Effective C++ 条款19: 设计class犹如设计type

Effective C++ 条款19：设计class犹如设计type

核心思想 ：设计新的class时，应当像语言设计者设计内置类型一样慎重，考虑对象的创建、销毁、初始化、拷贝、类型转换等所有方面。

⚠️ 1. 类设计的关键问题域

对象生命周期管理：

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class ResourceHandle {
public:
    // 构造和析构：资源如何获取？如何释放？
    ResourceHandle(const std::string& resId);
    ~ResourceHandle();  // 需要释放资源吗？
    
private:
    Resource* resource_;
};

值语义与行为：

cpp 复制代码

class Rational {
public:
    // 拷贝操作：允许拷贝吗？浅拷贝还是深拷贝？
    Rational(const Rational& other);
    Rational& operator=(const Rational& other);
    
    // 类型转换：支持隐式转换吗？
    operator double() const;  // 危险：可能非预期转换
};

🚨 2. 解决方案：系统化设计方法

明确对象创建方式：

cpp 复制代码

class Session {
public:
    // 静态工厂方法：控制创建逻辑
    static Session createFromNetwork();
    static Session createFromFile(const std::string& path);
    
    // 禁用拷贝
    Session(const Session&) = delete;
    Session& operator=(const Session&) = delete;
private:
    Session();  // 私有构造
};

安全类型转换接口：

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class SafeRational {
public:
    // 显式转换函数（C++11）
    explicit operator double() const { 
        return static_cast<double>(numerator)/denominator; 
    }
    
    // 转换运算符替代方案
    double toDouble() const { /* ... */ }  // 更安全的显式转换
};

⚖️ 3. 关键设计原则与决策

设计维度	关键问题	推荐实践
对象创建/销毁	构造函数参数？析构函数必要性？	RAII模式管理资源
初始化/赋值区别	构造函数与赋值操作符行为是否一致？	确保一致性
值传递方式	pass-by-value是否高效？	小对象传值，大对象传const引用
操作符重载	哪些操作符需要重载？	仅重载符合直觉的操作符
类型转换控制	是否允许隐式转换？	使用`explicit`禁止非预期转换
成员访问权限	哪些成员公开？哪些需要保护？	最小化public接口
继承体系设计	是否作为基类？虚函数如何设计？	明确声明`final`或`override`
模板泛化可能性	是否应设计为类模板？	评估未来需求
标准库兼容性	是否满足STL容器要求？	提供必要的类型特征

成员函数设计规范：

cpp 复制代码

class Polynomial {
public:
    // 常量成员函数：不修改对象状态
    double evaluate(double x) const noexcept;
    
    // 异常安全保证
    void normalize() &;  // 仅限左值对象调用
    
    // 引用限定符（C++11）
    void process() &&;   // 仅限右值对象调用
};

继承体系设计规范：

cpp 复制代码

// 接口类设计
class Drawable {
public:
    virtual void draw() const = 0;
    virtual ~Drawable() = default;
    
    // 禁止拷贝（接口类通常不可拷贝）
    Drawable(const Drawable&) = delete;
    Drawable& operator=(const Drawable&) = delete;
};

// 具体实现类
class Circle final : public Drawable {
public:
    void draw() const override;  // 明确重写
    // ...                         // 禁止进一步继承（final）
};

💡 关键原则总结

生命周期全周期设计
- 构造/析构：资源获取即初始化（RAII）
- 拷贝控制：明确=default/=delete拷贝操作
类型行为一致性
- 操作符重载：行为需符合内置类型预期
- 类型转换：优先使用explicit和命名转换函数
接口最小化原则
- 成员函数：提供完备但最小的操作集合
- 访问控制：严格限制private/protected
继承体系明确性
- 基类：声明虚析构函数，明确抽象接口
- 派生类：使用final/override明确意图

危险类设计示例：

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class AutoPtr {  // 已废弃的auto_ptr问题
public:
    // 问题1：允许从临时对象构造
    AutoPtr(AutoPtr& other);  // 非const引用
    
    // 问题2：转移所有权但不明确
    AutoPtr& operator=(AutoPtr& other);
    
    // 问题3：支持隐式指针转换
    operator void*() const;  // 可能导致误用
};

安全重构方案：

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// 解决方案：现代unique_ptr设计理念
template<typename T>
class UniquePtr {
public:
    // 明确所有权转移语义
    UniquePtr(UniquePtr&& other) noexcept;  // 移动构造
    UniquePtr& operator=(UniquePtr&& other) noexcept; // 移动赋值
    
    // 禁止拷贝
    UniquePtr(const UniquePtr&) = delete;
    UniquePtr& operator=(const UniquePtr&) = delete;
    
    // 显式bool转换（安全）
    explicit operator bool() const noexcept;
    
    // 明确资源释放接口
    void reset() noexcept;
    T* release() noexcept;
};