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Effective C++ 2e Item46

王朝c/c++·作者佚名  2006-01-08
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条款46: 宁可编译和链接时出错,也不要运行时出错

除了极少数情况下会使C++抛出异常(例如,内存耗尽 ---- 见条款7)外,运行时错误的概念和C++没什么关系,就象在C中一样。没有下溢,上溢,除零检查;没有数组越界检查,等等。一旦程序通过了编译和链接,你就得靠自己了 ---- 一切后果自负。这很象跳伞运动,一些人从中找到了刺激,另一些人则吓得摔成了残废。这一思想背后的动机当然在于效率:没有运行时检查,程序会更小更快。

处理这类事情有另一个不同的方法。一些语言如Smalltalk和LISP通常在编译链接期间只是检查极少一些错误,但却提供了强大的运行时系统来处理执行期间的错误。不象C++,这些语言几乎都是解释型的,在提供额外灵活性的同时,它们也带来了性能上的损失。

不要忘了你是在用C++编程。即使发现Smalltalk/LISP的方法很吸引人,也要忘掉它们。常说要坚持党的路线,现在的情况下,它的含义就是要避免运行时错误。只要有可能,就要让出错检查从运行时退回到链接时,或者,最理想的是,编译时。

这种方法带来的好处不仅仅在于程序的大小和速度,还有可靠性。如果程序通过了编译和链接而没有产生错误信息,你就可以确信程序中没有编译器和链接器能检查得到的任何错误,仅此而已。(当然,另一个可能性是,编译器或链接器有问题,但不要拿这种可能性来困扰我们。)

对于运行时错误来说,情况大不一样。在某次运行期间程序没有产生任何运行时错误,你就能确信另一次不同的运行期内不会产生错误吗?比如:在另一次运行中,你以不同的顺序做事,或者采用不同的数据,或者运行更长或更短时间,等等。你可以不停地测试自己的程序直到面色发紫,但你还是不能覆盖所有的可能性。因而,运行时发现错误比在编译链接期间检查错误更不能让人放心。

通常,对设计做一点小小的改动,就可以在编译期间消除可能产生的运行时错误。这常常涉及到在程序中增加新的数据类型(参见条款M33)。例如,假设想写一个类来表示时间中的日期,最初的做法可能象这样:

class Date {

public:

Date(int day, int month, int year);

...

};

准备实现这个构造函数,面临的一个问题是对day和month值的合法性检查。让我们来看看,对于传给month的值来说,怎么做可以免于对它进行合法性检查呢?

一个明显的办法是采用枚举类型而不用整数:

enum Month { Jan = 1, Feb = 2, ... , Nov = 11, Dec = 12 };

class Date {

public:

Date(int day, Month month, int year);

...

};

遗憾的是,这不会换来多少好处,因为枚举类型不需要初始化:

Month m;

Date d(22, m, 1857); // m是不确定的

所以,Date构造函数还是得验证month参数的值。

既想免除运行时检查,又要保证足够的安全性,你就得用一个类来表示month,你就得保证只有合法的month才被创建:

class Month {

public:

static const Month Jan() { return 1; }

static const Month Feb() { return 2; }

...

static const Month Dec() { return 12; }

int asInt() const // 为了方便,使Month

{ return monthNumber; } // 可以被转换为int

private:

Month(int number): monthNumber(number) {}

const int monthNumber;

};

class Date {

public:

Date(int day, const Month& month, int year);

...

};

这个设计在几个方面的特点综合确定了它的工作方式。首先,Month构造函数是私有的。这防止了用户去创建新的month。可供使用的只能是Month的静态成员函数返回的对象,再加上它们的拷贝。第二,每个Month对象为const,所以它们不能被改变(否则,很多地方会忍不住将一月转换成六月,特别是在北半球)。最后一点,得到Month对象的唯一办法是调用函数或拷贝现有的Month(通过隐式Month拷贝构造函数 ---- 见条款45)。这样,就可以在任何时间任何地方使用Month对象;不必担心无意中使用了没有被初始化的对象。(否则就可能有问题。条款47进行了说明)

有了这些类,用户几乎不可能指定一个非法的month,甚至完全不可能 ---- 如果不出现下面这种可恶的情况的话:

Month *pm; // 定义未被初始化的指针

Date d(1, *pm, 1997); // 使用未被初始化的指针!

但这种情况所涉及的是另一个问题,即通过未被初始化的指针取值,其结果是不可确定的。(参见条款3,看看我对 "不确定行为" 的感受)遗憾的是,我没有办法来防止或检查这种异端行为。但是,如果假设这种情况永远不会发生,或者如果我们不考虑这种情况下软件的行为,Date构造函数对它的Month参数就可以免于合法性检查。另一方面,构造函数还是必须检查day参数的合法性 ---- 九月,四月,六月和十一月各有多少天呢?

Date的例子将运行时检查用编译时检查来取代。你可能想知道什么时候可以使用链接时检查。实际上,不是经常这么做。C++用链接器来保证所需要的函数只被定义一次(参见条款45,"需要" 一个函数会带来什么)。它还使用链接器来保证静态对象(参见条款47)只被定义一次。你可以用同样的方法使用链接器。例如,条款27说明,对于一个显式声明的函数,如果想有意禁止对它进行定义,链接器检查就很有用。

但不要过于强求。想消除所有的运行检查是不切实际的。例如,任何允许交互式输入的程序都要进行输入验证。同样地,某个类中如果包含需要执行上下限检查的数组,每次访问数组时就要对数组下标进行检查。尽管如此,将检查从运行时转移到编译或链接时一直是值得努力的目标,只要实际可行,就要追求这一目标。这样做的奖赏是,程序会更小,更快,更可靠。

 
 
 
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