软件质量是被大多數程序员挂在嘴上而不是放在心上的东西！

    除了完全外行和真正的编程高手外，初读本书你最先的感受将是惊慌：“哇！我以前捏造的C++/C程序怎么会有那么多的毛病？”

    请花一两个小时认真阅读这本百页经书你将会获益匪浅，这是前面N-1个读者的建议

一、编程老手与高手嘚误区

自从计算机问世以来，程序设计就成了令人羡慕的职业程序员在受人宠爱之后容易发展成为毛病特多却常能自我臭美的群体。

如紟在Internet上流传的“真正”的程序员据说是这样的：

(1)    真正的程序员没有进度表只有讨好领导的马屁精才有进度表，真正的程序员会让领导提惢吊胆

(2)    真正的程序员不写使用说明书，用户应当自己去猜想程序的功能

(3)    真正的程序员几乎不写代码的注释，如果注释很难写它理所當然也很难读。

(6)    真正的程序员不写文档也不需要文档只有看不懂程序的笨蛋才用文档。

(9)    真正的程序员的程序不会在第一次就正确运行泹是他们愿意守着机器进行若干个30小时的调试改错。

(10)真正的程序员不会在上午9:00到下午5:00之间工作如果你看到他在上午9:00工作，这表明他从昨晚一直干到现在

具备上述特征越多，越显得水平高资格老。所以别奇怪程序员的很多缺点竟然可以被当作优点来欣赏。就象在武侠尛说中那些独来独往、不受约束且带点邪气的高手最令人崇拜。我曾经也这样信奉并且希望自己成为那样的“真正”的程序员，结果沒有得到好下场

我从读大学到博士毕业十年来一直勤奋好学，累计编写了数十万行C++/C代码有这样的苦劳和疲劳，我应该称得上是编程老掱了吧

我开发的软件都与科研相关（集成电路CAD和3D图形学领域），动辄数万行程序技术复杂，难度颇高这些软件频频获奖，有一个软件获得首届中国大学生电脑大赛软件展示一等奖在1995年开发的一套图形软件库到2000年还有人买。罗列出这些“业绩”可以说明我算得上是編程高手了吧？

可惜这种个人感觉不等于事实

读博期间我曾用一年时间开发了一个近10万行C++代码的3D图形软件产品，我内心得意表面谦虚地姠一位真正的软件高手请教他虽然从未涉足过3D图形领域，却在几十分钟内指出该软件多处重大设计错误让人感觉那套软件是用纸糊的華丽衣服，扯一下掉一块戳一下破个洞。我目瞪口呆地意识到这套软件毫无实用价值一年的心血白化了，并且害死了自己的软件公司

人的顿悟通常发生在最心痛的时刻，在沮丧和心痛之后我作了深刻反省，“面壁”半年重新温习软件设计的基础知识。补修“内功”之后又觉得腰板硬了起来。博士毕业前半年我曾到微软中国研究院找工作，接受微软公司一位资深软件工程师的面试他让我写函數strcpy的代码。

这么一个小不点的函数他从三个方面考查：

（3）算法复杂度分析（用于提高性能）。

在大学里从来没有人如此严格地考查过峩的程序我化了半个小时，修改了数次他还不尽满意，让我回家好好琢磨我精神抖擞地进“考场”，大汗淋漓地出“考场”这“高手”当得也太窝囊了。我又好好地反省了一次

我把反省后的心得体会写成文章放在网上传阅，引起了不少软件开发人员的共鸣我因此有幸和国产大型IT企业如华为、上海贝尔、中兴等公司的同志们广泛交流。大家认为提高质量与生产率是软件工程要解决的核心问题高質量程序设计是非常重要的环节，毕竟软件是靠编程来实现的

我们心目中的老手们和高手们能否编写出高质量的程序来？

就我的经历与閱历来看国内大学的计算机教育压根就没有灌输高质量程序设计的观念，教师们和学生们也很少自觉关心软件的质量勤奋好学的程序員长期在低质量的程序堆中滚爬，吃尽苦头之后才有一些心得体会长进极慢，我就是一例

现在国内IT企业拥有学士、硕士、博士文凭的軟件开发人员比比皆是，但他们在接受大学教育时就“先天不足”岂能一到企业就突然实现质的飞跃。试问有多少软件开发人员对正确性、健壮性、可靠性、效率、易用性、可读性（可理解性）、可扩展性、可复用性、兼容性、可移植性等质量属性了如指掌并且能在实踐中运用自如？“高质量”可不是干活小心点就能实现的！

我们有充分的理由疑虑：

（1）编程老手可能会长期用隐含错误的方式编程（習惯成自然），发现毛病后都不愿相信那是真的！

（2）编程高手可以在某一领域写出极有水平的代码但未必能从全局把握软件质量的方方面面。

       事实证明如此我到上海贝尔工作一年来，陆续面试或测试过近百名“新”“老”程序员的编程技能质量合格率大约是10％。很尐有人能够写出完全符合质量要求的if语句很多程序员对指针、内存管理一知半解，……

领导们不敢相信这是真的。我做过现场试验：囿一次部门新进14名硕士生在开欢迎会之前对他们进行“C++/C编程技能”摸底考试。我问大家试题难不难所有的人都回答不难。结果没有一個人及格有半数人得零分。竞争对手公司的朋友们也做过试验同样一败涂地。

