​Виртуальный деструктор
#новичкам

Возможно САМЫЙ популярный вопрос на собеседованиях на джунов и мидлов. Оно и справедливо в принципе: очень простой и понятный вопрос, но ответ на него требует хорошего уровня понимания ООП в принципе и как оно конкретно работает в плюсах. Динамический полиморфизм, наследование, порядок вызовов конструкторов и деструкторов - да, это база. Но именно ее и нужно проверить у начинающих и продолжающих разработчиков.

Обычно они заходят немного издалека и просят вангануть, что выведется в консоль для примерно такого кода:

struct Resource {
  Resource() { std::cout << "Resourse has been acquired\n";}
  ~Resource() { std::cout << "Resource has been released\n";}
};

struct Base {
  Base() { std::cout << "Base Constructor Called\n";}
  ~Base() { std::cout << "Base Destructor called\n";}
};

struct Derived1: Base {
  Derived1() { 
    ptr = std::make_unique<Resource>(); 
    std::cout << "Derived constructor called\n";
  }
  ~Derived1() {std::cout << "Derived destructor called\n";}
private:
  std::unique_ptr<Resource> ptr;
};

int main() {
  Base *b = new Derived1();
  delete b;
}

Вроде ничего сложного, но вот надо все штуки вспомнить, как там объекты создаются, в каком порядке что вызывается. Для начинающих тут часто затупки начинаются.

В коде вроде все хорошо написано и невнимательный кандидат может выдать вот это:

Base Constructor Called
Resourse has been acquired
Derived constructor called
Derived destructor called
Resource has been released
Base Destructor called

Вот тут-то его и подловили! На самом деле никакого деструктора наследника вызвано не будет и соответственно ресурсы не освободятся. Интервьюер дает наводку посмотреть на деструктор базового класса. И кандидат с красным лицом кричит: "Деструктор - невиртуальный! По указателю на базовый класс вызовется сразу деструктор базового класса, а деструктор дочернего не вызовется. Будет утечка памяти". Его так на курсах научили говорить. И дальше он выдает правильный вывод программы.

И тут интервьюер говорит: "А что будет, если наследник не будет содержать никаких полей? Какие проблемы будут у этого кода?".

И молодой разработчик в ступоре: он же знает, что невиртуальный деструктор приводит к утечкам. Но тут вроде как и утекать нечему. И говорит, что вроде как и проблем не будет.

Естественно, это неправда.

Если с виду ничего плохого не может произойти и даже при запуске программы ничего плохого не происходит - это не значит, что в программе нет проблем. Стандарт говорит:

if the static type of the object to be deleted 
is different from its dynamic type, the static type 
shall be a base class of the dynamic type of 
the object to be deleted and the static type 
shall have a virtual destructor or
 the behavior is undefined.

Отсутствие виртуального деструктора при удалении через базовый класс приводит к неопределенному поведению. И точка. Можете даже больше не упоминать утечки. Потому что может память утечь, а может и Пентагон задудосится от такой программы. Никто не знает.

Для корректного поведения полиморфных объектов и вызова деструктора дочернего класса вам обязательно нужен виртуальный деструктор базового класса.

Часто встречал эту проблему у младших разработчиков, да и сам я спотыкался на этом. Но теперь наши подписчики вооружены и опасны!

Stay armed. Stay cool.

#cppcore #interview

​Default member initializer
#новичкам

Представьте себе большой класс, определенный целиком в одном файле. Этак строк на 300-400. Обычно принято в таком порядке описывать класс: конструкторы, деструктор, методы и только потом поля. Вариации могут быть разными, но из моей практики одно остается неизменным: объявления конструктора и полей находятся в разных концах тела класса. И вот бывают случаи, когда при создании объекта какие-то поля получают свое значение не из внешних параметров, а какие-то заранее заданные. Дефолтовые.

