为什么 delete 不会将操作数置 0？

考虑一下：

delete p;
// ...
delete p;

如果在...部分没有涉及到 p 的话，那么第二个“delete p;”将是一个严重的错误，因
为 C++的实现（译注：原文为 a C++ implementation，当指 VC++这样的实现了 C++
标准的具体工具）不能有效地防止这一点（除非通过非正式的预防手段）。既然delete 0
从定义上来说是无害的，那么一个简单的解决方案就是，不管在什么地方执行了“delete
p;”，随后都执行“p=0;”。但是，C++并不能保证这一点。

一个原因是，delete 的操作数并不需要一个左值（lvalue）。考虑一下：

delete p+1;
delete f(x);

在这里，被执行的 delete 并没有拥有一个可以被赋予 0 的指针。这些例子可能很少见，
但它们的确指出了，为什么保证“任何指向被删除对象的指针都为 0”是不可能的。绕过这
条“规则”的一个简单的方法是，有两个指针指向同一个对象：

T* p = new T;
T* q = p;
delete p;
delete q; // 糟糕！

C++显式地允许delete操作将操作数左值置 0，而且我曾经希望C++的实现能够做到这一
点，但这种思想看来并没有在C++的实现中变得流行。

如果你认为指针置0 很重要，考虑使用一个销毁的函数：

template<class T> inline void destroy(T*& p) { delete p; p = 0; }

考虑一下，这也是为什么需要依靠标准库的容器、句柄等等，来将对 new 和 delete 的显
式调用降到最低限度的另一个原因。

注意，通过引用来传递指针（以允许指针被置 0）有一个额外的好处，能防止 destroy()
在右值上（rvalue）被调用：

int* f();
int* p;
// ...
destroy(f()); // 错误：应该使用一个非常量（non-const）的引用传递右值
destroy(p+1); // 错误：应该使用一个非常量（non-const）的引用传递右值

我能够写“void main()”吗？

这种定义：

void main() { /* ... */ }

在 C++中从未被允许，在 C 语言中也是一样。参见 ISO C++标准 3.6.1[2]或者 ISO C
标准5.1.2.2.1。规范的实现接受这种方式：

int main() { /* ... */ }

和

int main(int argc, char* argv[]) { /* ... */ }

一个规范的实现可能提供许多版本的 main()，但它们都必须返回 int类型。main()返回
的 int 值，是程序返回一个值给调用它的系统的方式。在那些不具备这种方式的系统中，
返回值被忽略了，但这并不使“void main()”在C++或C 中成为合法的。即使你的编译
器接受了“void main()”，也要避免使用它，否则你将冒着被C 和C++程序员视为无知
的风险。

在 C++中，main()并不需要包含显式的return语句。在这种情况下，返回值是0，表示
执行成功。例如：

#include<iostream>

int main()
{
std::cout << "This program returns the integer value 0\n";
}

注意，无论是ISO C++还是C99，都不允许在声明中漏掉类型。那就是说，与 C89和 ARM
C++形成对照，当声明中缺少类型时，并不会保证是“int”。于是：

#include<iostream>

main() { /* ... */ }

是错误的，因为缺少 main()的返回类型。

我如何定义一个类内部（in-class）的常量？

如果你需要一个通过常量表达式来定义的常量，例如数组的范围，你有两种选择：

class X {
static const int c1 = 7;
enum { c2 = 19 };

char v1[c1];
char v2[c2];

// ...
};

乍看起来，c1的声明要更加清晰，但是要注意的是，使用这种类内部的初始化语法的时候，
常量必须是被一个常量表达式初始化的整型或枚举类型，而且必须是static 和const 形
式。这是很严重的限制：

class Y {
const int c3 = 7; // 错误：不是 static
static int c4 = 7; // 错误：不是 const
static const float c5 = 7; // 错误：不是整型
};

我倾向使用枚举的方式，因为它更加方便，而且不会诱使我去使用不规范的类内初始化语法。

那么，为什么会存在这种不方便的限制呢？一般来说，类在一个头文件中被声明，而头文件
被包含到许多互相调用的单元去。但是，为了避免复杂的编译器规则，C++要求每一个对象
只有一个单独的定义。如果 C++允许在类内部定义一个和对象一样占据内存的实体的话，这
种规则就被破坏了。对于C++在这个设计上的权衡，请参见《C++语言的设计和演变》。

