C++11)使用emplace/emplace_back/emplace_front而不是insert/push_back/push_front
  • 2.在遍历容器时删除迭代器需谨慎
  • 3.容器的at()会检查边界，[]则不检查边界
  • 4.sort()的< 比较操作符，若两者相等则必须返还失败。
  • 5.永远记住，更低的时间复杂度并不意味着更高的效率
  • 6.需要深度优化时，使用自定义STL分配器
• 优化与效率
  • 1.尽可能使用 ++i 而不是 i++
  • 2.在后期遇到性能瓶颈，万不得已时才使用inline
  • 3.尽量不使用dynamic_cast并且禁用RTTI
  • 4.(C++11)只要潜在编译期可计算的函数/变量，就使用constexpr
• 异常
  • 1.(C++11)若保证异常不会抛出，应使用noexpect异常规格，否则不要声明异常规格。
• 杂项
  • 1.(C++11)使用nullptr而不是NULL或0
  • 2.(C++11)使用enum class语法为枚举类型提供限定范围
  • 3.(C++11)auto只能推导出类型型别，而decltype能够推导出声明型别
  • 4.(C++17)需要用到任意可变的类型时，使用std::any，std::variant而不是union
• 参考

前言：C++是博大精深的语言，特性复杂得跟北京二环一样，继承乱得跟乱伦似的。

不过它仍然是我最熟悉且必须用在游戏开发上的语言，这篇文章用于挑选出一些个人觉得重要的条款/经验/技巧进行记录总结。
文章最后列出一些我看过的C++书籍/博客等，方便参考。

其实以前也写过相同的笔记博文，现在用markdown”重置“一下。

类/对象

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1.多态基类的析构函数应总是public virtual,否则应为protected

当要释放多态基类指针指向的对象时，为了按正确顺序析构，必须得借助virtual从而先执行析构派生类再析构基类。
当基类没有多态性质时，可将基类析构函数声明protected，并且也无需耗费使用virtual。

2.编译器会隐式生成默认构造,复制构造,复制赋值,析构,(C++11)移动构造,(C++11)移动赋值的inline函数

当你在代码中用到以上函数时且没有声明该函数时，就会默认生成相应的函数。
特殊的，当你声明了构造函数（无论有无参数），都不会隐式生成默认构造函数。
不过隐式生成的函数比自己手写的函数（即使行为一样）效率要高，因为经过了编译器特殊优化。

(c++11)当你需要显式禁用生成以上某个函数时,可在函数声明尾部加上 = delete ，例如：

Type(const Type& t) = delete;

(c++11)当你需要显式默认生成以上某个函数时，可在函数声明尾部加上 = default ，例如：

Type(Tpye && t) = default;

3.不要在析构函数抛出异常，也尽量避免在构造函数抛出异常

析构函数若抛出异常，可能会使析构函数过早结束，从而可能导致一些资源未能正确释放。
构造函数若抛出异常，则无法调用析构函数，这可能导致异常发生前部分资源成功分配，却没能执行析构函数的正确释放行为。

模板

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1. 不要偏特化模板函数，而是选择重载函数。

编译器匹配函数时优先选择非模板函数（重载函数），再选择模板函数，最后再选择偏特化模板函数。
当匹配到某个模板函数时，就不会再匹配选择其他模板函数，即使另一个模板函数旗下有更适合的偏特化函数。
所以这很可能导致编译器没有选择你想要的偏特化模板函数。

2.(C++11)不要重载转发引用的函数，否则使用其它替代方案

转发引用的函数是C++中最贪婪的函数，容易让需要隐式转换的实参匹配到不希望的转发引用函数。（例如下面）

template<class T>
  void f(T&& value);

void f(int a);

//当使用f(long类型的参数)或者f(short类型的参数)，则不会匹配int版本而是匹配到转发引用的版本

替代方案：

1. 舍弃重载。换个函数名或者改成传递const T&形参。
2. 使用更复杂的标签分派或模板限制（不推荐）。

函数

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1.(C++11)禁用某个函数时，使用 = delete而非private

原因有4个：

• private函数仍需要写定义（即使那是空的实现），
• 派生类潜在覆盖禁用函数名的可能性，
• “=delete”语法比private语法更直观体现函数被禁用的特点，
• 在编写非类函数的时候，无法提供private属性。

一般 = delete的类函数应为public，因为编译器先检测可访问性再检验禁用性

2.(C++11)lambda表达式一般是函数对象。特殊地，在无捕获时是函数指针。

编译器编译lambda表达式时实际上都会对每个表达式生成一种函数对象类型，然后构造出函数对象出来。
特殊地，lambda表达式在无任何捕获时，会被编译成函数，其表达式值为该函数指针（毕竟函数比函数对象更效率）。
因此在一些老旧的C++API只接受函数指针而不接受std::function的时候，可以使用无捕获的lamdba表达式。

3.(C++11)尽可能使用lamada表达式代替std::bind

直接举例说明，假设有如下Func函数：

void Func(int a, float b)；

现在我们让Func绑定上2.0f作为参数b，转化一个void(int a)的函数对象。

std::function<void(int)> f;
float b = 2.0f;