И вообще было бы очень приятненько видеть значения по умолчанию полей каждый раз, когда мы встречаем их объявления в теле класса. Если бегло читать код, то часто приходится смотреть на список полей. И было бы просто удобно не возвращаться к конструкторам каждый раз, чтобы вспомнить эти значения, а иметь их сразу рядом с объявлением полей.

Такие удобства появились у нас в C++11 - default member initializer. Это именно то, что и хотелось иметь в описанных выше ситуациях. Пример

template<typename T>
struct Stack {
  // rule of 5
  void push(const T& elem) {...}
  void push(T&& elem) {...}
  T& front() {...}
  T& front() const {...}
  void pop() {}
  T GetMinElem() {...}
private:
  std::deque<T> container;
  T min_elem{Limit<T>::max_value};
}

Здесь мы создает простой шаблонный класс стека с одной особенностью: в каждый момент времени вы можете из этого стека получить самое минимальное значение из тех элементов, которые содержатся в этом стеке. Кстати, вам задачка на подумать, как такое можно сделать.

Пример здесь сильно укороченный. Если реализовывать все по чесноку, то реализация такого шаблонного класса займет приличное количество места. Вариантов методов и конструкторов может быть миллион. И я не очень хочу в них возвращаться, чтобы узнать, какое изначальное состояние имеет поле min_elem. А здесь мы сразу видим: у пустого стека примем значение минимального элемента, как максимально возможное значение этого типа. Тогда при добавлении в стек первого элемента для обновления минимума мы можем пользоваться тем же условием, что и для добавления остальных элементов

if (new_elem <= min_elem)
  min_elem = new_elem;

Limit<T> - шаблонный класс, который хранит максимальное и минимальное значение для заданного шаблонного типа. Это может быть реализовано как угодно: через явные специализации, через if constexpr и так далее. Шаблонная магия в общем. Кто хочет, опять же, может в комментах попрактиковаться в реализации этого класса.

Кто не знал - пользуйтесь, вещь полезная.

Stay useful. Stay cool.

#cpp11 #cppcore

​​Member initialization. Best practices
#новичкам

Пост по запросу подписчика. Вот его вопрос.

И реально ведь непонятно, что делать. Столько разных вариантов и возможностей можно придумать для инициализации полей класса, что голова ходит кругом. Какой метод самый оптимальный? Сейчас и будем разбираться.

Здесь я буду приводить какое-то общие и распространенные принципы. К каждому можно придраться и сказать "а у нас в проекте по-другому!". Исключения и другие подходы есть везде. Если хотите высказать свои варианты - комменты открыты.

Начну с того, что нужно предпочитать инициализировать поля либо с помощью списка инициализации конструктора, либо с помощью default member initializer. Дело в том, что все поля на самом деле инициализируются до входа в конструктор! Если списком инициализации или default member initializer'ом не установлено, как поле должно инициализироваться, то в конструктор оно попадет инициализированным по умолчанию. Именно поэтому, например, не можете в конструкторе инициализировать объект класса, у которого нет конструктора по умолчанию. Будет ошибка компиляции и у вас потребуют дефолтный конструктор. Запомните: конструктор нужен для нетривиальных вещей. С простой иницализацией справятся ctor initialization list и инициализатор по умолчанию.

Далее. Остается 2 способа, как инициализировать. Какой из них выбрать и в какой пропорции смешивать?

CppCoreGuidelies говорят нам: "Prefer default member initializers to member initializers in constructors for constant initializers".

То есть, если инициализатор константный, то используйте default member initializer.

Причина: inplace инициализатор делает явным то, что именно эти дефолтовые значения будут использоваться во всех конструкторах. Пример:

class X { // BAD 
  int i; 
  string s; 
  int j; 
public: 
  X() :i{666}, s{"qqq"} { } // j is uninitialized 
  X(int ii) :i{ii} {} // s is "" and j is uninitialized 
 // ... 
};

Как в этом случае читатель кода поймет, была ли инициализация j специально пропущена(что скорее всего не очень гуд) или было ли для s намеренным выставление его значения в "qqq" в первом случае и в пустую строку во втором случае(почти стопроцентный баг)? Все эти ошибки могут появиться при добавлении новых полей в класс. По классике: добавили новое поле, использовали его в методах, но вот в одном месте упустили инициализацию. Кейс настолько жизненный, что мое почтение.

