More Exceptional C++（中文版）

前言

　　與大師面對面（譯序）　　小提琴家穆特錄制過一張唱片，收錄的是貝多芬最偉大的兩部小提琴作品 。聆聽那張唱片，你仿佛聽見貝多芬在向你傾訴他對音樂藝術(shù)的理解和感悟，為你解答小提琴音樂創(chuàng)作的每一個疑問和困惑。為了向音樂愛好者推薦貝多芬的那兩部名作，穆特為她的那張名碟加上了一個恰如其分的標(biāo)題—— “與貝多芬面對面”?！　『仙螹ore Exceptional C++的瞬間，我的第一反應(yīng)是為這本名著也加上一個與之類似的副標(biāo)題，然后，鄭重地推薦給你?！　∈堑?，本書奉獻(xiàn)給你的是又一位大師苦心孤詣的結(jié)晶。不同的是，這位大師來自你所關(guān)注的C++程序設(shè)計領(lǐng)域。對每一位C++愛好者或C++專業(yè)程序員來說，Herb Sutter的名字應(yīng)該不會讓人感到陌生。作為ISO/ANSI C++標(biāo)準(zhǔn)委員會的委員，Herb Sutter不僅是C++程序設(shè)計領(lǐng)域公認(rèn)的專家，還是深受程序員喜愛的技術(shù)講師和作家。Herb Sutter在互聯(lián)網(wǎng)上主持的Guru of the Week專欄廣受歡迎，幾乎成為每一位C++程序員的網(wǎng)上必讀物。本書就是Guru of the Week的最新精華總結(jié)?！　”緯闹饕攸c可以反映在我為它所加的副標(biāo)題中。作為身經(jīng)百戰(zhàn)的專業(yè)程序員，而且長期從事程序設(shè)計的普及教育工作，Herb Sutter最清楚程序員在提升技術(shù)功力的過程中的所想所為。他既了解初學(xué)者的疑問和困惑，也對專業(yè)程序員日常工作中遭遇到的陷阱和易犯的錯誤了如指掌。因而，在本書中，Herb Sutter采用了獨具匠心的“提問/解答”的方式來指導(dǎo)你學(xué)習(xí)C++的語言特性；在本書的每個專題中，Herb Sutter都合理地設(shè)想出你的疑問和困惑，又有如神助地猜到了你的（可能是錯誤的）解答，然后給你以指點并呈現(xiàn)出最佳方案，最后，還提煉出解決類似問題的一般性原則。讀了這本書，你仿佛和Herb Sutter這位大師面對面地進(jìn)行了一場對話，親歷了他對你的指導(dǎo)和點撥。　　關(guān)于本書的另一個特點，我想指出的是，作為C++標(biāo)準(zhǔn)委員會的委員，Herb Sutter在本書中強(qiáng)調(diào)了C++語言的最新標(biāo)準(zhǔn)和最新特性，強(qiáng)調(diào)了泛型程序設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)庫的使用。在本書的所有示例中，Herb Sutter為我們提供的是清新的C++編程風(fēng)格和純正的現(xiàn)代C++代碼和范例?！　”緯m合的讀者對象是中高級程序員，但這并不是說本書的內(nèi)容高不可攀。作者并不是在講述高深的語言特性和設(shè)計技巧，更沒有對基礎(chǔ)話題避而不談；相反，有關(guān)基礎(chǔ)知識的介紹、回顧和深化散見于本書的很多條款之中。只不過，這些條款的內(nèi)容涉及的只是C++特性中的細(xì)節(jié)，它沒有對C++的每一個特性、或每個特性中的每一個方面做全面的介紹。盡管如此，只要具備基本的C++功底和一定的程序設(shè)計經(jīng)驗，你完全可以理解和消化本書的所有內(nèi)容。由于作者進(jìn)行了巧妙的組織和精心的選材，本書每一個條款的內(nèi)容都獨立而完整，它可以讓你在深入學(xué)習(xí)C++語言特性時事半功倍?！　∫蚨?，我相信，無論是有一定基礎(chǔ)的C++愛好者，還是身經(jīng)百戰(zhàn)的專業(yè)程序員，本書都將為你帶來收獲；在你的C++程序設(shè)計生涯中，它將是你的案頭不可或缺的C++專著之一?！　≈轮x　　能夠翻譯完這本書，我首先要感謝我的妻子妞妞和兒子斗斗，是你們給了我工作的動力，長期以來我都未能陪伴在你們身邊，你們不但給了我寬容，還依然給我不變的愛和支持。感謝yeka，是你促成了我和華中科技大學(xué)出版社的愉快合作，并給了我最直接的幫助。感謝肖翔對譯稿進(jìn)行的認(rèn)真審校，他在審閱過程中的真知灼見令我受益匪淺。感謝moonsea，即使是在我工作的時候，你也會不時地擾亂我的心緒，迫使我無法繼續(xù)工作—— 正因為這樣，我才得以不時地逃離枯燥的鍵盤和屏幕，偷得一刻閑暇。感謝作者Herb Sutter，在翻譯本書的過程中，你對我的每一次請教都給予了耐心的解答—— 和大師的直接對話讓我如沐春風(fēng)。最后，感謝互聯(lián)網(wǎng)上所有給予我?guī)椭凸膭畹呐笥褌?，lostmouse（我在專業(yè)論壇上的網(wǎng)名）希望，這本譯作能成為我對你們最好的回饋；我還希望，你們能一如既往地幫助我，指出我在這本譯作中留下的每一個疏漏和錯誤。感謝你們！　　於春景（lostmouse）　　2002年5月于深圳蛇口　　序　　怎樣才能成為專家？在我涉足過的所有領(lǐng)域，答案都一樣：　　1．掌握基礎(chǔ)知識?！　?．將相同的內(nèi)容再學(xué)習(xí)一遍，但這一次，請將你的注意力集中在細(xì)節(jié)上—— 這些細(xì)節(jié)的重要性，你頭一次可能并沒有認(rèn)識到?！　∪绻暨x了合適的細(xì)節(jié)來學(xué)習(xí)，并且徹底掌握了它們，進(jìn)而達(dá)到不再為之困惑的程度，你就離成為專家為期不遠(yuǎn)了。然而，除非已經(jīng)成為了專家，你又怎么知道該挑選哪些細(xì)節(jié)來學(xué)習(xí)呢？如果有人已經(jīng)為你挑選了合適的細(xì)節(jié)，你就會學(xué)得更快，并且樂在其中?！　∨e個例子，我曾經(jīng)參加過一次攝影學(xué)習(xí)班，授課的是一位很不錯的攝影師，名叫Fred Picker。他告訴我們，攝影中僅有的兩個困難環(huán)節(jié)是：照相機(jī)該擺放在哪兒、何時該按快門。然后，他花了學(xué)習(xí)班的大部分時間教我們有關(guān)曝光、加工和沖印的技術(shù)細(xì)節(jié)—— 只有完全了解了這些細(xì)節(jié)，我們才能夠很好地掌握攝影；而只有很好地掌握了攝影，我們?nèi)リP(guān)注那兩個“困難的”環(huán)節(jié)才有意義?！　W(xué)習(xí)C++編程的細(xì)節(jié)，有一個特別引人入勝的方式，即：盡力去回答有關(guān)C++編程的問題。例如：　　f（a++）；和f（a）；++a；的效果一樣嗎？　　可以用迭代器去改變set的內(nèi)容嗎？　　假設(shè)你正在使用一個名為v的vector，它占用的內(nèi)存數(shù)量已經(jīng)增長到讓你　擔(dān)心的程度。于是你會想到去清除這個vector，將內(nèi)存返還給系統(tǒng)。調(diào)用v.clear（）可以完成這一使命嗎？　　你可能已經(jīng)猜到，這些表面上看起來顯而易見的問題，其答案一定是No—— 否則我也不會把它們提出來—— 但你知道答案為什么是No嗎？你確信？　　本書回答了這些問題。此外，它還回答了其他許多精心挑選的問題，這些問題針對的都是看起來很平常的程序。沒有多少書籍具有本書這樣的特色—— 當(dāng)然，它的前任Exceptional C++除外。有許多自封“高級”的C++書籍，其實它們中的大多數(shù)要么只是針對專項主題進(jìn)行了討論—— 如果你只是想精通那些特定主題，而不是想深入研究日常編程中遇到的問題，那些書還不錯—— 要么只是用“高級”這個詞來引誘讀者而已?！　∫坏┩笍乩斫饬诉@些問題和它們的答案，你在編程時就不必勞神于細(xì)節(jié)，你就盡可以將注意力集中在真正需要盡力解決的問題上?！　