第11章 其它編程經驗

11.1 使用const提高函數的健壯性

看到const關鍵字，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，那相當把火藥僅用制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修飾函數的參數、返回值，甚至函數的定義體。

const是constant的縮寫，“恆定不變”的意思。被const修飾的東西都受到強制保護，可以預防意外的變動，能提高程序的健壯性。所以很多C++程序設計書籍建議：“Use const whenever you need”。

11.1.1 用const修飾函數的參數

如果參數作輸出用，不論它是什數據類型，也不論它採用“指針傳遞”還是“引用傳遞”，都不能加const修飾，否則該參數將失去輸出功能。

const只能修飾輸入參數：

u       如果輸入參數採用“指針傳遞”，那加const修飾可以防止意外地改動該指針，起到保護作用。

例如StringCopy函數：

        void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);

其中strSource是輸入參數，strDestination是輸出參數。給strSource加上const修飾，如果函數體內的語句試圖改動strSource的內容，編譯器將指出錯誤。

u       如果輸入參數採用“值傳遞”，由函數將自動產生臨時變量用復制該參數，該輸入參數本來就無需保護，所以不要加const修飾。

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

u       對非內部數據類型的參數而言，象void Func(A a) 這樣聲明的函數注定效率比較底。因為函數體內將產生A類型的臨時對象用復制參數a，而臨時對象的構造、復制、析構過程都將消耗時間。

為了提高效率，可以將函數聲明改為void Func(A &a)，因為“引用傳遞”僅借用一下參數的別名而已，不需要產生臨時對象。但是函數void Func(A &a) 存在一個缺點：“引用傳遞”有可能改變參數a，這是我們不期望的。解決這個問題很容易，加const修飾即可，因此函數最終成為void Func(const A &a)。

以此類推，是否應將void Func(int x) 改寫為void Func(const int &x)，以便提高效率？完全沒有必要，因為內部數據類型的參數不存在構造、析構的過程，而復制也非常快，“值傳遞”和“引用傳遞”的效率幾乎相當。

    問題是如此的纏綿，我只好將“const &”修飾輸入參數的用法總結一下，如表11-1-1所示。

表11-1-1 “const &”修飾輸入參數的規則

11.1.2 用const修飾函數的返回值

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

例如函數

        const char * GetString(void);

如下語句將出現編譯錯誤：

        char *str = GetString();

正確的用法是

        const char *str = GetString();

u       如果函數返回值採用“值傳遞方式”，由函數會把返回值復制到外部臨時的存儲單元中，加const修飾沒有任何價值。

    例如不要把函數int GetInt(void) 寫成const int GetInt(void)。

    同理不要把函數A GetA(void) 寫成const A GetA(void)，其中A為用戶自定義的數據類型。

    如果返回值不是內部數據類型，將函數A GetA(void) 改寫為const A & GetA(void)的確能提高效率。但此時千萬千萬要小心，一定要搞清楚函數究竟是想返回一個對象的“拷貝”還是僅返回“別名”就可以了，否則程序會出錯。見6.2節“返回值的規則”。

u       函數返回值採用“引用傳遞”的場合並不多，這種方式一般只出現在類的賦值函數中，目的是為了實現鏈式表達。

例如

    class A

    {…

        A & operate = (const A &other);    // 賦值函數

    };

    A a, b, c;         // a, b, c 為A的對象

    …

    a = b = c;            // 正常的鏈式賦值

    (a = b) = c;      // 不正常的鏈式賦值，但合法

如果將賦值函數的返回值加const修飾，那該返回值的內容不允許被改動。上例中，語句 a = b = c仍然正確，但是語句 (a = b) = c 則是非法的。

11.1.3 const成員函數

    任何不會修改數據成員的函數都應該聲明為const類型。如果在編寫const成員函數時，不慎修改了數據成員，或者調用了其它非const成員函數，編譯器將指出錯誤，這無疑會提高程序的健壯性。

