Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

processWidget(w, highPriority); // Неопределенное поведение!

// highPriority содержит

// висячий указатель!

Класс std::vector::referenceявляется примером прокси-класса (proxy class), т.e. класса, цель которого — эмуляция и дополнение поведения некоторого другого типа. Прокси-классы применяются для множества разных целей. Например, std::vector::referenceнужен для того, чтобы создать иллюзию, что operator[]класса std::vectorвозвращает ссылку на бит, а интеллектуальные указатели стандартной библиотеки (см. главу 4, “Интеллектуальные указатели”) являются прокси-классами, которые добавляют к обычным указателям управление ресурсами. Полезность прокси-классов — давно установленный и не вызывающий сомнения факт. Фактически шаблон проектирования “Прокси” — один из наиболее давних членов пантеона шаблонов проектирования программного обеспечения.

Одни прокси-классы спроектированы так, чтобы быть очевидными для клиентов. Это, например, такие классы, как std::shared_ptrи std::unique_ptr. Другие прокси-классы спроектированы для более-менее невидимой работы. Примером такого “невидимого” прокси-класса является std::vector::reference, как и его собрат std::bitset::referenceиз класса std::bitset.

В этом же лагере находятся и некоторые классы библиотек С++, применяющих технологию, известную как шаблоны выражений (expression templates). Такие библиотеки изначально разрабатывались для повышения эффективности кода для числовых вычислений. Например, для заданного класса Matrixи объектов m1, m2, m3и m4класса Matrix, выражение

Matrix sum = m1 + m2 + m3 + m4;

может быть вычислено более эффективно, если operator+для объектов Matrixвозвращает не сам результат, а его прокси-класс. Иначе говоря, operator+для двух объектов Matrixдолжен возвращать объект прокси-класса, такого как Sum, а не объект Matrix. Как и в случае с std::vector::referenceи bool, должно иметься неявное преобразование из прокси-класса в Matrix, которое позволит инициализировать sumпрокси-объектом, полученным из выражения справа от знака “ =”. (Тип этого объекта будет традиционно кодировать все выражение инициализации, т.e. быть чем-то наподобие Sum, Matrix>, Matrix>. Определенно, это тип, от которого следует защитить клиентов.)

В качестве общего правила “невидимые” прокси-классы не умеют хорошо работать вместе с auto. Для объектов таких классов зачастую не предусматривается существование более длительное, чем одна инструкция, так что создание переменных таких типов, как правило, нарушает фундаментальные предположения проекта библиотеки. Это справедливо для std::vector::reference, и мы видели, как нарушение предположений ведет к неопределенному поведению.

Следовательно, надо избегать кода следующего вида:

auto someVar = выражение с типом "невидимого" прокси-класса ;

Но как распознать, когда используется прокси-объект? Программное обеспечение, использующее невидимый прокси, вряд ли станет его рекламировать. Ведь эти прокси-объекты должны быть невидимыми , по крайней мере концептуально! И если вы обнаружите их, то действительно ли следует отказываться от autoи массы преимуществ, продемонстрированных для него в разделе 2.1?

Давайте сначала зададимся вопросом, как найти прокси. Хотя “невидимые” прокси-классы спроектированы таким образом, чтобы при повседневном применении “летать вне досягаемости радара программиста”, использующие их библиотеки часто документируют такое применение. Чем лучше вы знакомы с основными проектными решениями используемых вами библиотек, тем менее вероятно, что вы пропустите такой прокси незамеченным.

Там, где документация слишком краткая, на помощь могут прийти заголовочные файлы. Возможность сокрытия прокси-объектов в исходном коде достаточно редка. Обычно прокси-объекты возвращаются из функций, которые вызываются клиентами, так что сигнатуры этих функций отражают существование прокси-объектов. Например, вот как выглядит std::vector::operator[]:

namespace std { // Из стандарта С++

template

class vector {

public:

…

class reference{ … };

referenceoperator[](size_type n);

};

}

В предположении, что вы знаете, что operator[]у std::vectorобычно возвращает T&, необычный возвращаемый тип у operator[]в данном случае должен навести вас на мысль о применении здесь прокси-класса. Уделяя повышенное внимание используемым интерфейсам, часто можно выявить наличие прокси-классов.

На практике многие разработчики обнаруживают применение прокси-классов только тогда, когда пытаются отследить источник таинственных проблем при компиляции или отладить никак не проходящий тесты модуль. Независимо от того, как вы его обнаружили, после того как выясняется, что autoопределен как выведенный тип прокси-класса вместо “проксифицируемого” типа, решение не требует отказа от auto. Само по себе ключевое слово autoпроблемой не является. Проблема в том, что auto выводит не тот тип, который вам нужен. Решение заключается в том, чтобы обеспечить вывод другого типа. Способ достижения этого заключается в том, что я называю идиомой явной типизации инициализатора .

Идиома явной типизации инициализатора включает объявление переменной с использованием auto, но с приведением инициализирующего выражения к тому типу, который должен вывести auto. Например, вот как можно использовать эту идиому, чтобы заставить highPriorityстать переменной типа bool:

autohighPriority = static_cast(features(w)[5] );

Здесь features(w)[5]продолжает, как и ранее, возвращать объект типа std::vector::reference, но приведение изменяет тип выражения на bool, который autoзатем выводит в качестве типа переменной highPriority. Во время выполнения программы объект std::vector::reference, который возвращается вызовом std::vector::operator[], преобразуется в значение boolи в качестве части преобразования выполняется разыменование все еще корректного указателя на std::vector, возвращенного вызовом features. Это позволяет избежать неопределенного поведения, с которым мы сталкивались ранее. Затем к битам, на которые указывает указатель, применяется индексация с индексом 5 и полученное значение типа boolиспользуется для инициализации переменной highPriority.

В примере с Matrixидиома явно типизированного инициализатора выглядит следующим образом:

autosum = static_cast(m1 + m2 + m3 + m4 );

Применение идиомы не ограничивается инициализаторами, производимыми прокси-классами. Она может быть полезной для того, чтобы подчеркнуть, что вы сознательно создаете переменную типа, отличного от типа, генерируемого инициализирующим выражением. Предположим, например, что у вас есть функция для вычисления некоторого значения отклонения: