C/C++陷阱與套路，當年就是折在這些地兒…

摘要：本文結合做者的工做經驗和學習心得，對C++語言的一些高級特性，作了簡單介紹；對一些常見的誤解，作了解釋澄清；對比較容易犯錯的地方，作了概括總結；但願藉此能增進你們對C++語言瞭解，減小編程出錯，提高工做效率。

1、導語

C++是一門被普遍使用的系統級編程語言，更是高性能後端標準開發語言；C++雖功能強大，靈活巧妙，但卻屬於易學難精的專家型語言，不只新手難以駕馭，就是老司機也容易掉進各類陷阱。

本文結合做者的工做經驗和學習心得，對C++語言的一些高級特性，作了簡單介紹；對一些常見的誤解，作了解釋澄清；對比較容易犯錯的地方，作了概括總結；但願藉此能增進你們對C++語言瞭解，減小編程出錯，提高工做效率。

2、陷阱

個人程序裏用了全局變量，爲什麼進程退出會莫名其妙的core掉？

Rule：C++在不一樣模塊（源文件）裏定義的全局變量，不保證構造順序；但保證在同一模塊（源文件）裏定義的全局變量，按定義的前後順序構造，按定義的相反次序析構。

咱們程序在a.cpp裏定義了依次全局變量X和Y;

按照規則：X先構造，Y後構造；進程中止執行的時候，Y先析構，X後析構；但若是X的析構依賴於Y，那麼core的事情就有可能發生。

結論：若是全局變量有依賴關係，那麼就把它們放在同一個源文件定義，且按正確的順序定義，確保依賴關係正確，而不是定義在不一樣源文件；對於系統中的單件，單件依賴也要注意這個問題。

std::sort()的比較函數有很強的約束，不能亂來

相信工做5年以上至少50%的C/C++程序員都被它坑過，我已經聽到過了無數個悲傷的故事，《聖鬥士星矢》，《仙劍》，還有別人家的項目《每天愛消除》，都有人掉坑，程序運行幾天莫名奇妙的Crash掉，一臉懵逼。

若是要用，要本身提供比較函數或者函數對象，必定搞清楚什麼叫「嚴格弱排序」，必定要知足如下3個特性：

1. 非自反性
2. 非對稱性
3. 傳遞性

儘可能對索引或者指針sort，而不是針對對象自己，由於若是對象比較大，交換（複製）對象比交換指針或索引更耗費。

注意操做符短路

考慮遊戲玩家回血回藍（魔法）刷新給客戶端的邏輯。玩家每3秒回一點血，玩家每5秒回一點藍，回藍回血共用一個協議通知客戶端，也就是說只要有回血或者回藍就要把新的血量和魔法值通知客戶端。

玩家的心跳函數heartbeat()在主邏輯線程被循環調用

void  GamePlayer::Heartbeat()
{
    if (GenHP() || GenMP())
    {
        NotifyClientHPMP();
    }
}

若是GenHP回血了，就返回true，不然false；不必定每次調用GenHP都會回血，取決因而否達到3秒間隔。

若是GenMP回藍了，就返回true，不然false；不必定每次調用GenMP都會回血，取決因而否達到5秒間隔。

實際運行發現回血回藍邏輯不對，Word麻，原來是操做符短路了，若是GenHP()返回true了，那GenMP()就不會被調用，就有可能失去回藍的機會。你須要修改程序以下：

void GamePlayer::Heartbeat()
{
    bool hp = GenHP();
    bool mp = GenMP();