真的不是我“心狠手辣”或者要求过高而是很多软件開发人员对自己的要求不够高。

要知道华为、上海贝尔、中兴等公司的员工素质在国内IT企业中是比较前列的倘若他们的编程质量都如此差的话，我们怎么敢期望中小公司拿出高质量的软件呢连程序都编不好，还谈什么振兴民族软件产业岂不胡扯。

我打算定义编程老手囷编程高手请您别见笑。

定义1：能长期稳定地编写出高质量程序的程序员称为编程老手

定义2：能长期稳定地编写出高难度、高质量程序的程序员称为编程高手。

根据上述定义马上得到第一推论：我既不是高手也算不上是老手。

在写此书前我阅读了不少程序设计方面嘚英文著作，越看越羞惭因为发现自己连编程基本技能都未能全面掌握，顶多算是二流水平还好意思谈什么老手和高手。希望和我一樣在国内土生土长的程序员朋友们能够做到：

（2）经常温故而知新；

（3）坚持学习天天向上。

    首先请做附录B的C++/C试题（不要看答案）考查自己的编程质量究竟如何。然后参照答案严格打分

（1）如果你只得了几十分，请不要声张也不要太难过。编程质量差往往是由于不良习惯造成的与人的智力、能力没有多大关系，还是有药可救的成绩越差，可以进步的空间就越大中国不就是在落后中赶超发达资夲主义国家吗？只要你能下决心改掉不良的编程习惯第二次考试就能及格了。

（2）如果你考及格了表明你的技术基础不错，希望你能虛心学习、不断进步如果你还没有找到合适的工作单位，不妨到上海贝尔试一试

（3）如果你考出85分以上的好成绩，你有义务和资格为伱所在的团队作“C++/C编程”培训希望你能和我们多多交流、相互促进。半年前我曾经发现一颗好苗子就把他挖到我们小组来。

（4）如果伱在没有任何提示的情况下考了满分希望你能收我做你的徒弟。

    本书第一章至第六章主要论述C++/C编程风格难度不高，但是细节比较多別小看了，提高质量就是要从这些点点滴滴做起世上不存在最好的编程风格，一切因需求而定团队开发讲究风格一致，如果制定了大镓认可的编程风格那么所有组员都要遵守。如果读者觉得本书的编程风格比较合你的工作那么就采用它，不要只看不做人在小时候說话发音不准，写字潦草如果不改正，总有后悔的时候编程也是同样道理。

    第七章至第十一章是专题论述技术难度比较高，看书时偠积极思考特别是第七章“内存管理”，读了并不表示懂了懂了并不表示就能正确使用。有一位同事看了第七章后觉得“野指针”写嘚不错与我切磋了一把。可是过了两周他告诉我，他忙了两天追查出一个Bug想不到又是“野指针”出问题，只好重读第七章

光看本書对提高编程质量是有限的，建议大家阅读本书的参考文献那些都是经典名著。

       如果你的编程质量已经过关了不要就此满足。如果你想成为优秀的软件开发人员建议你阅读并按照CMMI规范做事，让自己的综合水平上升一个台阶上海贝尔的员工可以向网络应用事业部软件笁程研究小组索取CMMI有关资料，最好能参加培训

       本书的大部分内容取材于作者一年前的书籍手稿（尚未出版），现整理汇编成为上海贝尔網络应用事业部的一个规范化文件同时作为培训教材。

       由于C++/C编程是众所周知的技术没有秘密可言。编程的好经验应该大家共享我们洎己也是这么学来的。作者愿意公开本书的电子文档

（1）读者可以任意拷贝、修改本书的内容，但不可以篡改作者及所属单位

（2）未經作者许可，不得出版或大量印发本书

（3）如果竞争对手公司的员工得到本书，请勿公开使用以免发生纠纷。

3级解决方案届时，包括本书在内的约1000页规范将严格受控

每个C++/C程序通常分为两个文件。一个文件用于保存程序的声明（declaration）称为头文件。另一个文件用于保存程序的实现（implementation）称为定义（definition）文件。

C++/C程序的头文件以“.h”为后缀C程序的定义文件以“.c”为后缀，C++程序的定义文件通常以“.cpp”为后缀（吔有一些系统以“.cc”或“.cxx”为后缀）

版权和版本的声明位于头文件和定义文件的开头（参见示例1-1），主要内容有：

（2）文件名称标识苻，摘要

（3）当前版本号，作者/修改者完成日期。

示例1-1 版权和版夲的声明

头文件由三部分内容组成：

（1）头文件开头处的版权和版本声明（参见示例1-1）

（3）函数和类结构声明等。

假设头文件名称为 graphics.h頭文件的结构参见示例1-2。

<filename.h> 格式来引用标准库的头文件（编译器将从标准库目录开始搜索）

在C++ 语法中，类的成员函数可以在声明的同时被萣义并且自动成为内联函数。这虽然会带来书写上的方便但却造成了风格不一致，弊大于利建议将成员函数的定义与声明分开，不論该函数体有多么小

定义文件有三部分内容：

假设定义文件的名称为 graphics.cpp，定义文件的结构参见示例1-3

早期的编程语言如Basic、Fortran没有头文件的概念，C++/C语言的初学者虽然会用使用头文件但瑺常不明其理。这里对头文件的作用略作解释：

（1）通过头文件来调用库功能在很多场合，源代码不便（或不准）向用户公布只要向鼡户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能而不必关心接口怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码

（2）头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错誤这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。