ndrew Koenig　　2001年6月　　前　言　　古希臘哲學(xué)家蘇格拉底通過向?qū)W生提問進(jìn)行教學(xué)——　他用那些精心構(gòu)思的問題來指導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)他們從已知得出結(jié)論；讓他們認(rèn)識到自己正在學(xué)習(xí)的事物如何相互聯(lián)系，這些事物與他們已有的知識又如何聯(lián)系。這種教學(xué)法如此出名，以致于我們今天把它專稱為“蘇格拉底問答法”。如果讓我們也從學(xué)生的角度來看問題，蘇格拉底的教學(xué)法將引導(dǎo)我們，促使我們思考，幫助我們聯(lián)系并應(yīng)用現(xiàn)有的知識去獲取新知?！　”緯缤那叭蜤xceptional C++ [Sutter00]一樣，借鑒了蘇格拉底的教學(xué)法。它假設(shè)你目前正身處C++產(chǎn)品軟件開發(fā)的某個領(lǐng)域，采用“提問/解答”的形式指導(dǎo)你如何有效地使用標(biāo)準(zhǔn)C++語言及其標(biāo)準(zhǔn)庫—— 尤其是，如何運用現(xiàn)代C++中有效的軟件工程理論來解決問題。這些問題大多直接取自于我和其他人在編寫產(chǎn)品級C++代碼時積累的經(jīng)驗，以所謂的“疑問”和“難題”的形式呈現(xiàn)給你。“疑問”的目的在于幫助你從現(xiàn)有的知識和剛剛學(xué)到的知識中得出結(jié)論，并展現(xiàn)它們之間如何相互關(guān)聯(lián)。“難題”則向你展示如何去分析C++設(shè)計和編程上的論題—— 某些是常見的論題，某些并不常見；某些是淺顯的論題，某些則比較深奧；還有一些論題之所以拿來討論，是因為—— 唔，僅僅因為—— 它們很有趣?！　”緯采wC++的方方面面。但我沒有說它觸及C++的每一個細(xì)節(jié)—— 那將需要更多的篇幅—— 我是在說，本書提取了C++語言和標(biāo)準(zhǔn)庫構(gòu)件中的廣泛素材，向你展示看似毫不相關(guān)的個體如何被綜合利用起來，構(gòu)成解決常見問題的新穎方案。它還展示了這些素材中看似毫不相關(guān)的那些部分自身是如何相互關(guān)聯(lián)的—— 即使有時你不希望它們有如此的關(guān)聯(lián)；以及，應(yīng)當(dāng)如何處理這些關(guān)聯(lián)。你將在此找到關(guān)于模板與名字空間、異常與繼承、健壯類的設(shè)計與設(shè)計模式、泛型程序設(shè)計與宏的使用技巧等內(nèi)容—— 這些內(nèi)容絕不是雜亂地堆砌在一起，而是作為連貫的條款，向你展示現(xiàn)代C++中這些組成部分之間的相互聯(lián)系?！　『螢椤癕ore”？　　More Exceptional C++起步于Exceptional C++駐足之處。本書繼承了前任的傳統(tǒng)：它提供了新的內(nèi)容，這些內(nèi)容被組織為短小的條款，形成有主題的章節(jié)。前一本書的讀者會在此發(fā)現(xiàn)一些熟悉的章節(jié)和主題，如異常安全、泛型編程、內(nèi)存管理技術(shù)等，但如今它們包含了新的內(nèi)容。這兩本書在結(jié)構(gòu)和主題而非內(nèi)容上有重疊之處?！　ore Exceptional C++還有何不同之處？本書特別強(qiáng)調(diào)了泛型編程技術(shù)以及如何有效地使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫，并涉及了如traits和predicates這樣的重要技術(shù)。有幾個條款還深入分析了使用標(biāo)準(zhǔn)容器和算法時應(yīng)該牢記的要點—— 這其中的許多要點，我在別的地方還沒見到它們被提及過。