以下程序中，類stack的成員函數GetCount僅用計數，從邏輯上講GetCount應當為const函數。編譯器將指出GetCount函數中的錯誤。

    class Stack

{

      public:

        void     Push(int elem);

        int     Pop(void);

        int     GetCount(void)  const;  // const成員函數

      private:

        int     m_num;

        int     m_data[100];

};

    int Stack::GetCount(void)  const

{
        ++ m_num;  // 編譯錯誤，企圖修改數據成員m_num

    Pop();      // 編譯錯誤，企圖調用非const函數

    return m_num;

    }

    const成員函數的聲明看起來怪怪的：const關鍵字只能放在函數聲明的尾部，大概是因為其它地方都已經被佔用了。

11.2 提高程序的效率

程序的時間效率是指運行速度，空間效率是指程序佔用內存或者外存的狀況。

全局效率是指站在整個系統的角度上考慮的效率，局部效率是指站在模塊或函數角度上考慮的效率。

l         【規則11-2-1】不要一味地追求程序的效率，應當在滿足正確性、可靠性、健壯性、可讀性等質量因素的前提下，設法提高程序的效率。

l         【規則11-2-2】以提高程序的全局效率為主，提高局部效率為輔。

l         【規則11-2-3】在優化程序的效率時，應當先找出限制效率的“瓶頸”，不要在無關緊要之處優化。

l         【規則11-2-4】先優化數據結構和算法，再優化執行代碼。

l         【規則11-2-5】有時候時間效率和空間效率可能對立，此時應當分析那個更重要，作出適當的折衷。例如多花費一些內存來提高性能。

l         【規則11-2-6】不要追求緊湊的代碼，因為緊湊的代碼並不能產生高效的機器碼。

11.3 一些有益的建議

²        【建議11-3-1】當心那些視覺上不易分辨的操作符發生書寫錯誤。

我們經常會把“＝＝”誤寫成“＝”，象“||”、“&&”、“<=”、“>=”這類符號也很容易發生“丟1”失誤。然而編譯器卻不一定能自動指出這類錯誤。

²        【建議11-3-2】變量（指針、數組）被創建之應當及時把它們初始化，以防止把未被初始化的變量當成右值使用。

²        【建議11-3-3】當心變量的初值、缺省值錯誤，或者精度不夠。

²        【建議11-3-4】當心數據類型轉換發生錯誤。盡量使用顯式的數據類型轉換（讓人們知道發生了什事），避免讓編譯器輕悄悄地進行隱式的數據類型轉換。

²        【建議11-3-5】當心變量發生上溢或下溢，數組的下標越界。

²        【建議11-3-6】當心忘記編寫錯誤處理程序，當心錯誤處理程序本身有誤。

²        【建議11-3-7】當心文件I/O有錯誤。

²        【建議11-3-8】避免編寫技巧性很高代碼。

²        【建議11-3-9】不要設計面面俱到、非常靈活的數據結構。

²        【建議11-3-10】如果原有的代碼質量比較好，盡量復用它。但是不要修補很差勁的代碼，應當重新編寫。

²        【建議11-3-11】盡量使用標準庫函數，不要“發明”已經存在的庫函數。

²        【建議11-3-12】盡量不要使用與具體硬件或軟件環境關系密切的變量。

²        【建議11-3-13】把編譯器的選擇項設置為最嚴格狀態。

²        【建議11-3-14】如果可能的話，使用PC-Lint、LogiScope等工具進行代碼審查。

參考文獻

[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），機械工業出版社，2000

[Maguire] Steve Maguire, Writing Clean Code（編程精粹，姜靜波 等譯），電子工業出版社，1993

[Meyers] Scott Meyers, Effective C++, Addison-Wesley, 1992

[Murry] Robert B. Murry, C++ Strategies and Tactics, Addison-Wesley, 1993

[Summit] Steve Summit, C Programming FAQs, Addison-Wesley, 1996