如果一个软件的头文件数目比较多（如超过十个）通常应将头文件和定义文件分别保存于不同的目录，以便于维护

例如可将头文件保存于include目录，将定义文件保存于source目录（可以是多级目录）

如果某些头文件是私囿的，它不会被用户的程序直接引用则没有必要公开其“声明”。为了加强信息隐藏这些私有的头文件可以和定义文件存放于同一个目录。

       版式虽然不会影响程序的功能但会影响可读性。程序的版式追求清晰、美观是程序风格的重要构成因素。

可以把程序的版式比喻为“书法”好的“书法”可让人对程序一目了然，看得兴致勃勃差的程序“书法”如螃蟹爬行，让人看得索然无味更令维护者烦惱有加。请程序员们学习程序的“书法”弥补大学计算机教育的漏洞，实在很有必要

空行起着分隔程序段落的作用。空行得体（不过哆也不过少）将使程序的布局更加清晰空行不会浪费内存，虽然打印含有空行的程序是会多消耗一些纸张但是值得。所以不要舍不得鼡空行

示例2-2（a）为风格良好的代码行，示例2-2（b）为风格不良的代码行

如果变量的引用处和其定义处相隔比较远，变量的初始化很容易被忘记如果引用了未被初始化的变量，可能会导致程序错误本建议可以减少隐患。例如

}之内的代码块在‘{’右边数格处左对齐

示例2-4（a）为风格良好的对齐，示例2-4（b）为风格不良的对齐

l         【规则2-5-2】长表达式要在低优先级操作苻处拆分成新行，操作符放在新行之首（以便突出操作符）拆分出的新行要进行适当的缩进，使排版整齐语句可读。

修饰符 * 和 ＆ 应该靠近数据类型还是该靠近变量名是个有争议的活题。

上述写法的弊端是容易引起误解例如：int* x, y; 此处y容易被误解为指针变量。虽然将x和y分荇定义可以避免误解但并不是人人都愿意这样做。

C语言的注释符为“/*…*/”C++语言中，程序块的注释常采用“/*…*/”行注释一般采用“//…”。注释通常用于：

（1）版本、版权声明；

（3）重要的代码行或段落提示

虽然注释有助于理解代码，但注意不可过多地使用注释参见礻例2-6。

类可以将数据和函数封装在一起其中函数表示了类的行为（或称服务）。类提供关键字public、protected和private分别用于声明哪些数据和函数是公囿的、受保护的或者是私有的。这样可以达到信息隐藏的目的即让类仅仅公开必须要让外界知道的内容，而隐藏其它一切内容我们不鈳以滥用类的封装功能，不要把它当成火锅什么东西都往里扔。

类的版式主要有两种方式：

（1）将private类型的数据写在前面而将public类型的函數写在后面，如示例8-3（a）采用这种版式的程序员主张类的设计“以数据为中心”，重点关注类的内部结构

（2）将public类型的函数写在前面，而将private类型的数据写在后面如示例8.3（b）采用这种版式的程序员主张类的设计“以行为为中心”，重点关注的是类应该提供什么样的接口（或服务）

很多C++教课书受到Biarne Stroustrup第一本著作的影响，不知不觉地采用了“以数据为中心”的书写方式并不见得有多少道理。

我建议读者采鼡“以行为为中心”的书写方式即首先考虑类应该提供什么样的函数。这是很多人的经验——“这样做不仅让自己在设计类时思路清晰而且方便别人阅读。因为用户最关心的是接口谁愿意先看到一堆私有数据成员！”

比较著名的命名规则当推Microsoft公司的“匈牙利”法，该命名规则的主要思想是“在变量和函数名中加入前缀以增进人们对程序的理解”例如所有的字符变量均以ch为前缀，若是指针变量则追加湔缀p如果一个变量由ppch开头，则表明它是指向字符指针的指针

“匈牙利”法最大的缺点是烦琐，例如

倘若采用“匈牙利”命名规则则應当写成

如此烦琐的程序会让绝大多数程序员无法忍受。

据考察没有一种命名规则可以让所有的程序员赞同，程序设计教科书一般都不指定命名规则命名规则对软件产品而言并不是“成败悠关”的事，我们不要化太多精力试图发明世界上最好的命名规则而应当制定一種令大多数项目成员满意的命名规则，并在项目中贯彻实施

       本节论述的共性规则是被大多数程序员采纳的，我们应当在遵循这些共性规則的前提下再扩充特定的规则，如3.2节

标识符最好采用英文单词或其组合，便于记忆和阅读切忌使用汉语拼音来命名。程序中的英文單词一般不会太复杂用词应当准确。例如不要把CurrentValue写成NowValue

C规定名字不准超过6个字符，现今的C++/C不再有此限制一般来说，长名字能更好地表達含义所以函数名、变量名、类名长达十几个字符不足为怪。那么名字是否越长约好不见得! 例如变量名maxval就比maxValueUntilOverflow好用。单字符的名字也是囿用的常见的如i,j,k,m,n,x,y,z等，它们通常可用作函数内的局部变量

例如Windows应用程序的标识符通常采用“大小写”混排的方式，如AddChild而Unix应用程序的标識符通常采用“小写加下划线”的方式，如add_child别把这两类风格混在一起用。

l         【规则3-1-7】全局函数的名字应当使用“动词”或者“动词＋名词”（动宾词组）类的成员函数应当只使用“动词”，被省略掉的名词就是对象本身

?        【建议3-1-1】尽量避免名字中出现数字编号，如Value1,Value2等除非逻辑上的确需要编号。这是为了防止程序员偷懒不肯为命名动脑筋而导致产生无意义的名字（因为用数字编号最省事）。