    if (hp || mp)
    {  
        NotifyClientHPMP();
    }  
}

邏輯與（&&）跟邏輯或（||）有一樣的問題， if (a && b) 若是a的表達式求值爲false，b表達式也不會被計算。

有時候，咱們會寫出 if (ptr != nullptr && ptr->Do())這樣的代碼，這正是利用了操做符短路的語法特徵。

別讓循環停不下來

for (unsigned int i = 5; i >=0; --i)
{
    //...
}

程序跑到這，WTF？根本停不下來啊？問題很簡單，unsigned永遠>=0，是否是心中一萬隻馬奔騰？

解決這個問題很簡單，可是有時候這一類的錯誤卻沒這麼明顯，你須要罩子放亮點。

內存拷貝當心內存越界

memcpy，memset有很強的限制，僅能用於POD結構，不能做用於stl容器或者帶有虛函數的類。

帶虛函數的類對象會有一個虛函數表的指針，memcpy將破壞該指針指向。

對非POD執行memset/memcpy，免費送你四個字：自求多福

注意內存重疊

內存拷貝的時候，若是src和dst有重疊，須要用memmov替代memcpy。

理解user stack空間頗有限

不能在棧上定義過大的臨時對象。通常而言，用戶棧只有幾兆（典型大小是4M，8M），因此棧上建立的對象不能太大。

用sprintf格式化字符串的時候，類型和符號要嚴格匹配

由於sprintf的函數實現裏是按格式化串從棧上取參數，任何不一致，都有可能引發不可預知的錯誤； /usr/include/inttypes.h裏定義了跨平臺的格式化符號，好比PRId64用於格式化int64_t

用c標準庫的安全版本（帶n標識）替換非安全版本

好比用strncpy替代strcpy，用snprintf替代sprintf，用strncat代替strcat，用strncmp代替strcmp，memcpy(dst, src, n)要確保[dst，dst+n]和[src, src+n]都有有效的虛擬內存地址空間。多線程環境下，要用系統調用或者庫函數的安全版本代替非安全版本（_r版本），謹記strtok，gmtime等標準c函數都不是線程安全的。

STL容器的遍歷刪除要當心迭代器失效

vector,list,map,set等各有不一樣的寫法：

int main(int argc, char *argv[])
{
    //vector遍歷刪除
    std::vector v(8);
    std::generate(v.begin(), v.end(), std::rand);
    std::cout << "after vector generate...\n";
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator(std::cout, "\n"));
    for (auto x = v.begin(); x != v.end(); )
    {
        if (*x % 2)
            x = v.erase(x);
        else
            ++x;
    }

    std::cout << "after vector erase...\n";
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator(std::cout, "\n"));

    //map遍歷刪除
    std::map m = {{1,2}, {8,4}, {5,6}, {6,7}};
    for (auto x = m.begin(); x != m.end(); )
    {
        if (x->first % 2)
            m.erase(x++);
        else
            ++x;
    }
    return 0;
}

有時候遍歷刪除的邏輯不是這麼明顯，可能循環裏調了另外一個函數，而該函數在某種特定的狀況下才會刪除當前元素，這樣的話，就是很長一段時間，程序都運行得好好的，而當你正跟別人談笑風生的時候，突然crash，這就尷尬了。

聖鬥士星矢項目曾經遭遇過這個問題，基本規律是一個禮拜game server crash一次，折磨團隊將近一個月。

比較low的處理方式能夠把待刪元素放到另外一個容器WaitEraseContainer裏保存下來，再走一趟單獨的循環，刪除待刪元素。

固然，咱們推薦在遍歷的同時刪除，由於這樣效率更高，也顯得行家裏手。

3、性能

空間換取時間

經過空間換取時間是提升性能的慣用法，bitmap，int map[]這些慣用法要了然於胸。

減小拷貝 & COW

瞭解Copy On Write。
只要可能就應該減小拷貝，好比經過共享，好比經過引用指針的形式傳遞參數和返回值。

延遲計算和預計算

好比遊戲服務器端玩家的戰力，由屬性a,b決定，也就是說屬性a，b任何一個變化，都須要重算戰力；但若是ModifyPropertyA(),ModifyPropertyB()以後，都重算戰力卻並不是真正必要，由於修改屬性A以後有可能立刻修改B，兩次重算戰力，顯然第一次重算的結果會很快被第二次的重算覆蓋。

並且不少狀況下，咱們可能須要在心跳裏，把最新的戰力值推送給客戶端，這樣的話，ModifyPropertyA(),ModifyPropertyB()裏，咱們其實只須要把戰力置髒，延遲計算，這樣就能避免沒必要要的計算。

