C++之美：代码整洁、安全又跑得快的30个要诀（好书推荐）

在编程领域，C++ 以其高效性和灵活性著称，但同时也因其复杂性和易出错性而闻名。如何写出既整洁、又安全且高效的 C++ 代码，是每个 C++ 开发者都需要思考的问题。《C++之美：代码整洁、安全又跑得快的30个要诀》这本书为我们提供了宝贵的指导。本文将基于这本书的核心内容，分享其中的精华，帮助大家提升 C++ 编程水平。

前言

C++ 是一门历史悠久且功能强大的编程语言，广泛应用于系统开发、游戏引擎、高性能计算等领域。然而，C++ 的复杂性也给开发者带来了不少挑战。本书通过总结和提炼了30个实用的编程要诀，帮助读者写出既整洁、又安全且高效的 C++ 代码。

《C++之美：代码简洁、安全又跑得快的30个要诀》从《C++核心准则》（C++ Core Guidelines）中精心挑选了30条准则进行细致、深入的讲解。内容涵盖C++语言最主要的方面，如类型系统、面向对象、模板和元编程、错误处理、程序性能、常量性等，其间又恰如其分地穿插了编码风格、设计模式等主题。书中汇集了作者数十年职业生涯的经验和一些有趣的示例，除了深刻的见解，行文也充满了趣味性。作者试图通过这种突出重点、以点带面的方式帮助读者了解并学习《C++核心准则》，进而更深入地掌握C++这门编程语言，特别是它的“现代”形态。本书适合各种水平的C++开发者阅读。

作者简介

J. Guy Davidson于1980年通过Acorn Atom首次接触编程。他青少年时代的大部分时间都在各种家用电脑上编写游戏。后来，他从苏塞克斯大学获得了数学学位，开始涉足戏剧，还在一个灵魂乐队中担任键盘手。20世纪90年代初，他决定编写演示程序，并于1997年开始在Codemasters的伦敦办公室工作，从此进入游戏行业。1999年，Davidson加入了Creative Assembly，现在是那里的工程实践主管。他主要负责《全面战争》（Total War）系列游戏的工作，整理早期的游戏目录，以及提升工程团队成员的编程水平。他是IGGI咨询委员会、BSI C++小组和ISO C++委员会的委员，还是ACCU（Association of C/C++ Users，C/C++用户协会）负责C++标准相关事宜的成员，并在ACCU的编程委员会任职。

核心要诀概览

本书围绕着“整洁、安全、高效”三个核心主题，详细介绍了30个编程要诀。

以下是其中的一些关键点：

1.整洁

代码风格统一：遵循一致的代码风格规范，如命名规则、缩进、注释等。

简洁表达：尽量使用简洁的表达式和函数，避免冗余代码。

模块化设计：将代码分解成可重用的模块，提高代码的可维护性。

最小作用域：变量应在最晚可能的时间声明，在最早不被使用后销毁，减少潜在的副作用和内存占用。

函数单一职责：每个函数应该只有一个明确的任务，这样做不仅使得代码易于理解，也便于测试和维护。

2.安全

内存安全：避免使用原始指针，尽量使用智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）。

资源管理：遵循 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则，确保资源的正确释放。（如文件句柄、数据库连接）在对象生命周期结束时自动释放。

异常安全：编写异常安全的代码，确保在异常情况下也能正确释放资源。确保资源管理和状态保持一致。

3.高效

性能优化：理解 C++ 标准库的性能特性，合理使用标准库函数。

编译优化：利用现代编译器的优化选项，提高代码的执行效率。

并发编程：合理使用多线程和并发编程技术，提高程序的并发性能。

具体要诀详解

1. 代码风格统一

命名规范：采用一致的命名规范，如 camelCase 或 snake_case。

缩进和空格：使用一致的缩进和空格，提高代码的可读性。

注释：为重要的代码段添加注释，说明代码的功能和意图。

确保不同模块和函数之间的风格和设计一致，可以增强团队的协作性，降低维护成本。

2. 简洁表达

使用范围for循环：使用 for (auto& item : container) 来遍历容器，简洁且不易出错。

    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3};
    for (auto& num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }

使用lambda表达式：使用 lambda 表达式简化回调函数的定义。

 std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) { return a > b; });

避免冗余代码：尽量复用已有代码，避免重复编写相同的逻辑。

    template<typename T>
    void print(T value) {
        std::cout << value << std::endl;
    }