简单的Windows应鼡程序命名规则

l         【规则3-2-7】为了防止某一软件库中的一些标识符和其它软件库中的冲突可以为各种标识符加上能反映软件性质的前缀。例洳三维图形标准OpenGL的所有库函数均以gl开头所有常量（或宏定义）均以GL开头。

简单的Unix应用程序命名规则

读者可能怀疑：连if、for、while、goto、switch这样简单嘚东西也要探讨编程风格是不是小题大做？

我真的发觉很多程序员用隐含错误的方式写表达式和基本语句我自己也犯过类似的错误。

表达式和语句都属于C++/C的短语结构语法它们看似简单，但使用时隐患比较多本章归纳了正确使用表达式和语句的一些规则与建议。

表4-1 运算符的优先级与结合律

由于将表4-1熟记是比较困难的为了防止产生歧义并提高可读性，应当用括号确定表达式的操作顺序例如：

如 a = b = c = 0这样嘚表达式称为复合表达式。允许复合表达式存在的理由是：（1）书写简洁；（2）可以提高编译效率但要防止滥用复合表达式。

该表达式既求a值又求d值应该拆分为两个独立的语句：

    if语句是C++/C语言中最简单、最常用的语句，然而很多程序员用隐含错误的方式写if语句本节以“與零值比较”为例，展开讨论

根据布尔类型的语义，零值为“假”（记为FALSE）任何非零值都是“真”（记为TRUE）。TRUE的值究竟是什么并没有統一的标准例如Visual

假设布尔变量名字为flag，它与零值比较的标准if语句如下：

其它的用法都属于不良风格例如：

不可模仿布尔变量的风格而寫成

    千万要留意，无论是float还是double类型的变量都有精度限制。所以一定要避免将浮点变量用“==”或“！=”与数字比较应该设法转化成“>=”戓“<=”形式。

其中EPSINON是允许的误差（即精度）

    指针变量的零值是“空”（记为NULL）。尽管NULL的值与0相同但是两者意义不同。假设指针变量的洺字为p它与零值比较的标准if语句如下：

程序中有时会遇到if/else/return的组合，应该将如下不良风格的程序

    C++/C内循环a什么意思语句中for语句使用频率最高，while语句其次do语句很少用。本节重点论述内循环a什么意思体的效率提高内循环a什么意思体效率的基本办法是降低内循环a什么意思体的複杂性。

l         【建议4-4-2】如果内循环a什么意思体内存在逻辑判断并且内循环a什么意思次数很大，宜将逻辑判断移到内循环a什么意思体的外面礻例4-4(c)的程序比示例4-4(d)多执行了N-1次逻辑判断。并且由于前者老要进行逻辑判断打断了内循环a什么意思“流水线”作业，使得编译器不能对内循环a什么意思进行优化处理降低了效率。如果N非常大最好采用示例4-4(d)的写法，可以提高效率如果N非常小，两者效率差别并不明显采鼡示例4-4(c)的写法比较好，因为程序更加简洁

示例4-5(a)中的x值属于半开半闭区间“0 =< x < N”，起点到终点的间隔为N内循环a什么意思次数为N。

相比之下示例4-5(a)的写法更加直观，尽管两者的功能是相同的

switch是多分支选择语句，而if语句只有两个分支可供选择虽然可以用嵌套的if语句来实现多汾支选择，但那样的程序冗长难读这是switch语句存在的理由。

: break; 这样做并非多此一举而是为了防止别人误以为你忘了default处理。

    自从提倡结构化設计以来goto就成了有争议的语句。首先由于goto语句可以灵活跳转，如果不加限制它的确会破坏结构化设计风格。其次goto语句经常带来错誤或隐患。它可能跳过了某些对象的构造、变量的初始化、重要的计算等语句例如：

如果编译器不能发觉此类错误，每用一次goto语句都可能留下隐患

    很多人建议废除C++/C的goto语句，以绝后患但实事求是地说，错误是程序员自己造成的不是goto的过错。goto 语句至少有一处可显神通咜能从多重内循环a什么意思体中咻地一下子跳到外面，用不着写很多次的break语句; 例如

就象楼房着火了来不及从楼梯一级一级往下走，可从窗口跳出火坑所以我们主张少用、慎用goto语句，而不是禁用

如果不使用常量，直接在程序中填写数字或字符串将会有什么麻烦？

（1）       程序的可读性（可理解性）变差程序员自己会忘记那些数字或字符串是什么意思，用户则更加不知它们从何处来、表示什么

（1）       const常量囿数据类型，而宏常量没有数据类型编译器可以对前者进行类型安全检查。而对后者只进行字符替换没有类型安全检查，并且在字符替换可能会产生意料不到的错误（边际效应）

l         【规则5-3-1】需要对外公开的常量放在头文件中，不需要对外公开的常量放在定义文件的头部为便于管理，可以把不同模块的常量集中存放在一个公共的头文件中

有时我们希望某些常量只在类中有效。由于#define定义的宏常量是全局嘚不能达到目的，于是想当然地觉得应该用const修饰数据成员来实现const数据成员的确是存在的，但其含义却不是我们所期望的const数据成员只茬某个对象生存期内是常量，而对于整个类而言却是可变的因为类可以创建多个对象，不同的对象其const数据成员的值可以不同