此外，一個新的章節(jié)和兩個附錄集中討論了單線程和多線程環(huán)境下的優(yōu)化議題—— 對于編寫產(chǎn)品級代碼的軟件開發(fā)商來說，這些議題在目前比以往任何時候都更具實用價值?！　”緯拇蠖鄶?shù)條款最初出現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)和雜志專欄，尤其是Guru of the Week的GotW專題31到62，以及我曾為C/C++ Users Journal、Dr.Dobb’s Journal、以前的C++ Report和其他出版物撰寫的印刷版專欄和文章中。自最初版本出現(xiàn)以來，本書的內(nèi)容歷經(jīng)大量的修訂、增補、校正和更新，因而本書（連同它在www.gotw.ca上不可缺少的勘誤表）可以被認(rèn)為是那些原始材料的最新正式版本。　　你應(yīng)該知道的　　我認(rèn)為你已經(jīng)了解了C++的基礎(chǔ)知識。如果不是這樣，建議你從一本好的C++入門和概念性的書籍開始，最好選擇一本經(jīng)典的大部頭著作，如Bjarne Stroustrup的The C++ Programming Language [Stroustrup00]，或者是Stan Lippman與Josée Lajoie合著的C++ Primer第三版 [Lippman98]。然后，一定要挑選一本指導(dǎo)編程風(fēng)格的書，例如Scott Meyers經(jīng)典的Effective C++套書[Meyers96][Meyers97]。我發(fā)現(xiàn)這套書有基于瀏覽器閱讀的CD版本[Meyers99]，十分方便好用。　　如何閱讀本書　　本書的每個條款以一個難題或疑問的形式呈現(xiàn)，它帶有一條介紹性的標(biāo)題，類似下面這樣：　　條款#：條款的題目	難度：Ⅹ　　條款的題目和難度等級提示你將要面對的是何種難題。注意，難度等級是我的主觀評斷，我只是猜想大多數(shù)人碰到每個問題時會覺得有多難，所以你很可能會發(fā)現(xiàn)一個難度為“7”的問題對你來說比某個難度為“5”的問題還容易。自從寫作Exceptional C++以來，我不時收到一些電子郵件，說“某某條款比你說的要容易（難）”。面對同一條款，不同的人認(rèn)為“更容易”或“更難”是很自然的。難度等級隨人而定；對你來說，任何條款的實際難度真正取決于你的知識和經(jīng)驗，它對別人來說會相對更容易或更難。但大多數(shù)情況下你會發(fā)現(xiàn)，難度分級是一種不錯的經(jīng)驗方法，它指引給你的和你所認(rèn)為的大致相當(dāng)。　　你可能打算從頭至尾閱讀整本書。這很好，但不一定非如此不可。你可能會集中閱讀一個章節(jié)中的所有條款，因為你對那個章節(jié)的議題特別感興趣。這也不錯。書中有一些條款被我稱為“短系列”，因為它們涉及的是相關(guān)的問題，你會看到這些條款用“之一”、“之二”等來標(biāo)識。除了這些“短系列”外，其余的條款都是很獨立的。在本書的條款中還包含很多交叉索引，有些索引還參考到Exceptional C++，你可以遵循這些索引隨意跳轉(zhuǎn)閱讀。我唯一要告訴你的是，制作“短系列”是為了讓它們成為一組以便于連續(xù)閱讀，除此之外，如何閱讀，選擇權(quán)在你?！　∶挚臻g、typename、URL引用以及其他約定　　我在本書中提出了不少建議，但我不會指引你去做一些連我自己都沒做過的事。這包括整本書里我在我自己的示例代碼中所做的那些事。我也會遵循程序設(shè)計的現(xiàn)有習(xí)慣和現(xiàn)代風(fēng)格，即使有時候這樣做不會對事情帶來本質(zhì)上的差異?！　￡P(guān)于這一點，說說名字空間。在本書的代碼示例中，如果你在一個例子中看到了一個文件范圍內(nèi)的using指令，又在幾頁或幾個條款后另外的例子中看到了一個函數(shù)范圍內(nèi)的using指令，這其實沒有什么更深層的含義，只是說明在那些特定情況下，這樣做是合理的，而且從美學(xué)的角度來看，也讓我感到美觀。