Более адекватный вариант:

class X2 { 
  int i {666}; 
  string s {"qqq"}; 
  int j {0}; 
public: 
  X2() = default; // all members are initialized to their defaults 
  X2(int ii) :i{ii} {} // s and j initialized to their defaults 
// ... 
};

Красота. Все в одном месте, все четко и понятно. Тут используется одна фишка: у вас есть несколько конструкторов, которые могут выставлять значения полям, а могут и не выставлять. Вы в одном месте определяете дефолтные значения и в списках инициализации конструкторов переопределяете инициализирующее значение для нужного поля, так как список подавляет инициализатор по умолчанию.

Также это более читаемый вариант, так как все дефолтные значения находятся в одном месте и не нужно бегать глазами по коду в их поисках.

Используйте default member initializer и будет вам счастье!

Stay happy. Stay cool.

#cpp11 #cppcore #goodpractice

Директивы ifdef, ifndef, if
#новичкам

Иногда код, который мы пишем, должен зависеть от каких-то внешних параметров. Например, неплохо было бы довалять дебажный вывод при дебажной сборке. Или нам нужно написать кусочек платформоспецифичного кода и конкретная платформа передается нам наружными параметрами. Разные в общем бывают ситуации. Получается нам нужен какой-то механизм, который может проверять эти внешние параметры и в зависимости от их значений включать или выключать нужный кусок кода. Эту задачу можно решать по-разному. Сегодня мы обсудим доисторический способ, который, несмотря на свой почтенный возраст и опасность применения, активно используется в существующих проектах.

Этот способ - использование директив препроцессора #ifdef, #ifndef, #if. Все три - условные конструкции. Первая смотрит, определен ли в коде какой-то макрос. Если да, то делаем одни действия, если нет - другие. Второй наоборот, входит в первую ветку условия, если макрос не определен, и входит во вторую, если определен. Директива #if проверяет какое-то условие, ничего необычного. Все три директивы могут иметь как полные формы(с веткой в случае если условие ложно), так и неполные(без "else").

И вот в чем их прикол. Препроцессор работает с текстом программы. И он просто удаляет из этого текста ненужную ветку так, что до компиляции она даже не доходит, а нужная ветка как раз и подвергается обработке компилятором.

Например, у нас есть какой-то платформоспецифичный участок кода. Пусть это будет низкоуровневая оптимизация скалярного произведения на векторных инструкциях. Они разные для интеловских процессоров и для армов. Код может выглядеть примерно так:

int DotProduct(const std::vector<int>& vec1, const std::vector<int>& vec2)
{
  int result = 0;
  #if CPU_TYPE == 0
    // mmx|sse|avx code
  #elif CPU_TYPE == 1
    // arm neon code
  #else 
    static_assert(0, "NO CPU_TYPE IS SPECIFIED");
  #endif
  return result;
}

Если каждое значение CPU_TYPE включает нужную ветку кода и убирает из текста программы все остальные.

Если мы хотим оптимизировать только под интеловские процессоры, то можем написать чуть проще:

int DotProduct(const std::vector<int>& vec1, const std::vector<int>& vec2)
{
  int result = 0;
  #ifdef OPTIMIZATION_ON
    // mmx|sse|avx code
  #else 
    for (int i = 0; i < vec1.size(); ++i)
      result += vec1[i] * vec2[i];
  #endif
  return result;
}

(Все примеры - учебные, все совпадения с реальным кодом - случайны, не повторяйте код в домашних условиях). Здесь мы проверяем директивой ifdef, определен ли макрос OPTIMIZATION_ON, сигнализирующий что нужно использовать векторные инструкции. Если да, то ключаем в текст программы оптимизированный код. Если нет - обычный.