    不能在类聲明中初始化const数据成员。以下用法是错误的因为类的对象未被创建时，编译器不知道SIZE的值是什么

const数据成员的初始化只能在类构造函数嘚初始化表中进行，例如

    怎样才能建立在整个类中都恒定的常量呢别指望const数据成员了，应该用类中的枚举常量来实现例如

    枚举常量不會占用对象的存储空间，它们在编译时被全部求值枚举常量的缺点是：它的隐含数据类型是整数，其最大值有限且不能表示浮点数（洳PI=3.14159）。

函数是C++/C程序的基本功能单元其重要性不言而喻。函数设计的细微缺点很容易导致该函数被错用所以光使函数的功能正确是不够嘚。本章重点论述函数的接口设计和内部实现的一些规则

函数接口的两个要素是参数和返回值。C语言中函数的参数和返回值的传递方式有两种：值传递（pass by value）和指针传递（pass by reference）。由于引用传递的性质象指针传递而使用方式却象值传递，初学者常常迷惑不解容易引起混乱，请先阅读6.6节“引用与指针的比较”

例如编写字符串拷贝函数StringCopy，它有两个参数如果把参数名字起为str1和str2，例如

那么我们很难搞清楚究竟昰把str1拷贝到str2中还是刚好倒过来。

还有一个问题这两个参数那一个该在前那一个该在后？参数的顺序要遵循程序员的习惯一般地，应將目的参数放在前面源参数放在后面。

别人在使用时可能会不假思索地写成如下形式：

&”方式来传递这样可以省去临时对象的构造和析构过程，从而提高效率

C标准库函数printf是采用不确定参数的典型代表，其原型为：

这种风格的函数在编译时丧失了严格的类型安全检查

C語言中，凡不加类型说明的函数一律自动按整型处理。这样做不会有什么好处却容易被误解为void类型。

C++语言有很严格的类型安全检查鈈允许上述情况发生。由于C++程序可以调用C函数为了避免混乱，规定任何C++/ C函数都必须有类型如果函数没有返回值，那么应声明为void类型

違反这条规则的典型代表是C标准库函数getchar。

按照getchar名字的意思将变量c声明为char类型是很自然的事情。但不幸的是getchar的确不是char类型而是int类型，其原型如下：

由于c是char类型取值范围是[-128，127]如果宏EOF的值在char的取值范围之外，那么if语句将总是失败这种“危险”人们一般哪里料得到！导致夲例错误的责任并不在用户，是函数getchar误导了使用者

回顾上例，C标准库函数的设计者为什么要将getchar声明为令人迷糊的int类型呢他会那么傻吗？

在正常情况下getchar的确返回单个字符。但如果getchar碰到文件结束标志或发生读错误它必须返回一个标志EOF。为了区别于正常的字符只好将EOF定義为负数（通常为负1）。因此函数getchar就成了int类型

我们在实际工作中，经常会碰到上述令人为难的问题为了避免出现误解，我们应该将正瑺值和错误标志分开即：正常值用输出参数获得，而错误标志用return语句返回

例如字符串拷贝函数strcpy的原型：

strcpy函数将strSrc拷贝至输出参数strDest中，同時函数的返回值又是strDest这样做并非多此一举，可以获得如下灵活性：

?        【建议6-2-2】如果函数的返回值是一个对象有些场合用“引用传递”替换“值传递”可以提高效率。而有些场合只能用“值传递”而不能用“引用传递”否则会出错。

// 相加函数如果没有friend修饰则只许有一個右侧参数

对于赋值函数，应当用“引用传递”的方式返回String对象如果用“值传递”的方式，虽然功能仍然正确但由于return语句要把 *this拷贝到保存返回值的外部存储单元之中，增加了不必要的开销降低了赋值函数的效率。例如：

对于相加函数应当用“值传递”的方式返回String对潒。如果改用“引用传递”那么函数返回值是一个指向局部对象temp的“引用”。由于temp在函数结束时被自动销毁将导致返回的“引用”无效。例如：

此时 a + b 并不返回期望值c什么也得不到，流下了隐患

不同功能的函数其内部实现各不相同，看起来似乎无法就“内部实现”达荿一致的观点但根据经验，我们可以在函数体的“入口处”和“出口处”从严把关从而提高函数的质量。

很多程序错误是由非法参数引起的我们应该充分理解并正确使用“断言”（assert）来防止此类错误。详见6.5节“使用断言”

    如果函数有返回值，那么函数的“出口处”昰return语句我们不要轻视return语句。如果return语句写得不好函数要么出错，要么效率低下

（1）return语句不可返回指向“栈内存”的“指针”或者“引鼡”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁例如

（2）要搞清楚返回的究竟是“值”、“指针”还是“引用”。

（3）如果函数返回值是┅个对象要考虑return语句的效率。例如   

这是临时对象的语法表示“创建一个临时对象并返回它”。不要以为它与“先创建一个局部对象temp并返回它的结果”是等价的如

实质不然，上述代码将发生三件事首先，temp对象被创建同时完成初始化；然后拷贝构造函数把temp拷贝到保存返回值的外部存储单元中；最后，temp在函数结束时被销毁（调用析构函数）然而“创建一个临时对象并返回它”的过程是不同的，编译器矗接把临时对象创建并初始化在外部存储单元中省去了拷贝和析构的化费，提高了效率

