C++ 心得

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。


  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:

  // 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);

190-823 117-202 
  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<class T>
  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。

  // 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,都将无法正常进行工作。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:1Z0-043

  #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:

  #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;
  };


  5、Never treat arrays polymorphically

  不要把数组和多态一起使用,请看下面的例子。

  class BST { ... };
  class BalancedBST: public BST { ... };
  void printBSTArray(ostream& s, const BST array[], int numElements)
  {
  for (int i = 0; i < numElements; ++i)
  {
   s << array[i];
  // this assumes an operator<< is defined for BST
  }
  }

  BalancedBST bBSTArray[10];
  printBSTArray(cout, bBSTArray, 10);


  数组在内存中是一个连续的内存空间,而在数组中应该如何来定位一个元素呢?过程是这样的,编译器可以知道每个数据类型的长度大小,如果数组的index是0,则会自动去取第一个元素;如果是指定了某个index,编译器则会根据此index与该数据类型的长度自动去算出该元素的位置。

  在printBSTArray()函数中,尽管传入的参数是BalancedBST类型,但由于其本来定义的类型是BST,那么它依然会根据BST来计算类型的长度。而通常派生类实例所占的内存要比基类实例所占的内存大一些,因此该程序在编译时会报错。请记住,永远不要把数组和C++的多态性放在一起使用。

  6、Prevent exceptions from leaving destructors

  析构函数中一定不要抛出异常。通常有两种情况会导致析构函数的调用,一种是当该类的对象离开了它的域,或delete表达式中一个该类对象的指针,另一种是由于异常而引起析构函数的调用。

  如果析构函数被调用是由于exception引起,而此时在析构函数中又抛出了异常,程序会立即被系统终止,甚至都来不及进行内存释放。因此如果在析构函数中抛出异常的话,就很容易混淆引起异常的原因,且这样的软件也会让用户非常恼火。由于析构函数中很可能会调用其它的一些函数,所以在写析构函数的时候一定要注意,对这些函数是否会抛出异常要非常清楚,如果会的话,就一定要小心了。比如下面这段代码:

  Session::~Session()
  {
  logDestruction(this);
  }


  比如logDestruction()函数可能会抛出异常,那么我们就应该采用下面这种代码的形式:

  Session::~Session()
  {
   try
  {
   logDestruction(this);
   }
   catch (...)
  {
   }
 }


  这样程序出错的时候不会被立即关掉,可以给用户一些其它的选择,至少先让他把目前在做的工作保存下来。

  7、Optimization:Remember the 80-20 rule

  在软件界有一个20-80法则,其实这是一个很有趣的现象,比如一个程序中20%的代码使用了该程序所占资源的80%;一个程序中20%的代码占用了总运行时间的80%;一个程序中20%的代码使用了该程序所占内存的80%;在20%的代码上面需要花费80%的维护力量,等等。这个规律还可以被继续推广下去,不过这个规律无法被证明,它是人们在实践中观察得出的结果。从这个规律出发,我们在做程序优化的时候,就有了针对性。比如想提高代码的运行速度,根据这个规律可以知道其中20%的代码占用了80%的运行时间,因此我们只要找到这20%的代码,并进行相应的优化,那么我们程序的运行速度就可以有较大的提高。再如有一个函数,占用了程序80%的运行时间,如果把这个函数的执行速度提高10倍,那么对程序整体性能的提高,影响是非常巨大的。如果有一个函数运行时间只占总时间的1%,那就算把这个函数的运行速度提高1000倍,对程序整体性能的提高也是影响不大的。所以我们的基本思想就是找到占用运行时间最大的那个函数,然后去优化它,哪怕只是改进了一点点,程序的整体性能也可以被提高很多。

  要想找出那20%的代码,我们的方法就是使用Profiler,它实际上是一些公司所开发的工具,可以检查程序中各个模块所分配内存的使用情况,以及每个函数所运行的时间等。常见的Profiler有Intel公司开发的VTune,微软公司开发的Visual Studio profiler,DevPartner from Compuware等

posted on 2008-01-11 16:05 lovetiffany 阅读(1139) 评论(8)  编辑 收藏 引用

评论

# re: C++ 心得 2008-01-11 18:23 TheAnswer

hoho 都是从Scott Meyers的书上援引的吧

static const double ASPECT_RATIO = 1.653;
这句中的static是多余的,const默认就是内部链接的 :)
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# re: C++ 心得 2008-01-11 18:41 <a href=http://minidx.com>minidxer</a>

这里吧?
http://computer.stuun.cn/erjikaoshi/VC/118170256526290.html  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2009-06-11 17:54 sunceenjoy

多余吗?这是防止跟其他文件冲突!!  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2011-11-23 21:42 pheromone perfume

那么对程序整体性能的提高,影响是非常巨大的。如果有一个函数运行  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2011-12-17 15:40 hemorrhoids cure

“向下轉換是從一般到一個更具體的類型的鑄造,即鑄造的層次結構:”我得到這個 defination,但仍然不適合我明確  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2011-12-17 15:44 cellulite treatment

作為一個正常function.But的,我們可以重載賦值運算符,我們不能重載賦值運算符作為友元函數為什麼呢?  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2011-12-17 15:47 gout cure

C ++繼續使用和開發專業應用首選的編程語言之一。  回复  更多评论   

# re: C++ 心得 2012-01-03 18:50 Slots Canada

C ++也使用硬件設計,設計是最初描述的C ++然後進行分析,體系結構的限制  回复  更多评论   


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