Можно еще кучу примеров и приложений этим директивам привести. Но я хотел подчеркнуть именно вот эту особенность, что мы можем добавлять или выбрасывать определенные участки кода в зависимости от внешних параметров.

Широко известно, что такой способ не только устарел, но еще и опасен. Завтра посмотрим, чем конкретно.

Choose the right path. Stay cool.

#compiler

​​Правила константности
#новичкам

Константность - важное свойство сущности в коде. Оно не только позволяет обезопасить объекты от изменения, но еще и говорит программисту о гарантиях, которые дает та или иная функция. Допустим, принимая параметр по константной ссылке, функция говорит программисту: "расслабься, ничего я не сделаю с твоим объектом". Это повышает читаемость кода.

В С++ много чего можно сделать константным. Объекты, указатели, ссылки, параметры функции, методы класса и тд. И зачастую новичкам сложно разобраться в правилах присваивания константности. Сегодня разберемся в этом.

Не будем долго задерживаться над константными методами. Константные объекты могут вызвать только константные методы. Все. Синтаксис такой:

void Class::Method(Type1 param1, Type2 param2) const {}

Теперь и константные, и неконстантные объекты могут вызывать метод Method.

Дальше все так или иначе сводится к правилам в объявлении переменных. Что в качестве поля класса, параметра функции, что объявлении обычной переменной - разницы нет. Правила одни. Поехали.

Константный объект можно объявить двумя способами:

const T obj;
// Либо
T const obj;

Эти записи абсолютно эквивалентны! Это очень важно запомнить, потому что при разговоре о ссылках и указателях это играет большую роль.

Собственно также есть 2 нотации объявления массивов констант:

const T arr[5];
// либо
T const arr[5];

И 2 нотации определения ссылок:

const T& ref;
// либо
T const & ref;

Помните, что при создании ссылки в скоупе функции вы обязаны ее инициализировать.
При объявлении поля класса этого делать не обязательно, потому что вы не создаете объект прямо сейчас. Но вы обязаны инициализировать ссылку до входа в конструктор либо через список инициализации конструктора, либо через default member initializer, так как базового поля класса иницализируются до входа в конструктор.
При объявлении параметра функции тоже не нужно сразу инициализировать ссылку, потому что функция принимает уже существующую и инициализированую ссылку на вход.

Обычно при таком объявлении ссылку называют константной. Это не совсем верно. Ссылка при любых обстоятельствах сама по себе является константной. Как только вы забиндили ссылку на объект, она всегда будет смотреть на этот объект и изменять его. Более подробно про особенности ссылок посмотреть тут. При новом присваивании ссылки вызовется оператор присваивания и изменится существующий объект.

struct Type {
  Type& operator=(const Type& other) { 
    std::cout << "copy assign" << std::endl; 
    return *this;
  }
};

Type a{};
Type& b = a;
b = Type{};
// OUTPUT:
// copy assign

Когда говорят "константная ссылка" имеют ввиду ссылку на константу. И при любом виде объявления const T& ref или T const & ref она также будет ссылкой на константу.

Теперь указатели. Наверное самое сложное из всего перечисленного. Указатели, в отличии от ссылок, сами могут быть константными, да еще и указывать на константные объекты. А еще могут быть многоуровненые указатели. В общем сложно. Но есть правило: при объявлении указателя каждое появление ключевого слова const относится к тому уровню вложенности, который находится слева от этого слова. Вы просто читаете объявление справа налево и получаете правильное понимание объявления. Примеры:

// Читаем справа налево
int * const ptr; // ptr - это константный указатель на инт
int * * const ptr; // ptr - это константный указатель на указатель на инт
int * const * const ptr; // ptr - это константный указатель на константный указатель на инт

// Самый низкий уровень, который относится к самому объекту, 
// можно писать двумя способами, о которых мы говорили выше

int const * const * * const ptr; // ptr - это константный указатель на указатель 
                                 // на константный указатель на интовую константу
const int * const * * const ptr; // Тоже самое

ПРОДОЛЖЕНИЕ В КОММЕНТАРИЯХ

Rely on fixed thing in your life. Stay cool.