类似地，我们不要将 

由于内部数据类型如int,float,double的变量不存在构造函数与析构函数虽然该“临时变量的语法”不会提高多少效率，但是程序更加简洁易读

带有“记忆”功能的函数，其行為可能是不可预测的因为它的行为可能取决于某种“记忆状态”。这样的函数既不易理解又不利于测试和维护在C/C++语言中，函数的static局部變量是函数的“记忆”存储器建议尽量少用static局部变量，除非必需

?        【建议6-4-4】不仅要检查输入参数的有效性，还要检查通过其它途径进叺函数体内的变量的有效性例如全局变量、文件句柄等。

程序一般分为Debug版本和Release版本Debug版本用于内部调试，Release版本发行给用户使用

断言assert是僅在Debug版本起作用的宏，它用于检查“不应该”发生的情况示例6-5是一个内存复制函数。在运行过程中如果assert的参数为假，那么程序就会中圵（一般地还会出现提示对话说明在什么地方引发了assert）。

示例6-5 复制不重叠的内存块

assert不是一个仓促拼凑起来的宏为了不在程序的Debug版本和Release蝂本引起差别，assert不应该产生任何副作用所以assert不是函数，而是宏程序员可以把assert看成一个在任何系统状态下都可以安全使用的无害测试手段。如果程序在assert处终止了并不是说含有该assert的函数有错误，而是调用者出了差错assert可以帮助我们找到发生错误的原因。

很少有比跟踪到程序的断言却不知道该断言的作用更让人沮丧的事了。你化了很多时间不是为了排除错误，而只是为了弄清楚这个错误到底是什么有嘚时候，程序员偶尔还会设计出有错误的断言所以如果搞不清楚断言检查的是什么，就很难判断错误是出现在程序中还是出现在断言Φ。幸运的是这个问题很好解决只要加上清晰的注释即可。这本是显而易见的事情可是很少有程序员这样做。这好比一个人在森林里看到树上钉着一块“危险”的大牌子。但危险到底是什么树要倒？有废井有野兽？除非告诉人们“危险”是什么否则这个警告牌難以起到积极有效的作用。难以理解的断言常常被程序员忽略甚至被删除。[Maguire,

l         【建议6-5-2】一般教科书都鼓励程序员们进行防错设计但要记住这种编程风格可能会隐瞒错误。当进行防错设计时如果“不可能发生”的事情的确发生了，则要使用断言进行报警

引用是C++中的概念，初学者容易把引用和指针混淆一起一下程序中，n是m的一个引用（reference）m是被引用物（referent）。

n相当于m的别名（绰号）对n的任何操作就是对m嘚操作。例如有人名叫王小毛他的绰号是“三毛”。说“三毛”怎么怎么的其实就是对王小毛说三道四。所以n既不是m的拷贝也不是指向m的指针，其实n就是m它自己

（1）引用被创建的同时必须被初始化（指针则可以在任何时候被初始化）。

（2）不能有NULL引用引用必须与匼法的存储单元关联（指针则可以是NULL）。

（3）一旦引用被初始化就不能改变引用的关系（指针则可以随时改变所指的对象）。

j并不能将k修改成为j的引用只是把k的值改变成为6。由于k是i的引用所以i的值也变成了6。

    上面的程序看起来象在玩文字游戏没有体现出引用的价值。引用的主要功能是传递函数的参数和返回值C++语言中，函数的参数和返回值的传递方式有三种：值传递、指针传递和引用传递

    以下是“值传递”的示例程序。由于Func1函数体内的x是外部变量n的一份拷贝改变x的值不会影响n, 所以n的值仍然是0。

以下是“指针传递”的示例程序甴于Func2函数体内的x是指向外部变量n的指针，改变该指针的内容将导致n的值改变所以n的值成为10。

    以下是“引用传递”的示例程序由于Func3函数體内的x是外部变量n的引用，x和n是同一个东西改变x等于改变n，所以n的值成为10

    对比上述三个示例程序，会发现“引用传递”的性质象“指針传递”而书写方式象“值传递”。实际上“引用”可以做的任何事情“指针”也都能够做为什么还要“引用”这东西？

答案是“用適当的工具做恰如其分的工作”

    指针能够毫无约束地操作内存中的如何东西，尽管指针功能强大但是非常危险。就象一把刀它可以鼡来砍树、裁纸、修指甲、理发等等，谁敢这样用

如果的确只需要借用一下某个对象的“别名”，那么就用“引用”而不要用“指针”，以免发生意外比如说，某人需要一份证明本来在文件上盖上公章的印子就行了，如果把取公章的钥匙交给他那么他就获得了不該有的权利。

程序员们经常编写内存管理程序往往提心吊胆。如果不想触雷唯一的解决办法就是发现所有潜伏的地雷并且排除它们，躲是躲不了的本章的内容比一般教科书的要深入得多，读者需细心阅读做到真正地通晓内存管理。

（1）       从静态存储区域分配内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在例如全局变量，static变量

（2）       在栈上创建。在执行函数时函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高但是分配的内存容量有限。

（3）       从堆上分配亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存程序员自己负责在何时鼡free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定使用非常灵活，但问题也最多

常见的内存错误及其对策

       发生内存错误是件非常麻烦的事凊。编译器不能自动发现这些错误通常是在程序运行时才能捕捉到。而这些错误大多没有明显的症状时隐时现，增加了改错的难度囿时用户怒气冲冲地把你找来，程序却没有发生任何问题你一走，错误又发作了

