C++程序设计最佳实践
随着计算机语言的发展，我们现在编写一个程序越来越容易了。利用一些软件开发工具，往往只要通过鼠标的拖拖点点，计算机就会自动帮你生成许多代码。但在很多时候，计算机的这种能力被滥用了，我们往往只考虑把这个程序搭起来，而不去考虑程序的性能如何，程序是否足够的健壮。而此节课的目的主要是介绍一些编码的经验，让大家编写的程序更加健壮和高性能。
1、Prefer const and inline to #define
在C++编程中应该尽量使用const和inline来代替#define，尽量做到能不用#define就不用。#define常见的用途有“定义常量”以及“定义宏”，但其中存在诸多的弊病。
第一，查错不直观，不利于调试。Define的定义是由预处理程序处理的，作的是完全的文本替换，不做任何的类型检查。在编译器处理阶段，define定义的东西已经被完全替换了，这样在debug的时候就看不到任何的相关信息，即跟踪时不能step into宏。例如，把ASPECT_RATIO用define定义成1.653，编译器就看不到ASPECT_RATIO这个名字了。如果编译器报1.653错，那么就无从知道此1.653来自于何处。在真正编码的时候应该使用如下的语句来定义：
static const double ASPECT_RATIO = 1.653;
第二，没有任何类型信息，不是type safe。因为它是文本级别的替换，这样不利于程序的维护。
第三，define的使用很容易造成污染。比如，如果有两个头文件都定义了ASPECT_RATIO, 而一个CPP文件又同时包含了这两个头文件，那么就会造成冲突。更难查的是另外一种错误，比如有如下的代码：
[cpp] // in header file def.h
#define Apple 1
#define Orange 2
#define Pineapple 3
…
// in some cpp file that includes the def.h
enum Colors {White, Black, Purple, Orange};
// in header file def.h
#define Apple 1
#define Orange 2
#define Pineapple 3
…
// in some cpp file that includes the def.h
enum Colors {White, Black, Purple, Orange};
在.h文件中Orange被定义成水果的一种，而在.cpp文件中Orange又成为了一种颜色，那么编译器就会把此处的Orange替换成2，编译可能仍然可以通过，程序也能够运行，但是这就成了一个bug，表现出古怪的错误，且很难查错。再比如定义了一个求a与b哪个数大的宏，#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
int a = 5, b = 0;
max(++ a, b);
max(++ a, b + 10);
在上面的操作中，max(++ a, b); 语句中a被++了两次，而max(++ a, b + 10); 语句中a只加了一次，这样在程序处理中就很有可能成为一个bug，且此bug也非常的难找。在实际编码时可以使用如下的语句来做：
template
inline const T&
max(const T& a, const T& b) { return a > b ? a : b; }
2、Prefer C++-style casts
在程序中经常会需要把一种类型转换成另外一种类型，在C++中应该使用static_cast、const_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast关键字来做类型转换。因为这有以下好处，一是其本身就是一种注释，在代码中看到上面这些关键字就可马上知道此处是进行类型转换。二是C语言中类型转换通常是很难进行搜索的，而通过关键字cast则可以很容易的找到程序中出现类型转换的地方了。
3、Distinguish between prefix and postfix forms of increment and decrement operators
通常对于操作系统或编译器自身支持的类型，prefix（前缀，如++i）与postfix（后缀，如i++）的效果是一样的。因为现在的编译器都很聪明，它会自动做优化，这两者的汇编代码是一样的，性能不会有差别。但有时候也会有不同的，如一些重载了操作符的类型。下面是模拟prefix与postfix的操作过程，可以发现在postfix操作中会生成一个临时变量，而这一临时变量是会占用额外的时间和开销的。
[cpp]
// prefix form: increment and fetch
UPInt& UPInt::operator++()
{
*this += 1; // increment
return *this; // fetch
}
// postfix form: fetch and increment
const UPInt UPInt::operator++(int)
{
UPInt oldValue = *this; // fetch
++(*this); // increment
return oldValue; // return what was fetched
}
// prefix form: increment and fetch
UPInt& UPInt::operator++()
{
*this += 1; // increment
return *this; // fetch
}
// postfix form: fetch and increment
const UPInt UPInt::operator++(int)
{
UPInt oldValue = *this; // fetch
++(*this); // increment
return oldValue; // return what was fetched
}
一般情况下不需要区分是先++，还是后++，但是我们在编写程序的时候最好能习惯性的将其写成++i的形式，如在使用STL中的iterator时，prefix与postfix会有相当大的性能差异。请不要小看这些细节，实际在编写程序的时候，若不注意具体细节，你会发现程序的性能会非常的低。但要注意，虽然在大多数情况下可以用prefix来代替postfix，但有一种情况例外，那就是有[]操作符时，比如gzArray [++index] 是不等于 gzArray[index++]的。
4、Minimizing Compile-time Dependencies
有些人在编写程序时，往往喜欢将一个.h文件包含到另一个.h文件，而实践证明在做大型软件时这是一个非常不好的习惯，因这样会造成很多依赖的问题，包含较多的.h文件，别人又使用了这个class，而在他的那个工程中可能并不存在这些.h文件，这样很可能就编译不能通过。而且这样做，还可能造成很难去更新一个模块的情况。因为一个.h文件被很多模块包含的话，如果修改了此.h文件，在编译系统的时候，编译器会去寻找哪些模块依赖于某个被修改过的.h文件，那么就导致了所有包含入此.h文件的模块全都要进行重新编译。在项目比较小的时候，大家可能还感觉不到差别，但是如果说是在大型的软件系统里，你可能编译一遍源码需要七、八个小时。如果你这个.h文件被很多模块包含的话，就算在.h文件中加了一行注释，在编译时编译器检查哪些文件被改动，那么所有包含入此.h文件的模块都会被重新编译，造成巨大的时间和精力负担。对于此问题，解决的方法就是让.h文件自包含，也就是说让它包含尽量少的东西。所谓尽量少是指如删掉任何一个它包含进来的.h文件，都将无易做图常进行工作。其实在很多情况下，并不需要一个.h文件去包含另一个.h文件，完全可以通过class声明来解决依赖关系的这种问题。再来看下面这个例子：
[cpp]
#include "a.h" // class A
#include "b.h" // class B
#include "c.h" // class C
#include "d.h" // class D
#include "e.h" // class E
class X : public A, private B
{
public:
E SomeFunctionCall(E someParameter);
private:
D m_dInstance;
};
#include "a.h" // class A
#include "b.h" // class B
#include "c.h" // class C
#include "d.h" // class D
#include "e.h" // class E
class X : public A, private B
{
public:
E SomeFunctionCall(E someParameter);
private:
D m_dInstance;
};
当类X从类A和类B中派生时，需要知道X在内存中都有哪些data，通常在内存中前面是基类的data，后面紧跟的是此派生类自身定义的data，因此就必须知道类A与类B的内部细节，要不然编译器就无法来安排内存了。但是在处理参数以及参数返回值的时候，实际上并不需要知道这些信息，在此处定义的SomeFunctionCall()只需知道E是个class就足够了，并不需要知道类E中的data如长度等的具体细节。上面的代码应该改写成如下的形式，以减少依赖关系：
[cpp]
#include "a.h" // class A
#include "b.h" // class B
#include "c.h" // class C
#include "d.h" // class D
class E;
class X : public A, private B
{
public:
E SomeFunctionCall(E someParameter);
private:
D m_dInstance;
};