至于名字空間的基本知識，請參閱條款40。在書寫代碼時，如果想強(qiáng)調(diào)我所指的是標(biāo)準(zhǔn)中的東西，我會用std：：來修飾標(biāo)準(zhǔn)庫名稱。這一點確立后，我往往會轉(zhuǎn)而使用不帶修飾的名稱?！　≡僬f說模板參數(shù)的聲明。我時常碰到一些人，他們認(rèn)為寫class而不寫typename是過時的做法，即使這二者沒有功能上的不同、而且C++標(biāo)準(zhǔn)本身也在到處使用class。純粹出于代碼書寫風(fēng)格方面的考慮，并且為了強(qiáng)調(diào)本書所討論的是當(dāng)今現(xiàn)代的C++，在聲明模板參數(shù)時，我也已經(jīng)轉(zhuǎn)到使用typename而不使用class。唯一的例外是條款33中的一處，在那兒我直接引用了標(biāo)準(zhǔn)中的代碼——　標(biāo)準(zhǔn)用的是class，我就隨它去了?！　〕俏颐鞔_地稱某段代碼是“完整程序”，否則一般不是。請記住，這些示例通常只是代碼片段或者只是程序的一部分，它們不會就這樣孤立地通過編譯。為了用我所提供的程序片段構(gòu)成完整程序，你一般還得做一些顯而易見的添加工作。　　最后，說說URL?；ヂ?lián)網(wǎng)上，事事在變。特別是，你無法掌控的那些事物在變。這樣一來，在印刷書籍上隨意發(fā)布URL就成為了一種真正的痛苦：不用等到一本書在你的書桌上躺上五年，在它還沒送到印刷廠之前，那些URL可能就已經(jīng)過時了。本書中，當(dāng)我引用其他人的文章或網(wǎng)站時，我是通過我自己的網(wǎng)站www.gotw.ca上的URL來實現(xiàn)的。這個網(wǎng)站我可以自己控制，它包含的只不過是直接指向?qū)嶋H網(wǎng)頁的重定向鏈接。如果你發(fā)現(xiàn)印刷在本書中的某個鏈接不再可用，請發(fā)電子郵件告訴我，我會更新這個鏈接，讓它指向新的網(wǎng)頁位置（如果我能夠重新找到這個網(wǎng)頁），或者標(biāo)示這個網(wǎng)頁已經(jīng)不再存在（如果我無法找到這個網(wǎng)頁）。無論哪種方式，本書的URL將保持最新—— 盡管在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)世界里，印刷傳媒是這樣舉步維艱。唉！　　致謝　　深切感謝叢書編輯Bjarne Stroustrup，還有Debbie Lafferty、Tyrrell Albaugh、Chanda Leary-Coutu、Charles Leddy、Curt Johnson，以及Addison-Wesley出版社的其他成員，感謝他們在這個項目中的鼎力協(xié)助和堅持不懈。很難想象還能找到比他們更棒的人一起共事，他們的熱情和協(xié)作使這本書完全達(dá)到了我預(yù)想的目標(biāo)。　　另外值得感謝和稱贊的是審閱過本書的許多專家。對本書的許多內(nèi)容，他們毫無保留地提出了深刻的見解和犀利的批評，而這些見解和批評是那樣一針見血。正是因為他們的努力，你手中的這本書比初稿更完整、更易于理解、更實用。特別感謝（大致以我收到審閱意見的順序）Scott Meyers、Jan Christiaan van Winkel、Steve DewHurst、Dennis Mancl、Jim Hyslop、Steve Clamage、Kevlin Henney、Andrew Koenig、Patrick McKillen，以及一些不知名的審閱者。書中遺留的所有錯誤、疏忽和歧義都是因為我，而非他們?！　∽詈?，將所有的感謝獻(xiàn)給我的家人和朋友—— 無論是在這本書的寫作和出版期間，還是其他任何時候，他們都一直陪伴在我身邊。　　Herb Sutter　　2001年6月于多倫多

內(nèi)容概要