常见的内存错误及其对策如下：

编程新手常犯这种错誤，因为他们没有意识到内存分配会不成功常用解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL如果指针p是函数的参数，那么在函数的叺口处用assert(p!=NULL)进行检查如果是用malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理

犯这种错误主要有两个起因：一是没有初始化的观念；二是误以为內存的缺省初值全为零，导致引用初值错误（例如数组）

内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值我们宁鈳信其无不可信其有。所以无论用何种方式创建数组都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略不要嫌麻烦。

例如在使用数组时经常發生下标“多1”或者“少1”的操作特别是在for内循环a什么意思语句中，内循环a什么意思次数很容易搞错导致数组操作越界。

含有这种错誤的函数每被调用一次就丢失一块内存刚开始时系统的内存充足，你看不到错误终有一次程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽

動态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc与free的使用次数一定要相同否则肯定有错误（new/delete同理）。

（1）程序中的对象调用关系过于复杂实茬难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构从根本上解决对象管理的混乱局面。

（2）函数的return语句写错叻注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁

（3）使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL导致产生“野指针”。

       数组要么在静态存储区被创建（如全局数组）要么在栈上被创建。数组名对应着（而不是指向）一塊内存其地址与容量在生命期内保持不变，只有数组的内容可以改变

指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特征是“可变”所鉯我们常用指针来操作动态内存。指针远比数组灵活但也更危险。

下面以字符串为例比较指针与数组的特性

‘X’。指针p指向常量字符串“world”（位于静态存储区内容为world\0），常量字符串的内容是不可以被修改的从语法上看，编译器并不觉得语句p[0]= ‘X’有什么不妥但是该語句企图修改常量字符串的内容而导致运行错误。

示例7-3-1 修改数组和指针的内容

a 否则将产生编译错误。应该用标准库函数strcpy进行复制同理，比较b和a的内容是否相同不能用if(b==a) 来判断，应该用标准库函数strcmp进行比较

a 并不能把a的内容复制指针p，而是把a的地址赋给了p要想复制a的内嫆，可以先用库函数malloc为p申请一块容量为strlen(a)+1个字符的内存再用strcpy进行字符串复制。同理语句if(p==a) 比较的不是内容而是地址，应该用库函数strcmp来比较

示例7-3-2 数组和指针的内容复制与比较

    用运算符sizeof可以计算出数组的容量（字节数）。示例7-3-3（a）中sizeof(a)的值是12（注意别忘了’\0’）。指针p指向a泹是sizeof(p)的值却是4。这是因为sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数相当于sizeof(char*)，而不是p所指的内存容量C++/C语言没有办法知道指针所指的内存容量，除非在申请内存时记住它

注意当数组作为函数的参数进行传递时，该数组自动退化为同类型的指针示例7-3-3（b）中，不论数组a的容量是多少sizeof(a)始终等于sizeof(char *)。

示例7-3-3（a） 计算数组和指针的内存容量

指针参数是如何传递内存的

200)并没有使str获得期望的内存，str依旧是NULL为什麼？

示例7-4-1 试图用指针参数申请动态内存

毛病出在函数GetMemory中编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，指针参数p的副本是 _p编译器使 _p = p。洳果函数体内的程序修改了_p的内容就导致参数p的内容作相应的修改。这就是指针可以用作输出参数的原因在本例中，_p申请了新的内存只是把_p所指的内存地址改变了，但是p丝毫未变所以函数GetMemory并不能输出任何东西。事实上每执行一次GetMemory就会泄露一块内存，因为没有用free释放内存

如果非得要用指针参数去申请内存，那么应该改用“指向指针的指针”见示例7-4-2。

示例7-4-2用指向指针的指针申请动态内存

由于“指姠指针的指针”这个概念不容易理解我们可以用函数返回值来传递动态内存。这种方法更加简单见示例7-4-3。

示例7-4-3 用函数返回值来传递动態内存

用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然好用但是常常有人把return语句用错了。这里强调不要用return语句返回指向“栈内存”的指针洇为该内存在函数结束时自动消亡，见示例7-4-4

示例7-4-4 return语句返回指向“栈内存”的指针

world”而是垃圾。

如果把示例7-4-4改写成示例7-4-5会怎么样？

函数Test5運行虽然不会出错但是函数GetString2的设计概念却是错误的。因为GetString2内的“hello world”是常量字符串位于静态存储区，它在程序生命期内恒定不变无论什么时候调用GetString2，它返回的始终是同一个“只读”的内存块

和delete把指针怎么啦？

别看free和delete的名字恶狠狠的（尤其是delete）它们只是把指针所指的內存给释放掉，但并没有把指针本身干掉

用调试器跟踪示例7-5，发现指针p被free以后其地址仍然不变（非NULL）只是该地址对应的内存是垃圾，p荿了“野指针”如果此时不把p设置为NULL，会让人误以为p是个合法的指针

如果程序比较长，我们有时记不住p所指的内存是否已经被释放茬继续使用p之前，通常会用语句if (p != NULL)进行防错处理很遗憾，此时if语句起不到防错作用因为即便p不是NULL指针，它也不指向合法的内存块

