第18條：     要像設(shè)計(jì)類型一樣設(shè)計(jì) class

與其它的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言類似，在 C++ 中，定義一個(gè)新的 class 便會(huì)引入一個(gè)新的類型的定義。一個(gè) C++ 設(shè)計(jì)人員的大多數(shù)時(shí)間都會(huì)用在不斷豐富充實(shí)他們的類系統(tǒng)上。這意味著他不僅僅是一個(gè) class 的設(shè)計(jì)者，而且是一個(gè)類型的設(shè)計(jì)者。重載函數(shù)和運(yùn)算符、控制內(nèi)存的分配和釋放、定義函數(shù)用于完成對(duì)象初始化和終止操作——這些都由設(shè)計(jì)人員全權(quán)包辦。我們知道語(yǔ)言設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)語(yǔ)言內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型時(shí)傾注了大量心血，而一個(gè)類設(shè)計(jì)人員也要花費(fèi)差不多的精力。

能否設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的 class 對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)類型本身就是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。優(yōu)秀的類型應(yīng)該擁有自然的語(yǔ)法、直觀的語(yǔ)義，并且還要有一套或更多高效的實(shí)現(xiàn)。在 C++ 中，如果定義 class 的工作做得一團(tuán)糟，那么期望達(dá)到上面的目標(biāo)就是天方夜譚。甚至類的成員函數(shù)的聲明方式也會(huì)影響到它的性能。

那么，如何把類設(shè)計(jì)得更高效呢？首先，你必須要了解你所面對(duì)的問(wèn)題。幾乎所有的類都需要你考慮下面的問(wèn)題，它們的答案可以對(duì)設(shè)計(jì)起到一定的約束作用：

l 新類型的對(duì)象應(yīng)如何創(chuàng)建和刪除？ 類中與之相關(guān)的函數(shù)包括：構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，以及類中其它的內(nèi)存分配和釋放函數(shù)（ operator new 、 operator new[] 、 operator delete 、 operator delete[] ，參見第 8 章）。如果你自己手動(dòng)編寫它們，這個(gè)問(wèn)題的解決方式將會(huì)影響到這些函數(shù)。

l 對(duì)象初始化與對(duì)象賦值有什么不同？ 這個(gè)問(wèn)題的答案決定著構(gòu)造函數(shù)與賦值運(yùn)算符之間的區(qū)別。不要混淆初始化和賦值的概念，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗鼈兣c不同的函數(shù)調(diào)用相關(guān)。

l 對(duì)于新類型的對(duì)象如何通過(guò)傳值方式傳遞？ 請(qǐng)牢記，拷貝構(gòu)造函數(shù)定義了本類型如何通過(guò)傳值來(lái)傳遞對(duì)象。

l 新類型對(duì)合法數(shù)值有哪些限制？ 通常情況下，只有一些數(shù)值的集合來(lái)限定類的數(shù)據(jù)成員是否合法。這些集合決定了類中需要維護(hù)哪些恒量。而這些恒量又決定著數(shù)據(jù)成員中要進(jìn)行哪些錯(cuò)誤檢查，尤其是構(gòu)造函數(shù)、賦值運(yùn)算符、以及“調(diào)節(jié)”函數(shù)。它們還會(huì)影響到函數(shù)會(huì)拋出什么樣的異常，同時(shí)，是否應(yīng)用這些集合，還會(huì)影響到函數(shù)異常的詳細(xì)內(nèi)容。

l 新類型是否適用于繼承？ 如果新類是由現(xiàn)成的類繼承而來(lái)的，那么就必須讓新類符合繼承的特征。尤其是要確定父類的成員函數(shù)是否應(yīng)為虛函數(shù)（參見第 34 和第 36 條）。如果期望讓其 它的類可以繼承本類 ，就需要考慮本類的成員函數(shù)是否應(yīng)為虛函數(shù)，尤其是它的析構(gòu)函數(shù)（參見第 7 條）。

l 新類型允許進(jìn)行哪些類型轉(zhuǎn)換？ 新的類型存在于其它類型的海洋中，那么是否應(yīng)該提供新類型與其它類型的轉(zhuǎn)型功能呢？如果你期望為 T1 的一個(gè)對(duì)象提供途徑從而隱式將類型轉(zhuǎn)換為 T2 。可以 通過(guò)在 T1 類中放置一個(gè)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)（比如 operator T2 ），或者在 T2 類中放置一個(gè)有單一參數(shù)的非 explicit 構(gòu) 造函數(shù)。如果你僅僅期望允許顯式類型轉(zhuǎn)換，就需要編寫函數(shù)來(lái)執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換，但是這一函數(shù)不應(yīng)是類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，也不應(yīng)是 單一參數(shù)的非 explicit 構(gòu) 造函數(shù)。（第 15 條中有隱式 / 顯式轉(zhuǎn)換函數(shù)的示例。）

l 哪些運(yùn)算符和函數(shù)對(duì)新類型是有意義的？ 這個(gè)問(wèn)題的答案取決于你會(huì)為你的類生命哪些函數(shù)。一些函數(shù)將成為成員函數(shù)，而一些則不會(huì)（參見第 23 、 24 、 46 條）。

l 應(yīng)明確拒絕哪些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)？ 通過(guò)將它們聲明為 private 的可達(dá)到這一目的（參見第 6 條）。

l 誰(shuí)可以訪問(wèn)新類型中的數(shù)據(jù)成員？ 這一問(wèn)題可以幫助我們確定哪些成員應(yīng)聲明為 public 的，哪些是 protected ，哪些是 private 。同時(shí)，也可以幫助我們確定哪些類和 / 或函數(shù)應(yīng)該是友元，還有類的嵌套是否有意義。

l 新類型中有哪些“尚未聲明的接口”？ 新類型中提供了哪些性能、異常安全（參見第 29 條）、資源使用的保證（比如互斥鎖、動(dòng)態(tài)內(nèi)存）？這些保證將會(huì)為類的實(shí)現(xiàn)提供更嚴(yán)格的約束。

l 新類型有多通用？ 可能你想做得并不是定義一個(gè)新類型。而是定義一族新類型。如果真是這樣，你需要定義一個(gè)新的類模板。

l 這個(gè)新類型是否滿足了需求？ 如果你創(chuàng)建新的派生類僅僅為了為現(xiàn)有的類添加新的功能，那么通過(guò)簡(jiǎn)單地定義一個(gè)或多個(gè)非成員函數(shù)或者模板可能會(huì)更好的達(dá)到目標(biāo)。

完整地回答以上的問(wèn)題并不是一件簡(jiǎn)單的事情，所以定義高效的類就是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。然而，如果成功經(jīng)受了這一挑戰(zhàn)，那么由用戶自定義的類產(chǎn)生的類型至少可以像內(nèi)建數(shù)據(jù)類型一樣好用。一切都是值得的。

牢記在心

l class 設(shè)計(jì)就是類型的設(shè)計(jì)。在定義一個(gè)新的類型之前，要確保將上面所有的問(wèn)題考慮周全。