#cppcore

ПРОДОЛЖЕНИЕ В КОММЕНТАРИЯХ

nullptr
#новичкам

Вероятно, каждый, кто писал код на C++03, имел удовольствие использовать NULL и постоянно ударяться мизинцем ноги об этот острый уголок тумбочки. Дело в том, что NULL использовался, как обозначение нулевого указателя, который никуда не указывает. Но если он для этого и использовался - это не значит, что он таковым являлся. Да и являлся он котом в мешке. Это макрос, который мог быть определен как 0 aka int zero или 0L aka zero long int, но всегда это вариация интегрального нуля. И уже эти чиселки могли быть приведены к типу указателя.

Вот в этом-то и вся проблема. NULL очень явно хочет себя видеть в роли указателя, но по факту в зеркале видит число. Допустим, у нас есть 2 перегрузки одной функции: одна для инта, вторая для указателя:

class Spell { };

void castSpell(Spell* theSpell);
void castSpell(int spellID);

int main() {
  castSpell(NULL);
}

Намерения ясны: мы хотим вызвать перегрузку для указателя. Но это гарантировано не произойдет! В произойдет один из двух сценариев: если NULL определен как 0, то просто без объявления войны в 4 часа утра 22 июня вызовется вторая перегрузка. Если как 0L, то компилятор поругается на неоднозначный вызов: 0L может быть одинаково хорошо сконвертирован и в инт, и в указатель.

Проблему можно решить енамами, принимать вместо его вместо инта и передавать для нулевого spellID что-то типа NoSpell. Но надо опять городить огород. Почему все не работает из коробки?!

С приходом С++11 начало работать из коробки. Надо только забыть про NULL и использовать nullptr.

Ключевое слово nullptr обозначает литерал указателя. Это prvalue типа std::nullptr_t. И nullptr неявно приводится к нулевому значению указателя для любого типа указателя. Это объект отдельного типа, который теперь к простому инту не приводится.

Поэтому сейчас этот код отработает как надо:

class Spell {};

void castSpell(Spell* theSpell);
void castSpell(int spellID);

int main() {
  castSpell(nullptr);
}

Так как nullptr - значение конкретного типа std::nullptr_t, то мы может принимать в функции непосредственно этот тип, а не общий тип указателя. Такая штука используется, например, в реализации std::function, конструктор которого имеет перегрузку для std::nullptr_t и делает тоже самое, что и конструктор без аргументов.

/*
*  @brief Default construct creates an empty function call wrapper.
*  @post !(bool)*this
*/
function() noexcept
: _Function_base() { }

/
*  @brief Creates an empty function call wrapper.
*  @post @c !(bool)*this
*/
function(nullptr_t) noexcept
: _Function_base() { }

По той же причине nullptr даже при возврате через функцию может быть приведен к типу указателя. А вот обычные null pointer константны не могут похвастаться таким свойством. Они могут приводиться к указателям только в виде литералов.

template<class T>
constexpr T clone(const T& t)
{
    return t;
}
 
void g(int *)
{
    std::cout << "Function g called\n";
}
 
int main()
{
    g(nullptr);        // Fine
    g(NULL);            // Fine
    g(0);              // Fine
 
    g(clone(nullptr)); // Fine
//  g(clone(NULL));    // ERROR: non-literal zero cannot be a null pointer constant
//  g(clone(0));       // ERROR: non-literal zero cannot be a null pointer constant
}

clone(nullptr) вернет тот же nullptr и все будет работать гладко. А для 0 и NULL функция вернет просто int, который сам по себе неявно не конвертится в указатель.

Думаю, что вы все и так пользуете nullptr, но этот пост обязан быть на канале.

Как говорится "Use nullptr instead of NULL, 0 or any other null pointer constant, wherever you need a generic null pointer."

Be a separate subject. Stay cool.

#cppcore #cpp11