如果你不需要用常量表达式来初始化它，那么可以获得更大的弹性：

class Z {
static char* p; // 在定义中初始化
const int i; // 在构造函数中初始化
public:
Z(int ii) :i(ii) { }
};

char* Z::p = "hello, there";

你可以获取一个 static成员的地址，当且仅当它有一个类外部的定义的时候：

class AE {
// ...
public:
static const int c6 = 7;
static const int c7 = 31;
};

const int AE::c7; // 定义

int f()
{
const int* p1 = &AE::c6; // 错误：c6 没有左值
const int* p2 = &AE::c7; // ok
// ...
}

我为什么必须使用一个造型来转换*void？

在C语言中，你可以隐式地将*void 转换为*T。这是不安全的。考虑一下：

#include<stdio.h>

int main()
{
char i = 0;
char j = 0;
char* p = &i;
void* q = p;
int* pp = q; /* 不安全的，在C 中可以，C++不行 */

printf("%d %d\n",i,j);
*pp = -1; /* 覆盖了从 i开始的内存 */
printf("%d %d\n",i,j);
}

使用一个并不指向T 类型的 T*将是一场灾难。因此，在 C++中，如果从一个void*得到一
个 T*，你必须进行显式转换。举例来说，要得到上列程序的这个令人别扭的效果，你可以
这样写：

int* pp = (int*)q;

或者使用一个新的类型造型，以使这种没有检查的类型转换操作变得更加清晰：

int* pp = static_cast<int*>(q);

造型被最好地避免了。

在 C 语言中，这种不安全的转换最常见的应用之一，是将 malloc()的结果赋予一个合适
的指针。例如：

int* p = malloc(sizeof(int));

在C++中，使用类型安全的 new操作符：

int* p = new int;

附带地，new 操作符还提供了胜过malloc()的新特性：

new 不会偶然分配错误的内存数量；
new 会隐式地检查内存耗尽情况，而且
new 提供了初始化。

举例：

typedef std::complex<double> cmplx;

/* C 风格: */
cmplx* p = (cmplx*)malloc(sizeof(int)); /* 错误：类型不正确 */
/* 忘记测试p==0 */

if (*p == 7) { /* ... */ } /* 糟糕，忘记了初始化*p */

// C++风格:
cmplx* q = new cmplx(1,2); // 如果内存耗尽，将抛出一个 bad_alloc 异
常
if (*q == 7) { /* ... */ }

有没有“指定位置删除”(placement delete)？

没有，不过如果你需要的话，可以自己写一个。

看看这个指定位置创建(placement new)，它将对象放进了一系列Arena中；

class Arena {
public:
void* allocate(size_t);
void deallocate(void*);
// ...
};

void* operator new(size_t sz, Arena& a)
{
return a.allocate(sz);
}

Arena a1(some arguments);
Arena a2(some arguments);

这样实现了之后，我们就可以这么写：

X* p1 = new(a1) X;
Y* p2 = new(a1) Y;
Z* p3 = new(a2) Z;
// ...

但是，以后怎样正确地销毁这些对象呢？没有对应于这种“placement new”的内建的
“placement delete”，原因是，没有一种通用的方法可以保证它被正确地使用。在C++
的类型系统中，没有什么东西可以让我们确认，p1一定指向一个由 Arena类型的a1分派
的对象。p1可能指向任何东西分派的任何一块地方。

然而，有时候程序员是知道的，所以这是一种方法：

template<class T> void destroy(T* p, Arena& a)
{
if (p) {
p->~T(); // explicit destructor call
a.deallocate(p);
}
}

现在我们可以这么写：

destroy(p1,a1);
destroy(p2,a2);
destroy(p3,a3);

如果 Arena 维护了它保存着的对象的线索，你甚至可以自己写一个析构函数，以避免它发
生错误。

这也是可能的：定义一对相互匹配的操作符 new()和 delete()，以维护《C++程序设计
语言》15.6中的类继承体系。参见《C++语言的设计和演变》10.4 和《C++程序设计语言》
19.4.5。

