Effective C++ 之 Item 2：尽量以 const， enum， inline 替换 #define

2023-07-29 10:03:40

Effective C++

Chapter 1. 让自己习惯C++（Accustoming Yourself to C++）

Item 2. 尽量以 const， enum， inline 替换 #define

（prefer consts， enums and inlines to #define）

这个条款或许可以改为“宁可以编译器替换预处理器”比较好，因为或许 #define 不被视为语言的一部分。

对于

#define ASPECT_RATIO 1.653

记号名称 ASPECT_RATIO 也许从未被编译器看见, 也许在编译器开始处理源码之前它就被预处理器移走了,解决之道是以一个常量替代上述的宏(#define):

const double AspectRatio = 1.653;             //大写名称常用于宏，因此这里改变名称写法

作为一个语言常量，AspectRatio 一定会被编译器看到，而且对于浮点常量（float point constant）而言，使用常量可能比使用 #define 导致较小量的码，因为预处理器“盲目地将宏名称 ASPECT_RATIO 替换为1.653”可能导致目标码出现多份1.653，若改为常量 AspectRatio 绝不会出现相同的情况。

当以常量替换 #define，有两种情况值得注意：

第一是定义常量指针（constant pointers）。由于常量定义式通常被放在头文件内，因此有必要将指针（而不只是指针所指之物）声明为 const。如若要在头文件内定义一个常量的 char*-based 字符串，你必须写 const 两次：

const char* const authorName = "Scott Meyers";

但一般 string 对象通常比其前辈 char*-based 合宜,所以定义成这样往往更好:
const std::string authorName("Scott Meyers");

第二是 class 专属常量。为了将常量的作用域（scape）限制于 class 内，你必须让它成为 class 的一个成员（member）；而为确保此常量至多只有一份实体，你必须让它成为一个 static 成员：

class GamePlayer

{

private:

    static const int NumTurns = 5;           //常量声明式

    int scores[NumTurns];                    //使用该常量

    ...

};

这里看到的是 NumTurns 的声明式而非定义式，通常 C++ 要求你对所使用的任何东西提供一个定义式，但如果它是个 class 专属常量又是 static 且为整数类型（intergral type，如ints，chars，bools），则需特殊处理。只要不取它们的地址，你可以声明并使用它们而无需提供定义式。但如果需要取某个 class 专属常量的地址，或纵使不取地址但编译器却（不正确地）坚持要看到一个定义式，就必须另外提供如下定义式：
const int GamePlayer::NumTurns;                    //NumTurns的定义

将这个式子放进实现文件而非头文件，由于 class 常量在声明时获得初值，因此定义时不可以再设初值。

旧式编译器也许不支持上述语法，它们不允许 static 成员在其声明式上获得初值。此外所谓的“in-class 初值设定”也只允许对整数常量进行。此时你可以将初值放在定义式：
class CostEstimate

{

private:

    static const double FudgeFactor;                    //static class 常量声明，位于头文件内

    ...

};

const double CostEstimate::FudgeFactor = 1.35;          //static class 常量定义，位于实现文件内

当你在 class 编译期间需要一个 class 常量值，例如在上述的 GamePlayer::scores 的数组声明中（编译器坚持必须在编译期间知道数组的大小）。这时万一编译器（错误地）不允许“static 整数型 class 常量”完成“in class 初值设定”，可改用所谓的“ the enum hack”补偿做法。其理论基础是：“一个属于枚举类型（enumerated type）的数值可权充 ints 被使用”，于是 GamePlayer 被定义如下：

class GamePlayer

{

private:

    enum { NumTurns = 5};        //“the enum hack” —— 令 NumTurns 成为 5 的一个记号名称

    int scores[NumTurns];        //这就没问题了

    ...

};

对于 enum hack：

第一，enum hack 的行为某方面说比较像 #define 而不像 const 。例如取一个 const 的地址是合法的，但取一个 enum 的地址就不合法，而取一个 #define 的地址通常也不合法。如果你不想让别人获得一个 pointer 或 reference 指向你的某个整数常量，enum 可以帮你实现这个约束。此外虽然优秀的编译器不会为“整数型 const 对象”设定另外的存储空间（除非你创建一个 pointer 或 reference 指向该对象），不够优秀的编译器却可能如此，而这可能是你不想要的。Enums 和 #defines 一样绝不会导致非必要的内存分配。
第二，实用主义。许多代码用了它，所以看到它时必须认识它。事实上“enum hack“是 template metaprogramming （模板元编程）的基础技术。

另一个常见的 #define 误用是以它实现宏（macros）。宏看起来像函数，却不会招致函数调用（function call）带来的额外开销。下面这个宏夹带着宏实参，调用函数 f ：

#define CALL_WITH_MAX (a, b) f((a) > (b) ? (a) : (b))       //以 a 和 b 的较大值调用 f

无论何时写出这种宏，必须记住为宏中的所有实参加上小括号，否则在表达式中调用这个宏时可能会遭遇麻烦。但纵使为所有的实参添加小括号，还是会有不可思议的事情发生：

int a = 5, b = 0;

CALL_WITH_MAX(++a, b);        // a 被累加两次

CALL_WITH_MAX(++a, b+10)      // a 被累加一次

在这里，调用 f 之前，a 的递增次数取决于”它被拿来和谁比较“。

幸运的是，只要写出 template inline 函数，便可获得宏带来的效率以及一般函数的所有可预料行为和类型安全性（type safety）：

template<typename T>

inline void callWithMax(const T& a, const T& b)   //由于不知道 T 是什么，故采用 pass by reference-to-const

{

    f(a > b ? a: b);

}

这个 template 产出一整群函数，每个函数都接受两个同型对象，并以其中较大者调用 f 。此外由于 callWithMax 是个真正的函数，它遵守作用域和访问规则，例如你可以写出一个”class 内的 private inline 函数“。一般而言宏无法完成此事。

有了 consts、enums 和 inlines，我们对预处理器（特别是 #define ）的需求降低了，但并非完全消除。 #include 仍然是必须品，而 #ifdef / #ifndef 也继续扮演控制编译的重要角色。目前还不到预处理器全面引退的时候，但应该明确地给出它更长更频繁的假期。

请记住：

对于单纯常量，最后以 const 对象或 enum 替换 #define。
对于形似函数的宏（macros），最好改用 inline 函数替代 #define 。

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Item 2. 尽量以 const， enum， inline 替换 #define

（prefer consts， enums and inlines to #define）

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