//std::bind写法
f = std::bind(Func, std::placeholders::_1, b);
f(100);

//lambda表达式写法
f = [b](int a) {Func(a, b); };
f(100);

可以看到使用std::bind会十分不美观不直观，还得注意占位符位置顺序。
而使用lambda表达式可以让代码变得十分简洁优雅。

4.(C++11)使用lambda表达式时，避免默认捕获模式

按引用默认捕获容易造成引用空悬，而显示的引用捕获更能容易提醒我们捕获的是哪个变量的引用，从而更容易理清该引用的生命周期。
按值默认捕获容易让人误解lambda式是自洽的（即不依赖外部）。下面是一个典型例子：

void test() {
   static int a = 0;
   auto func = [=]() {
   return a + 2;
   };
   a++;
   int result = func();
}

由于默认捕获，你以为a是以按值拷贝过去，所以期待result总会会是2。但是实际上你是调用了同一个作用域的静态变量，没有拷贝的行为。

所以，无论是按值还是引用，都尽量指定变量，而不是用默认捕获。

内存相关

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1.检查new是否失败通常是无意义的。

new几乎总是成功的，现代大部分操作系统采取进程的惰式内存分配（即请求内存时不会立即分配内存，当使用时才慢慢吞吞分配）。
所以当使用new时，通常不会立即分配内存，从而无法真正检测到是否内存将会耗尽。

2.尽量避免多次new同一种轻量级类型，而是先new一个大区域再分配多次。

每次new的时候，实际上还会额外分配出一个存放内存信息的区域，而多次分配内存给轻量级类型时，会造成臃肿的内存信息。
而且在删除这些区域时，很容易造成很多块内存碎片，导致内存利用率不高。
所以应当使用内存池的方式，先new一大块区域，再从区域分配内存给轻量级类型。

STL标准库

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1.(C++11)使用emplace/emplace_back/emplace_front而不是insert/push_back/push_front

emplace 最大的作用是避免产生不必要的临时变量，因为它可以直接在容器相应的位置根据参数来构造变量。
而 insert / push_back / push_front 操作是会先通过参数构造一个临时变量，然后将临时变量移动到容器相应的位置。

2.在遍历容器时删除迭代器需谨慎

顺序式容器删除迭代器会破坏本身和后面的迭代器，节点式容器删除迭代器会破坏本身，导致循环遍历崩溃（循环遍历依赖于容器原有的迭代器）。

两个值得借鉴的正确做法：

auto it = vec.begin();
while (it != vec.end()){
    if (...){
        // 顺序式容器的erase()会返回紧随被删除元素的下一个元素的有效迭代器
        it = vec.erase(it);
    }
    else{
        it++;
    }
}

auto it = list.begin();
while (it != list.end()){
    if (...) {
        t.erase(it++);
    }
    else {
        it++;
    }
}

3.容器的at()会检查边界，[]则不检查边界

STL小细节。另外std::vector<bool>和std::bitset的[]提供的是值拷贝，而不是引用。

4.sort()的< 比较操作符，若两者相等则必须返还失败。

STL的sort算法基本是快排，是不稳定的排序。
若比较的两者相等时返还成功，则不稳定排序容易出现死循环，从而导致程序崩溃。

5.永远记住，更低的时间复杂度并不意味着更高的效率

STL容器，特别是set,map，有着很多O(logN)的操作速度，但并不意味着是最佳选择，因为这种复杂度表示往往隐藏了常数很大的事实。

例如说，集合的主流实现是基于红黑树，基于节点存储的，而每次插入/删除节点都意味着调用一次系统分配内存/释放内存函数。这相比vector等矢量容器所有操作仅一次系统分配内存（理想情况来说），实际上就慢了不少。

此外，矢量容器对CPU缓存更加友好，遍历该种容器容易命中缓存，而节点式容器则相对容易命中失败。

综合上述，如果要选择一个最适合的容器，那么不要过度信赖时间复杂度，除非你十分彻底的了解STL容器，或对各容器进行多次效率测试。

6.需要深度优化时，使用自定义STL分配器

每个STL容器都会要求提供一个Allocator类型作为该容器的节点分配器，不提供时使用STL默认的缺省分配器。

template<typename T, class Allocator = allocator<T>>
class list {...};

默认缺省分配器的行为往往是简单粗暴的new delete，这可能带来一些效率问题和内存碎片问题。
而通过自己定制分配器，我们可以把STL容器的内存分配达到如下策略：

类型	策略描述
固定大小的缓冲池	所有内存分配都是一样大小，减少每次分配内存浪费。
共享内存	分配使用共享内存。
多个堆	分配使用不同的堆，试分配大小和类型而定。
单线程的	分配和释放均不保证线程安全。
垃圾回收	调用释放的时候并不立即释放，调用垃圾回收函数时才释放。
基于栈的策略	所有内存都是在栈上，适用于短生命期的容器对象。
静态内存	分配的内存位于程序的静态内存区里。
从不删除	调用释放的时候不释放内存，程序结束时才回收内存。
一次性删除	调用释放的时候不释放内存，通过定制函数来释放内存。
边界对齐策略	为了满足某些条件，内存边界总是对齐分配。例如在SSE中使用指令对齐内存的时候。
调试	分配记录、检查内存泄漏、检查内存覆盖情况、峰值分配大小等等。