为什么编译要花这么长的时间？

你的编译器可能有问题。也许它太老了，也许你安装它的时候出了错，也许你用的计算机已
经是个古董。在诸如此类的问题上，我无法帮助你。

但是，这也是很可能的：你要编译的程序设计得非常糟糕，以至于编译器不得不检查数以百
计的头文件和数万行代码。理论上来说，这是可以避免的。如果这是你购买的库的设计问题，
你对它无计可施（除了换一个更好的库），但你可以将你自己的代码组织得更好一些，以求
得将修改代码后的重新编译工作降到最少。这样的设计会更好，更有可维护性，因为它们展
示了更好的概念上的分离。

看看这个典型的面向对象的程序例子：

class Shape {
public: // 使用Shapes的用户的接口
virtual void draw() const;
virtual void rotate(int degrees);
// ...
protected: // common data (for implementers of Shapes)
Point center;
Color col;
// ...
};

class Circle : public Shape {
public:
void draw() const;
void rotate(int) { }
// ...
protected:
int radius;
// ...
};

class Triangle : public Shape {
public:
void draw() const;
void rotate(int);
// ...
protected:
Point a, b, c;
// ...
};

设计思想是，用户通过 Shape 的 public 接口来操纵它们，而派生类（例如 Circle 和
Triangle ）的实现部分则共享由 protected 成员表现的那部分实现
（implementation）。

这不是一件容易的事情：确定哪些实现部分是对所有的派生类都有用的，并将之共享出来。
因此，与public接口相比，protected 成员往往要做多得多的改动。举例来说，虽然理
论上“中心”(center)对所有的图形都是一个有效的概念，但当你要维护一个三角形的“中
心”的时候，是一件非常麻烦的事情——对于三角形，当且仅当它确实被需要的时候，计算
这个中心才是有意义的。

protected 成员很可能要依赖于实现部分的细节，而 Shape的用户（译注：user此处译
为用户，指使用 Shape 类的代码，下同）却不见得必须依赖它们。举例来说，很多（大多
数？）使用Shape 的代码在逻辑上是与“颜色”无关的，但是由于Shape 中“颜色”这个
定义的存在，却可能需要一堆复杂的头文件，来结合操作系统的颜色概念。

当 protected 部分发生了改变时，使用 Shape 的代码必须重新编译——即使只有派生类
的实现部分才能够访问protected 成员。

于是，基类中的“实现相关的信息”(information helpful to implementers)对
用户来说变成了象接口一样敏感的东西，它的存在导致了实现部分的不稳定，用户代码的无
谓的重编译（当实现部分发生改变时），以及将头文件无节制地包含进用户代码中（因为“实
现相关的信息”需要它们）。有时这被称为“脆弱的基类问题”(brittle base class
problem)。

一个很明显的解决方案就是，忽略基类中那些象接口一样被使用的“实现相关的信息”。换
句话说，使用接口，纯粹的接口。也就是说，用抽象基类的方式来表示接口：

class Shape {
public: //使用Shapes 的用户的接口
virtual void draw() const = 0;
virtual void rotate(int degrees) = 0;
virtual Point center() const = 0;
// ...

// 没有数据
};

class Circle : public Shape {
public:
void draw() const;
void rotate(int) { }
Point center() const { return center; }
// ...
protected:
Point cent;
Color col;
int radius;
// ...
};

class Triangle : public Shape {
public:
void draw() const;
void rotate(int);
Point center() const;
// ...
protected:
Color col;
Point a, b, c;
// ...
};

现在，用户代码与派生类的实现部分的变化之间的关系被隔离了。我曾经见过这种技术使得
编译的时间减少了几个数量级。

但是，如果确实存在着对所有派生类（或仅仅对某些派生类）都有用的公共信息时怎么办呢？
可以简单把这些信息封装成类，然后从它派生出实现部分的类：

class Shape {
public: //使用Shapes 的用户的接口
virtual void draw() const = 0;
virtual void rotate(int degrees) = 0;
virtual Point center() const = 0;
// ...