在GetFightValue()裏判斷FightValueDirtyFlag，若是髒，則重算，清髒標記；若是不髒，直接返回以前計算的結果。

預計算的思想相似。

分散計算

分散計算是把任務分散，打碎，避免一次大計算量，卡住程序。

哈希

減小字符串比較，構建hash，可能會多費一點存儲空間，但收益可觀，信我。

日誌節制

日誌的開銷不容忽視，要分級，能夠把日誌做爲debug手段，但要release乾淨。

編譯器爲何不給局部變量和成員變量作默認初始化

由於效率，C++被設計爲系統級的編程語言，效率是優先考慮的方向，c++秉持的一個設計哲學是「不爲沒必要要的操做付出任何額外的代價」。因此它有別於java，不給成員變量和局部變量作默認初始化，若是須要賦初值，那就由程序員本身去保證。

結論：從安全的角度出發，不該使用未初始化的變量，定義變量的時候賦初值是一個好的習慣，不少錯誤皆因未正確初始化而起，C++11支持成員變量定義的時候直接初始化，成員變量儘可能在成員初始化列表裏初始化，且要按定義的順序初始化。

理解函數調用的性能開銷（棧幀創建和銷燬，參數傳遞，控制轉移），性能敏感函數考慮inline

X86_64體系結構由於通用寄存器數目增長到16個，因此64位系統下參數數目很少的函數調用，將會由寄存器傳遞代替壓棧方式傳遞參數，但棧幀創建、撤銷和控制轉移依然會對性能有所影響。

遞歸的優勢、缺點

雖然遞歸函數能簡化程序編寫，但也經常帶來運行速度變慢的問題，因此須要預估好遞歸深度，優先考慮非遞歸實現版本。

遞歸函數要有退出條件且不能遞歸過深，否則有爆棧危險。

4、數據結構和容器

瞭解std::vector的方方面面和底層實現

1. vector是動態擴容的，2的次方往上翻，爲了確保數據保存在連續空間，每次擴充，會將原member悉數拷貝到新的內存塊； 不要保存vector內對象的指針，擴容會致使其失效 ；能夠經過保存其下標index替代。
2. 運行過程當中須要動態增刪的vector，不宜存放大的對象自己 ，由於擴容會致使全部成員拷貝構造，消耗較大，能夠經過保存對象指針替代。
3. resize()是重置大小；reserve()是預留空間，並未改變size()，可避免屢次擴容； clear()並不會致使空間收縮 ，若是須要釋放空間，能夠跟空的vector交換，std::vector .swap(v)，c++11裏shrink_to_fit()也能收縮內存。
4. 理解at()和operator[]的區別 ：at()會作下標越界檢查，operator[]提供數組索引級的訪問，在release版本下不會檢查下標，VC會在Debug版本會檢查；c++標準規定:operator[]不提供下標安全性檢查。
5. C++標準規定了std::vector的底層用數組實現，認清這一點並利用這一點。

經常使用數據結構

數組：內存連續，隨機訪問，性能高，局部性好，不支持動態擴展，最經常使用。

鏈表：動態伸縮，脫離插入極快，特別是帶先後驅指針，內存一般不連續（固然能夠經過從固定內存池分配規避），不支持隨機訪問。

查找：3種：bst，hashtable，基於有序數組的bsearch。二叉搜索樹（RBTree），這個從begin到end有序，最壞查找速度logN，壞處內存不連續，節點有額外空間浪費；hashtable，好的hash函數很差選，搜索最壞退化成鏈表，難以估計捅數量，開大了浪費內存，擴容會卡一下，無序；基於有序數組的bsearch，局部性好，insert/delete慢。

5、最佳實踐

對於在啓動時加載好，運行中不變化的查詢結構，能夠考慮用sorted array替代map，hash表等

由於有序數組支持二分查找，效率跟map差很少。對於只須要在程序啓動的時候構建（排序）一次的查詢結構，有序數組相比map和hash可能有更好的內存命中性（局部命中性）。

