Герб Саттер - Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация
• Код клиента может хранить дескрипторы, возвращаемые вашим классом, и пытаться использовать их после того, как код вашего класса сделает их недействительными.
Распространенная ошибка заключается в том, что действие const на самом деле неглубокое и не распространяется посредством указателей (см. рекомендацию 15). Например, Socket::GetHandle — константный член; пока мы рассматриваем ситуацию с точки зрения компилятора, возврат handlе_ сохраняет константность объекта. Однако непосредственный вызов функций операционной системы с использованием значения handlе_ вполне может изменять данные, к которым косвенно обращается handlе_.
Приведенный далее пример очень прост, хотя в данном случае ситуация несколько лучше — мы можем снизить вероятность случайного неверного употребления возвращаемого значения, описав его тип как const:
class String {
char* buffer_;
public:
char* GetBuffer() const { return buffer_; }
// Плохо: следует возвращать const char*
// ...
};
Хотя функция GetBuffer константная, технически этот код вполне корректен. Понятно, что клиент может использовать эту функцию GetBuffer для того, чтобы изменить объект String множеством разных способов, не прибегая к явному преобразованию типов. Например, strcpy(s.GetBuffer(), "Very Long String...") — вполне законный код; любой компилятор пропустит его без каких бы то ни было замечаний. Если бы мы объявили возвращаемый тип как const char*, то представленный код вызвал бы, по крайней мере, ошибку времени компиляции, так что случайно поступить столь опасно было бы просто невозможно — вызывающий код должен был бы использовать явное преобразование типов (см. рекомендации 92 и 95).
Но даже возврат указателей на const не устраняет возможности случайного некорректного использования, поскольку имеется еще одна проблема, связанная с корректностью внутренних данных класса. В приведенном выше примере с классом String, вызывающий код может сохранить значение, возвращаемое функцией GetBuffer, а затем выполнить операции, которые приведут к росту (и перемещению) буфера String, что в результате может привести к использованию сохраненного, но более недействительного указателя на несуществующий в данный момент буфер. Таким образом, если вы считаете, что у вас есть причины для обеспечения такого доступа ко внутреннему состоянию, вы должны детально документировать, как долго возвращаемое значение остается корректным и какие операции делают его недействительным (сравните с гарантиями корректности явных итераторов стандартной библиотеки; см. [C++03]).
ИсключенияИногда классы обязаны предоставить доступ ко внутренним дескрипторам по причинам, связанным с совместимостью, например, для интерфейса со старым кодом или при использовании других систем. Например, std::basic_string предоставляет доступ к своему внутреннему дескриптору посредством функций-членов data и c_str для совместимости с функциями, которые работают с указателями С — но не для того, чтобы хранить эти указатели и пытаться выполнять запись с их помощью! Такие функции доступа "через заднюю дверь" всегда являются злом и должны использоваться очень редко и очень осторожно, а условия корректности возвращаемых ими дескрипторов должны быть точно документированы.
Ссылки[С++03] §23 • [Dewhurst03] §80 • [Meyers97] #29 • [Saks99] • [Stroustrup00] §7.3 • [Sutter02] §9
43. Разумно пользуйтесь идиомой Pimpl
С++ делает закрытые члены недоступными, но не невидимыми. Там, где это оправдывается получаемыми преимуществами, следует подумать об истинной невидимости, достигаемой применением идиомы Pimpl (указателя на реализацию) для реализации брандмауэров компилятора и повышения сокрытия информации (см. рекомендации 11 и 41).
ОбсуждениеКогда имеет смысл создать "брандмауэр компилятора", который полностью изолирует вызывающий код от закрытых частей класса, воспользуйтесь идиомой Pimpl (указателя на реализацию): скройте их за непрозрачным указателем (указатель (предпочтительно подходящий интеллектуальный) на объявленный, но пока не определенный класс). Например:
class Map {
// ...
private:
struct Impl;
shared_ptr<Impl> pimpl_;
};
Дающий название идиоме указатель должен использоваться для хранения всех закрытых членов, как данных, так и закрытых функций-членов. Это позволяет вам вносить произвольные изменения в закрытые детали реализации ваших классов без какой бы то ни было рекомпиляции вызывающего кода. Свобода и независимость — вот отличительные черты рассматриваемой идиомы (см. рекомендацию 41).