// no data
};

struct Common {
Color col;
// ...
};

class Circle : public Shape, protected Common {
public:
void draw() const;
void rotate(int) { }
Point center() const { return center; }
// ...
protected:
Point cent;
int radius;
};

class Triangle : public Shape, protected Common {
public:
void draw() const;
void rotate(int);
Point center() const;
// ...
protected:
Point a, b, c;
};

我必须在类声明处赋予数据吗？

不必须。如果一个接口不需要数据时，无须在作为接口定义的类中赋予数据。代之以在派生
类中给出它们。参见“为什么编译要花这么长的时间？”。

有时候，你必须在一个类中赋予数据。考虑一下复数类的情况：

template<class Scalar> class complex {
public:
complex() : re(0), im(0) { }
complex(Scalar r) : re(r), im(0) { }
complex(Scalar r, Scalar i) : re(r), im(i) { }
// ...

complex& operator+=(const complex& a)
{ re+=a.re; im+=a.im; return *this; }
// ...
private:
Scalar re, im;
};

设计这种类型的目的是将它当做一个内建（built-in）类型一样被使用。在声明处赋值是
必须的，以保证如下可能：建立真正的本地对象（genuinely local objects）(比如
那些在栈中而不是在堆中分配的对象)，或者使某些简单操作被适当地inline 化。对于那
些支持内建的复合类型的语言来说，要获得它们提供的效率，真正的本地对象和 inline
化都是必要的。

我能防止别人继承我自己的类吗？

可以，但你为什么要那么做呢？这是两个常见的回答：

效率：避免我的函数被虚拟调用
安全：保证我的类不被用作一个基类（例如，保证我能够复制对象而不用担心出事）

根据我的经验，效率原因往往是不必要的担心。在C++中，虚拟函数调用是如此之快，以致
于它们在一个包含虚拟函数的类中被实际使用时，相比普通的函数调用，根本不会产生值得
考虑的运行期开支。注意，仅仅通过指针或引用时，才会使用虚拟调用机制。当直接通过对
象名字调用一个函数时，虚拟函数调用的开支可以被很容易地优化掉。

如果确实有真正的需要，要将一个类封闭起来以防止虚拟调用，那么可能首先应该问问为什
么它们是虚拟的。我看见过一些例子，那些性能表现不佳的函数被设置为虚拟，没有其他原
因，仅仅是因为“我们习惯这么干”。

这个问题的另一个部分，由于逻辑上的原因如何防止类被继承，有一个解决方案。不幸的是，
这个方案并不完美。它建立在这样一个事实的基础之上，那就是：大多数的继承类必须建立
一个虚拟的基类。这是一个例子：

class Usable;

class Usable_lock {
friend class Usable;
private:
Usable_lock() {}
Usable_lock(const Usable_lock&) {}
};

class Usable : public virtual Usable_lock {
// ...
public:
Usable();
Usable(char*);
// ...
};

Usable a;

class DD : public Usable { };

DD dd; // 错误: DD::DD() 不能访问
// Usable_lock::Usable_lock()是一个私有成员

为什么不能为模板参数定义约束（constraints）？

可以的，而且方法非常简单和通用。

看看这个：

template<class Container>
void draw_all(Container& c)
{
for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}

如果出现类型错误，可能是发生在相当复杂的 for_each()调用时。例如，如果容器的元
素类型是int，我们将得到一个和for_each()相关的含义模糊的错误(因为不能够对对一
个int值调用Shape::draw 的方法)。

为了提前捕捉这个错误，我这样写：

template<class Container>
void draw_all(Container& c)
{
Shape* p = c.front(); // accept only containers of
Shape*s

for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}

对于现在的大多数编译器，中间变量 p 的初始化将会触发一个易于了解的错误。这个窍门
在很多语言中都是通用的，而且在所有的标准创建中都必须这样做。在成品的代码中，我也
许可以这样写：

template<class Container>
void draw_all(Container& c)
{
typedef typename Container::value_type T;
Can_copy<T,Shape*>(); // accept containers of only
Shape*s

for_each(c.begin(),c.end(),mem_fun(&Shape::draw));
}

这样就很清楚了，我在建立一个断言(assertion)。Can_copy 模板可以这样定义：

template<class T1, class T2> struct Can_copy {
static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

Can_copy(在运行时)检查 T1 是否可以被赋值给 T2。Can_copy<T,Shape*>检查 T 是
否是 Shape*类型，或者是一个指向由 Shape 类公共继承而来的类的对象的指针，或者是
被用户转换到Shape*类型的某个类型。注意这个定义被精简到了最小：

一行命名要检查的约束，和要检查的类型
一行列出指定的要检查的约束(constraints()函数)
一行提供触发检查的方法(通过构造函数)

注意这个定义有相当合理的性质：

你可以表达一个约束，而不用声明或复制变量，因此约束的编写者可以用不着去设想变量如
何被初始化，对象是否能够被复制，被销毁，以及诸如此类的事情。(当然，约束要检查这
些属性的情况时例外。)
使用现在的编译器，不需要为约束产生代码
定义和使用约束，不需要使用宏
当约束失败时，编译器会给出可接受的错误信息，包括“constraints”这个词（给用户
一个线索），约束的名字，以及导致约束失败的详细错误（例如“无法用 double*初始化
Shape*”）。

那么，在C++语言中，有没有类似于 Can_copy——或者更好——的东西呢？在《C++语言
的设计和演变》中，对于在 C++中实现这种通用约束的困难进行了分析。从那以来，出现了
很多方法，来让约束类变得更加容易编写，同时仍然能触发良好的错误信息。例如，我信任
我在 Can_copy 中使用的函数指针的方式，它源自 Alex Stepanov 和 Jeremy Siek。
我并不认为 Can_copy()已经可以标准化了——它需要更多的使用。同样，在 C++社区中，
各种不同的约束方式被使用；到底是哪一种约束模板在广泛的使用中被证明是最有效的，还
没有达成一致的意见。

但是，这种方式非常普遍，比语言提供的专门用于约束检查的机制更加普遍。无论如何，当
我们编写一个模板时，我们拥有了C++提供的最丰富的表达力量。看看这个：

template<class T, class B> struct Derived_from {
static void constraints(T* p) { B* pb = p; }
Derived_from() { void(*p)(T*) = constraints; }
};

template<class T1, class T2> struct Can_copy {
static void constraints(T1 a, T2 b) { T2 c = a; b = a; }
Can_copy() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2 = T1> struct Can_compare {
static void constraints(T1 a, T2 b) { a==b; a!=b; a<b; }
Can_compare() { void(*p)(T1,T2) = constraints; }
};

template<class T1, class T2, class T3 = T1> struct Can_multiply {
static void constraints(T1 a, T2 b, T3 c) { c = a*b; }
Can_multiply() { void(*p)(T1,T2,T3) = constraints; }
};

struct B { };
struct D : B { };
struct DD : D { };
struct X { };

int main()
{
Derived_from<D,B>();
Derived_from<DD,B>();
Derived_from<X,B>();
Derived_from<int,B>();
Derived_from<X,int>();

Can_compare<int,float>();
Can_compare<X,B>();
Can_multiply<int,float>();
Can_multiply<int,float,double>();
Can_multiply<B,X>();

Can_copy<D*,B*>();
Can_copy<D,B*>();
Can_copy<int,B*>();
}

// 典型的“元素必须继承自Mybase*”约束:

template<class T> class Container : Derived_from<T,Mybase> {
// ...
};

事实上，Derived_from并不检查来源（derivation），而仅仅检查转换（conversion），
不过这往往是一个更好的约束。为约束想一个好名字是很难的。

什么是函数对象（function object）？

顾名思义，就是在某种方式上表现得象一个函数的对象。典型地，它是指一个类的实例，这
个类定义了应用操作符operator()。

函数对象是比函数更加通用的概念，因为函数对象可以定义跨越多次调用的可持久的部分
（类似静态局部变量），同时又能够从对象的外面进行初始化和检查（和静态局部变量不同）。
例如：

class Sum {
int val;
public:
Sum(int i) :val(i) { }
operator int() const { return val; } // 取得值

int operator()(int i) { return val+=i; } // 应用
};

void f(vector v)
{
Sum s = 0; // initial value 0
s = for_each(v.begin(), v.end(), s); // 求所有元素的和
cout << "the sum is " << s << "\n";

//或者甚至：
cout << "the sum is " << for_each(v.begin(), v.end(), Sum(0)) <<
"\n";
}

注意一个拥有应用操作符的函数对象可以被完美地内联化（inline），因为它没有涉及到
任何指针，后者可能导致拒绝优化。与之形成对比的是，现有的优化器几乎不能（或者完全
不能？）将一个通过函数指针的调用内联化。

在标准库中，函数对象被广泛地使用以获得弹性。