3. 模块化设计

分离接口和实现：将接口和实现分离，提高代码的可维护性和可扩展性。

使用头文件和源文件：将类的声明放在头文件中，实现放在源文件中。

合理组织代码结构：按照功能模块组织代码，提高代码的可读性和可维护性。

限制命名空间：尽量避免使用全局命名空间，限制变量和函数的作用域，可以减少命名冲突的几率。

    src/
    ├── my_class.h
    ├── my_class.cpp
    └── utils.h

    // my_class.h
    class MyClass {
    public:
        void doSomething();
    };

    // my_class.cpp
    #include "my_class.h"

    void MyClass::doSomething() {
        // 实现细节
    }

接口设计：清晰定义接口，隔离实现细节，促进模块间的松耦合。

模板编程：通过泛型编程实现类型无关的代码复用，提升代码的通用性和灵活性。

4. 内存安全

使用智能指针：使用 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 管理动态分配的内存，避免内存泄漏。

std::unique_ptr<MyClass> ptr(new MyClass());
    
std::unique_ptr<MyClass> ptr = std::make_unique<MyClass>();
MyClass* rawPtr = ptr.get();  // 使用智能指针获取原始指针

避免野指针：确保指针始终指向有效的对象，避免使用已删除的对象。

使用RAII：通过 RAII 技术管理资源，确保资源在对象生命周期结束时自动释放。

    class Resource {
    public:
        Resource() { /* 初始化资源 */ }
        ~Resource() { /* 释放资源 */ }
    };

    void someFunction() {
        Resource resource;  // RAII
    }

空指针和边界检查：在使用指针或数组时，务必进行空指针和边界检查，以避免程序崩溃。

5. 资源管理

使用RAII：通过 RAII 技术管理资源，确保资源在对象生命周期结束时自动释放。

避免资源竞争：合理使用锁机制，避免资源竞争导致的死锁或竞态条件。

    std::mutex mutex;

    void someFunction() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
        // 执行临界区代码
    }

资源池技术：使用资源池技术管理大量相似资源，提高资源的利用率。

    class ResourcePool {
    public:
        Resource getResource() {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
            if (!available.empty()) {
                Resource res = available.front();
                available.pop();
                return res;
            }
            return Resource();
        }

        void releaseResource(Resource res) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
            available.push(res);
        }

    private:
        std::queue<Resource> available;
        std::mutex mutex;
    };

6. 异常安全

异常安全的构造函数：确保构造函数在抛出异常时能够正确释放资源。

    class MyClass {
    public:
        MyClass() {
            try {
                // 初始化资源
            } catch (...) {
                // 清理资源
                throw;
            }
        }
    };

异常安全的析构函数：确保析构函数在抛出异常时能够正确释放资源。

    class MyClass {
    public:
        ~MyClass() {
            // 释放资源
        }
    };

异常安全的成员函数：确保成员函数在抛出异常时能够正确释放资源。

    class MyClass {
    public:
        void someFunction() {
            try {
                // 执行操作
            } catch (...) {
                // 清理资源
                throw;
            }
        }
    };

利用代码分析工具（如Clang-Tidy）可以帮助我们识别潜在问题，提高代码质量。

7. 性能优化

理解标准库性能：了解标准库函数的内部实现，合理使用标准库函数。

    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3};
    std::sort(numbers.begin(), numbers.end());

编译器优化：利用编译器的优化选项（如 -O3），提高代码的执行效率。

避免不必要的复制：使用移动语义（move semantics）减少不必要的复制。

    MyClass moveFunc(MyClass&& obj) {
        return std::move(obj);
    }

8. 并发编程

使用线程库：使用 std::thread 和 std::mutex 实现多线程编程。

使用原子操作：使用 std::atomic 类型保证数据的一致性。

合理使用线程池：使用线程池技术管理线程资源，提高并发性能。

对于轻量级同步，优先考虑使用std::atomic；对于复杂场景，选用适当的锁机制，如std::mutex或更高级的锁。

避免数据竞争：设计线程安全的数据结构，确保多线程访问数据时的一致性和完整性。

在多线程编程中，注意数据共享和线程安全的问题。使用C++11的std::mutex等同步机制可以有效防止数据竞争。

总结

通过学习《C++之美：代码整洁、安全又跑得快的30个要诀》，我们可以更好地理解和掌握 C++ 的核心编程技巧。无论是初学者还是经验丰富的开发者，都可以从中受益匪浅。希望本文的分享能帮助大家提升 C++ 编程水平，写出更加优秀和可靠的代码。

写在最后

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其他资源

https://book.douban.com/subject/36962341/