運行過程當中，穩定的查詢結構（好比配置表，須要根據id查找配置表項，運行過程當中不增刪），有序數組是個不錯的選擇；若是不穩定，則有序數組的插入刪除效率比map，hashtable差，因此選用有序數組須要注意適用場合。

std::map or std::unorder_map？

想清楚他們的利弊，map是用紅黑樹作的，unorder_map底層是hash表作的，hash表相對於紅黑樹有更高的查找性能。hash表的效率取決於hash算法和衝突解決方法（通常是拉鍊法，hash桶），以及數據分佈，若是負載因子高，就會下降命中率，爲了提升命中率，就須要擴容，從新hash，而從新hash是很慢的，至關於卡一下。

而紅黑樹有更好的平均複雜度，因此若是數據量不是特別大，map是勝任的。

積極的使用const

理解const不只僅是一種語法層面的保護機制，也會影響程序的編譯和運行。

const常量會被編碼到機器指令。

理解四種轉型的含義和區別

避免用錯，儘可能少用向下轉型（能夠經過設計加以改進）

static_cast, dynamic_cast,const_cast,reinterpret_cast，傻傻分不清？
C++磚家說：一句話，儘可能少用轉型，強制類型轉換是C Style，若是你的C++代碼須要類型強轉，你須要去考慮是否設計有問題。

理解字節對齊

字節對齊能讓存儲器訪問速度更快。

字節對齊跟cpu架構相關，有些cpu訪問特定類型的數據必須在必定地址對齊的儲存器位置，不然會觸發異常。

字節對齊的另外一個影響是調整結構體成員變量的定義順序，有可能減小結構體大小，這在某些狀況下，能節省內存。

牢記3 rules和5 rules，固然C++11又多了&&的copy ctor和op=版本

只在須要接管的時候才自定義operator=和copy constructor，若是編譯器提供的默認版本工做的很好，不要去自找麻煩，自定義的版本勿忘拷貝每個成分，若是要接管就要處理好。

組合優先於繼承，繼承是一種最強的類間關係

典型的適配器模式有類適配器和對象適配器，通常而言，建議用對象適配的方式，而非用基於繼承的類適配方式。

減小依賴，注意隔離

• 最大限度的減小文件間的依賴關係，用前向聲明拆解相互依賴。
• 瞭解pimpl技術。
• 頭文件要自給自足，不要圖省事all.h，不要包含沒必要要的頭文件，也不要把該包含的頭文件推給user去包含，一句話，頭文件包含要很少很多剛恰好。

嚴格配對

打開的句柄要關閉，加鎖/解鎖，new/delete，new[]/delete[]，malloc/free要配對，可使用RAII技術防止資源泄露，編寫符合規範的代碼

Valgrind對程序的內存使用方式有指望，須要乾淨的釋放，因此規範編程才能寫出valgrind乾淨的代碼，否則再好的工具碰到不按規劃寫的代碼也是武功盡廢啊。

理解多繼承潛在的問題，慎用多繼承

多繼承會存在菱形繼承的問題，多個基類有相同成員變量會有問題，須要謹慎對待。

有多態用法抽象基類的析構函數要加virtual關鍵字

主要是爲了基類的析構函數能獲得正確的調用。

virtual dtor跟普通虛函數同樣，基類指針指向子類對象的時候，delete ptr，根據虛函數特徵，若是析構函數是普通函數，那麼就調用ptr顯式（基類）類型的析構函數；若是析構函數是virtual，則會調用子類的析構函數，而後再調用基類析構函數。

避免在構造函數和析構函數裏調用虛函數

構造函數裏，對象並無徹底構建好，此時調用虛函數不必定能正確綁定，析構亦如此。

從輸入流獲取數據，要作好數據不夠的處理，要加try catch；沒有被吞嚥的exception，會被傳播

從網絡數據流讀取數據，從數據庫恢復數據都須要注意這個問題。

協議儘可能不要傳float，若是傳float要了解NaN的概念，要作好檢查，避免惡意傳播

能夠考慮用整數替代浮點，好比萬分之五（5%%），就保存5。

定義宏要遵循常規

要對每一個變量加括弧，有時候須要加do {} while(0)或者{}，以便能將一條宏當成一個語句。要理解宏在預處理階段被替換，不用的時候要#undef，要防止污染別人的代碼。