Примечание: объявляйте указатель на закрытую реализацию, как показано — с использованием двух объявлений. Если вы скомбинируете две строки с предварительным объявлением типа и указателя на него в одну инструкцию struct Impl *pimpl; это будет вполне законно, но изменит смысл объявления: в этом случае Impl находится в охватывающем пространстве имен и не является вложенным типом вашего класса.
Имеется как минимум три причины для использования Pimpl, и все они вытекают из различия между доступностью (в состоянии ли вы вызвать или использовать некоторый объект) и видимостью (видим ли этот объект для вас и, таким образом, зависите ли вы от его определения) в С++. В частности, все закрытые члены класса недоступны никому, кроме функций- членов и друзей, но зато видимы всем — любому коду, которому видимо определение класса.
Первое следствие этого — потенциально большее время сборки приложения из-за обработки излишних определений типов. Для закрытых данных-членов, хранящихся по значению, и параметров закрытых функций-членов, передаваемых по значению или используемых в видимой реализации функций, типы должны быть определены, даже если они никогда не потребуются в данной единице компиляции. Это может привести к увеличению времени сборки, например:
class C {
// ...
private:
AComplicatedType act_;
}
Заголовочный файл, содержащий определение класса С, должен также включать заголовочный файл, содержащий определение AComplicatedType, который в свою очередь транзитивно включает все заголовочные файлы, которые могут потребоваться для определения AComplicatedType, и т.д. Если заголовочные файлы имеют большие размеры, время компиляции может существенно увеличиться.
Второе следствие — создание неоднозначностей и сокрытие имен для кода, который пытается вызвать функцию. Несмотря на то, что закрытая функция-член не может быть вызвана кодом вне ее класса и его друзей, она тем не менее участвует в поиске имен и разрешении перегрузки и тем самым может сделать вызов неоднозначным или некорректным. Перед выполнением проверки доступности С++ выполняет поиск имен и разрешение перегрузки. Из-за этого видимость имеет более высокий приоритет:
int Twice(int); // 1
class Calc {
public:
string Twice(string); // 2
private:
char* Twice(char*); // 3
int Test() {
return Twice(21); // A: ошибка, функции 2 и 3 не
// подходят (могла бы подойти функция 1, но
// ее нельзя рассматривать, так она скрыта от
// данного кода)
}
};
Calc с;
с.Twice("Hello"); // Б: ошибка, функция 3
// недоступна (могла бы использоваться
// функция 2, но она не рассматривается, так
// как у функции 3 лучшее соответствие
// аргументу)
В строке А обходной путь состоит в том, чтобы явно квалифицировать вызов как ::Twice(21) для того, чтобы заставить поиск имен выбрать глобальную функцию. В строке Б обходной путь состоит в добавлении явного преобразования типа с.Twiсе(string("Hellо")) для того, чтобы заставить разрешение перегрузки выбрать соответствующую функцию. Некоторые из таких проблем, связанных с вызовами, можно решить и без применения идиомы Pimpl, например, никогда не используя закрытые перегрузки функций-членов, но не для всех проблем, разрешимых при помощи идиомы Pimpl, можно найти такие обходные пути.
Третье следствие влияет на обработку ошибок и безопасность. Рассмотрим пример Widget Тома Каргилла (Tom Cargill):
class Widget { // ...
public:
Widget& operator=(const Widget&);
private:
T1 t1_;
T2 t2_;
};
Коротко говоря, мы не можем написать оператор operator=, который обеспечивает строгую гарантию (или хотя бы базовую гарантию), если операции T1 или T2 могут давать необратимые сбои (см. рекомендацию 71). Хорошие новости, однако, состоят в том, что приведенная далее простая трансформация всегда обеспечивает, как минимум, базовую гарантию для безопасного присваивания, и как правило — строгую гарантию, если необходимые операции T1 и T2 (а именно — конструкторы и деструкторы) не имеют побочных эффектов. Для этого следует хранить объекты не по значению, а посредством указателей, предпочтительно спрятанными за единственным указателем на реализацию:
