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

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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：

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：

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
};

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🚨 2. 解决方案：系统化设计方法

明确对象创建方式：

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：

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
};

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⚖️ 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：

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：

// 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）
};

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💡 关键原则总结

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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：

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：

// 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;
};