优化与效率

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1.尽可能使用 ++i 而不是 i++

这个是老生常谈的C++经典问题，对于int/unsigned等内置类型时，++i与i++似乎在效率上没有区别。
然而在使用迭代器或其他自定义类型时，i++往往还得创建一个额外的副本来用于返还值，而++i则直接返还它本身。

2.在后期遇到性能瓶颈，万不得已时才使用inline

现代编译器已经十分智能，很多时候该写成inline的函数编译器会自动帮你inline，不该inline的时候即使你显式写了inline编译器也有可能认为不该inline。
也就是说显式的写出inline只是给编译器一个建议，它不一定会采纳。
因此在开发时不用过早优化，过早考虑inline，而是遇到性能瓶颈时才考虑使用显式写出inline，不过大部分这时候你更应该考虑的是你写的算法效率。

3.尽量不使用dynamic_cast并且禁用RTTI

依靠dynamic_cast的代码往往可以用多态虚函数解决，而且多态虚函数更加优雅。因此，尽可能避免编写dynamic_cast。
另外可以随之禁用与dynamic_cast相关的RTTI特性，禁用该特性可以提升程序效率（每个类少一些臃肿的RTTI信息）。

4.(C++11)只要潜在编译期可计算的函数/变量，就使用constexpr

constexpr能让一些函数/变量在编译期就可计算，可减少运行期运算。（可视作模板元运算的美化语法）
此外，constexpr如果接受的是运行期变量/参数，则会变成运行期计算。
也就是说它既可用作编译期运算，也可运行期运算，语境作用域比非constexpr更广。

异常

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1.(C++11)若保证异常不会抛出，应使用noexpect异常规格，否则不要声明异常规格。

无声明异常规格，意思是可能抛出任何异常。
相比无声明异常规格的函数，noexpect函数能得到编译器的优化（发生异常时不必解开栈），且能清晰表示自己的无异常保证。

杂项

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1.(C++11)使用nullptr而不是NULL或0

NULL是C语言遗留的东西，是将宏定义成0的，容易造成指针和整数的二义性。
而nullptr很好的避免了整数的性质。

2.(C++11)使用enum class语法为枚举类型提供限定范围

C带来的enum语法是允许枚举类进行隐式转换的，潜在造成程序员不希望发生的转换。
而C++11的enum class会阻止隐式转换，需要程序员显示转换

enum class Color{Red,Blue,Green};
Color color = Color::Red;
int i = static<int>(color);

3.(C++11)auto只能推导出类型型别，而decltype能够推导出声明型别

int& value = 233;
auto a = value;//auto推导出是int类型
decltype(auto) b = value; //decltype(auto)是int&类型

也就是说auto推导出的类型会抛弃引用性质，而decltype能够推导出完整的声明类型。

此外一提，auto是声明类型的语法，而decltype()是一个表达式(类似于sizeof())，表达式的值是类型。

4.(C++17)需要用到任意可变的类型时，使用std::any，std::variant而不是union

union是从c继承来的特性，它的成员不可以是带构造函数/析构函数/自定义复制构造函数的c++类。
因此在需要万能变量的时候最好不要使用union，而是用std::any或std::variant ，目前C++17已引入<any>库和<variant>库。

万能变量是指可以转换任意类型（可扩展，如metadata）的变量，如果只固定在几个类型之间转换的使用union是个效率更优的选择。

参考

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• 《C++ Primer Plus》：当初入门C++语言的书籍。
• 《C++程序设计语言（特别版）》：C++之父编写的入门教材，但实际上更应该算为介于入门与进阶之间的工具书（用于查询语法）。
• 《Effective C++》：C++ 进阶书，深入理解与经验
• 《More Effective C++》：C++ 进阶书，深入理解与经验
• 《深度探索C++对象模型》：C++ 进阶书，深入理解
• 《Expectional C++》：C++ 进阶书，深入理解与经验
• 《高速上手 C++11/14/17》：C++11/14/17 入门书，介绍C++11/14/17各项新特性的基础用法，它目前只有电子版本： https://github.com/changkun/modern-cpp-tutorial/blob/master/book/zh-cn/toc.md
• 《Effective Modern C++》：C++11/14 进阶书，介绍C++11/14部分新特性的深入理解与经验。
• 《游戏编程精粹》2/3/7：游戏编程综合技术书，有部分章节讲C++的经验。

C++是非常非常复杂的语言，了解得越多就越发觉得自己的无知（例如C++ Boost）。
但是在学习C++的中途也必须认识到，C++是一门工具，不要过多钻C++语言的牛角尖。

谨记：程序员是要成为工程师而不是语言学家。

原文链接:https://www.cnblogs.com/KillerAery/p/11601229.html
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