對C++程序員來說，ISO／ANSI C++標(biāo)準(zhǔn)的問世標(biāo)志著一個新紀(jì)元的開始。C++標(biāo)準(zhǔn)為程序設(shè)計提供了很多新的便利和可能，但要想在如此眾多的信息中挖掘到其中的精髓，現(xiàn)實世界中的程序員缺少足夠的時間。本書針對一定的主題，為程序員提供了簡明扼要的指導(dǎo)，從而將學(xué)習(xí)時間和疑惑減至最少。本書內(nèi)容包括泛型程序設(shè)計與C++標(biāo)準(zhǔn)庫、優(yōu)化與性能、異常安全議題及技術(shù)、繼承與多態(tài)、內(nèi)存及資源管理、自由函數(shù)與宏等。　　本書內(nèi)容全面豐富，論述翔實清晰，作者權(quán)威且經(jīng)驗豐富，是C++程序員的必備讀物。

作者簡介

Herb Sutter
　　Herb Sutter是公認(rèn)的C++軟件開發(fā)專家，他同時定期地在世界各地的會議上應(yīng)邀座淡  作為130多篇技術(shù)文章的作者，Herb同時擔(dān)任ISO／ANSI C++標(biāo)準(zhǔn)委員會的秘書、C／C++Users雜志的特約編輯和專欄作家。以及C++Report的前主編一在主要的C++屠言的Internet新聞組comp，1ang，c++，moderated上，發(fā)表有Herb廣為流傳的“C++Guru of the Week”系列，該新聞組白1995年成訌以來，一直山Herb擔(dān)任主持，聯(lián)系作者，清垂洶

書籍目錄

與大師面對面（譯序）序前言泛型程序設(shè)計與C++標(biāo)準(zhǔn)庫　條款1：流　條款2：Predicates，之一：remove()刪除了什么?　條款3：Predicates，之二：狀態(tài)帶來的問題　條款4：可擴(kuò)充的模板：使用繼承還是traits?　條款5：typename　條款6：容器、指針和“不是容器的容器”　條款7：使用vector和deque　條款8：使用set和map　條款9：等同的代碼嗎?　條款10：模板特殊化與重載　條款11：Mastermind優(yōu)化與性能　條款12：內(nèi)聯(lián)　條款13：緩式優(yōu)化，之一：一個普通的舊式String　條款14：緩式優(yōu)化，之二：引入緩式優(yōu)化　條款15：緩式優(yōu)化，之三：迭代器與引用　條款16：緩式優(yōu)化，之四：多線程環(huán)境異常安全議題及技術(shù)　條款17：構(gòu)造函數(shù)失敗，之一：對象生命期　條款18：構(gòu)造函數(shù)失敗，之二：吸收異常?　條款19：未捕獲的異常　條款20：未管理指針存在的問題，之一：參數(shù)求值　條款21：未管理指針存在的問題，之二：使用auto~tr7　條款22：異常安全與類的設(shè)計，之一：復(fù)制賦值　條款23：異常安全與類的設(shè)計，之二：繼承繼承與多態(tài)　條款24：為什么要使用多繼承?　條款25：模擬多繼承　條款26：多繼承與連體雙嬰問題　條款27：  (非)純虛函數(shù)　條款28：受控的多態(tài)內(nèi)存及資源管理　條款29：使用auto_ptr　條款30：智能指針成員，之一：auto_ptr存在的問題　條款31：智能指針成員，之二：設(shè)計Va1uePtr自由函數(shù)與宏　條款32：遞歸聲明　條款33：模擬嵌套函數(shù)　條款34：預(yù)處理宏　條款35：宏定義雜項議題　條款36：初始化　條款37：前置聲明　條款38：typedef　條款39：名字空間，之一：using聲明和using指令　條款40：名字空間，之二：遷徙到名字空間后記參考文獻(xiàn)索引

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無

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