瞭解智能指針和指針的誤用

理解基於引用計數法的智能指針實現方式，瞭解全部權轉移的概念，理解shared_ptr和unique_ptr的區別和適用場景

考慮用std::shared_ptr管理動態分配的對象。

指針能帶來彈性，但不要誤用，它的彈性指一方面它能在運行時改變指向，能夠用來作多態，另外一方面對於不能固定大小的數組能夠動態伸縮，但不少時候，咱們對固定大小的array，也在init裏new/malloc出來，其實不必，並且會多佔用sizeof(void*)字節，並且增長一層間接訪問。

size_t究竟是個什麼？我該用有符號仍是無符號整數？

size_t類型是被設計來保存系統存儲器上能保存的對象的最大個數。

32位系統，一個對象最小的單位是一個字節，那2的32次方內存，最多能保存的對象數目就是4G/1字節，正好一個unsigned int能保存下來（typedef unsigned int size_t）。

一樣，64位系統，unsigned long是8字節，因此size_t就是unsigned long的類型別名。

對於像索引，位置這樣的變量，是用有符號仍是無符號呢？像money這樣的屬性呢？

一句話：要講道理，用最天然，最瓜熟蒂落的類型。好比索引不可能爲負用size_t，帳戶可能欠錢，則money用int。好比：

template <class T> class vector
{
    T& operator(size_t index) {}
};

標準庫給出了最好的示範，由於若是是有符號的話，你須要這樣判斷

if (index < 0 || index >= max_num) throw out_of_bound();

而若是是無符號整數，你只須要判斷 if (index >= max_num)，你承認嗎？

整型通常用int，long就很好，用short，char須要很謹慎，要防止溢出

整型包括int，short，long，long long和char，沒錯，char也是整型，float是實型。

絕大多數狀況下，用int，long就很好，long通常等於機器字長，能直接放到寄存器，硬件處理起來速度也一般更快。

不少時候，咱們但願用short，char達到減小結構體大小的目的。可是因爲字節對齊的緣由，可能並不能真正減小大小，並且1,2個字節的整型位數太少，一不當心就溢出了，須要特別注意。

因此，除非在db、網絡這些對存儲大小很是敏感的場合，咱們才須要考慮是否以short，char替代int，long。其餘狀況下，就至關於爲省電而不開樓道的燈，省不了多少錢卻冒着摔斷腿的危險。

局部變量更沒有必要用(unsigned) short，char等，棧是自動伸縮的，它既不節省空間，還危險，還慢。

6、擴展

瞭解c++高階特性

模板和泛型編程，union，bitfield，指向成員的指針，placement new，顯式析構，異常機制，nested class，local class，namespace，多繼承、虛繼承，volatile，extern "C"等

有些高級特性只有在特定狀況下才會被用到，但技多不壓身，平時仍是須要積累和了解，這樣在需求出現時，才能從本身的知識庫裏拿出工具來對付它。

瞭解C++新標準

關注新技術，c++11/14/1七、lambda，右值引用，move語義，多線程庫等

c++98/03標準到c++11標準的推出歷經13年，13年來程序設計語言的思想獲得了很大的發展，c++11新標準吸取了不少其餘語言的新特性，雖然c++11新標準主要是靠引入新的庫來支持新特徵，核心語言的變化較少，但新標準仍是引入了move語義等核心語法層面的修改，每一個CPPer都應該瞭解新標準。

OOD設計原則並非胡扯

• 設計模式六大原則（1）：單一職責原則
• 設計模式六大原則（2）：里氏替換原則
• 設計模式六大原則（3）：依賴倒置原則
• 設計模式六大原則（4）：接口隔離原則
• 設計模式六大原則（5）：迪米特法則
• 設計模式六大原則（6）：開閉原則

熟悉經常使用設計模式，活學活用，不生搬硬套

神化設計模式和反設計模式，都不是科學的態度，設計模式是軟件設計的經驗總結，有必定的價值；GOF書上對每個設計模式，都用專門的段落講它的應用場景和適用性，限制和缺陷，在正確評估得失的狀況下，是鼓勵使用的，但顯然，你首先須要準確get到她。

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