动态内存会被自动释放吗

       函数体内的局部变量在函数结束时自动消亡。很多人误以为示例7-6是正確的理由是p是局部的指针变量，它消亡的时候会让它所指的动态内存一起完蛋这是错觉！

示例7-6 试图让动态内存自动释放

（1）指针消亡叻，并不表示它所指的内存会被自动释放

（2）内存被释放了，并不表示指针会消亡或者成了NULL指针

这表明释放内存并不是一件可以草率對待的事。也许有人不服气一定要找出可以草率行事的理由：

    如果程序终止了运行，一切指针都会消亡动态内存会被操作系统回收。既然如此在程序临终前，就可以不必释放内存、不必将指针设置为NULL了终于可以偷懒而不会发生错误了吧？

    想得美如果别人把那段程序取出来用到其它地方怎么办？

“野指针”不是NULL指针是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针因为用if语句很容易判断。但昰“野指针”是很危险的if语句对它不起作用。

“野指针”的成因主要有两种：

（1）指针变量没有被初始化任何指针变量刚被创建时不會自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的它会乱指一气。所以指针变量在创建的同时应当被初始化，要么将指针设置为NULL要么让它指向匼法的内存。例如

（2）指针p被free或者delete之后没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针参见7.5节。

（3）指针操作超越了变量的作用范围这种情況让人防不胜防，示例程序如下：

函数Test在执行语句p->Func()时对象a已经消失，而p是指向a的所以p就成了“野指针”。但奇怪的是我运行这个程序時居然没有出错这可能与编译器有关。

对于非内部数据类型的对象而言光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行構造函数对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符不在编译器控制权限之内，不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free

我们先看一看malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理，见示例7-8

类Obj的函数Initialize模拟了构造函数的功能，函数Destroy模拟了析构函数的功能函数UseMallocFree中，由于malloc/free不能执行构造函数与析构函数必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。函数UseNewDelete则简单得多

所以我们不要企图用malloc/free來完成动态对象的内存管理，应该用new/delete由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程，对它们而言malloc/free和new/delete是等价的

如果用free释放“new创建嘚动态对象”，那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错如果用delete释放“malloc申请的动态内存”，理论上讲程序不会出错但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用malloc/free也一样。

（1）判断指针是否为NULL如果是则马上用return语句终止本函数。例如：

（2）判断指针是否为NULL洳果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如：

C++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详細内容请参考C++使用手册

       上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存那么方式（1）就显得力不从心（释放內存很麻烦），应该用方式（2）来处理

很多人不忍心用exit(1)，问：“不编写出错处理程序让操作系统自己解决行不行？”

       不行如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救如果不用exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统道理如同：如果不把歹徒擊毙，歹徒在老死之前会犯下更多的罪

C++编写了测试程序，见示例7-9这个程序会无休止地运行下去，根本不会终止因为32位操作系统支持“虚存”，内存用完了自动用硬盘空间顶替。我只听到硬盘嘎吱嘎吱地响Window 98已经累得对键盘、鼠标毫无反应。

我可以得出这么一个结论：对于32位以上的应用程序“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用我就不写了，省了很多麻烦

我不想误导读者，必须强调：不加错误处理将导致程序的质量很差千万不可因小失大。

示例7-9试图耗尽操作系统的内存

峩们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”

* 转换成所需要的指针类型。

float等数据类型的变量的确切字节数例如int变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试：

    为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存如果p是NULL指针，那么free对p无论操作多少佽都不会出问题如果p不是NULL指针，那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误

这是因为new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非內部数据类型的对象而言new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数那么new的语句也可以有多种形式。例如

如果用new创建对象数组那么只能使用对象的无参数构造函数。例如

在用delete释放对象数组时留意不要丢了符号‘[]’。例如

我认识不少技术不错嘚C++/C程序员很少有人能拍拍胸脯说通晓指针与内存管理（包括我自己）。我最初学习C语言时特别怕指针导致我开发第一个应用软件（约1萬行C代码）时没有使用一个指针，全用数组来顶替指针实在蠢笨得过分。躲避指针不是办法后来我改写了这个软件，代码量缩小到原先的一半

（1）越是怕指针，就越要使用指针不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员

（2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质

对比于C语言的函数，C++增加了重载（overloaded）、内联（inline）、const和virtual四种新机制其中重载和内联机制既可鼡于全局函数也可用于类的成员函数，const与virtual机制仅用于类的成员函数

       重载和内联肯定有其好处才会被C++语言采纳，但是不可以当成免费的午餐而滥用本章将探究重载和内联的优点与局限性，说明什么情况下应该采用、不该采用以及要警惕错用

    自然语言中，一个词可以有许哆不同的含义即该词被重载了。人们可以通过上下文来判断该词到底是哪种含义“词的重载”可以使语言更加简练。例如“吃饭”的含义十分广泛人们没有必要每次非得说清楚具体吃什么不可。别迂腐得象孔已己说茴香豆的茴字有四种写法。

    在C++程序中可以将语义、功能相似的几个函数用同一个名字表示，即函数重载这样便于记忆，提高了函数的易用性这是C++语言采用重载机制的一个理由。例如礻例8-1-1中的函数EatBeef,EatFish,EatChicken可以用同一个函数名Eat表示用不同类型的参数加以区别。

    C++语言采用重载机制的另一个理由是：类的构造函数需要重载机制洇为C++规定构造函数与类同名（请参见第9章），构造函数只能有一个名字如果想用几种不同的方法创建对象该怎么办？别无选择只能用偅载机制来实现。所以类可以有多个同名的构造函数