Revert "C.65: more explicit about the badness of bad example"
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob512a227db0e9524e4c57548b185bab3d947c1fe1
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 October 6, 2022
5 Editors:
7 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
8 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
10 This is a living document under continuous improvement.
11 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
12 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
13 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
14 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
16 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
17 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
18 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
19 The list of contributors is [here](#SS-ack).
21 Problems:
23 * The sets of rules have not been completely checked for completeness, consistency, or enforceability.
24 * Triple question marks (???) mark known missing information
25 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
26 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
28 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
30 * [In: Introduction](#S-introduction)
31 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
32 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
33 * [F: Functions](#S-functions)
34 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
35 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
36 * [R: Resource management](#S-resource)
37 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
38 * [Per: Performance](#S-performance)
39 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
40 * [E: Error handling](#S-errors)
41 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
42 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
43 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
44 * [SF: Source files](#S-source)
45 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
47 Supporting sections:
49 * [A: Architectural ideas](#S-A)
50 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
51 * [RF: References](#S-references)
52 * [Pro: Profiles](#S-profile)
53 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
54 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
55 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
56 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
57 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
58 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
59 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
60 * [Glossary](#S-glossary)
61 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
63 You can sample rules for specific language features:
65 * assignment:
66 [regular types](#Rc-regular) --
67 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
68 [copy](#Rc-copy-semantic) --
69 [move](#Rc-move-semantic) --
70 [other operations](#Rc-matched) --
71 [default](#Rc-eqdefault)
72 * `class`:
73 [data](#Rc-org) --
74 [invariant](#Rc-struct) --
75 [members](#Rc-member) --
76 [helpers](#Rc-helper) --
77 [concrete types](#SS-concrete) --
78 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
79 [hierarchy](#SS-hier) --
80 [operators](#SS-overload)
81 * `concept`:
82 [rules](#SS-concepts) --
83 [in generic programming](#Rt-raise) --
84 [template arguments](#Rt-concepts) --
85 [semantics](#Rt-low)
86 * constructor:
87 [invariant](#Rc-struct) --
88 [establish invariant](#Rc-ctor) --
89 [`throw`](#Rc-throw) --
90 [default](#Rc-default0) --
91 [not needed](#Rc-default) --
92 [`explicit`](#Rc-explicit) --
93 [delegating](#Rc-delegating) --
94 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
95 * derived `class`:
96 [when to use](#Rh-domain) --
97 [as interface](#Rh-abstract) --
98 [destructors](#Rh-dtor) --
99 [copy](#Rh-copy) --
100 [getters and setters](#Rh-get) --
101 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
102 [overloading](#Rh-using) --
103 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
104 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
105 * destructor:
106 [and constructors](#Rc-matched) --
107 [when needed?](#Rc-dtor) --
108 [must not fail](#Rc-dtor-fail)
109 * exception:
110 [errors](#S-errors) --
111 [`throw`](#Re-throw) --
112 [for errors only](#Re-errors) --
113 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
114 [minimize `try`](#Re-catch) --
115 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
116 * `for`:
117 [range-for and for](#Res-for-range) --
118 [for and while](#Res-for-while) --
119 [for-initializer](#Res-for-init) --
120 [empty body](#Res-empty) --
121 [loop variable](#Res-loop-counter) --
122 [loop variable type ???](#Res-???)
123 * function:
124 [naming](#Rf-package) --
125 [single operation](#Rf-logical) --
126 [no throw](#Rf-noexcept) --
127 [arguments](#Rf-smart) --
128 [argument passing](#Rf-conventional) --
129 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
130 [pointers](#Rf-return-ptr) --
131 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
132 * `inline`:
133 [small functions](#Rf-inline) --
134 [in headers](#Rs-inline)
135 * initialization:
136 [always](#Res-always) --
137 [prefer `{}`](#Res-list) --
138 [lambdas](#Res-lambda-init) --
139 [in-class initializers](#Rc-in-class-initializer) --
140 [class members](#Rc-initialize) --
141 [factory functions](#Rc-factory)
142 * lambda expression:
143 [when to use](#SS-lambdas)
144 * operator:
145 [conventional](#Ro-conventional) --
146 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
147 [and lambdas](#Ro-lambda)
148 * `public`, `private`, and `protected`:
149 [information hiding](#Rc-private) --
150 [consistency](#Rh-public) --
151 [`protected`](#Rh-protected)
152 * `static_assert`:
153 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
154 [and concepts](#Rt-check-class)
155 * `struct`:
156 [for organizing data](#Rc-org) --
157 [use if no invariant](#Rc-struct) --
158 [no private members](#Rc-class)
159 * `template`:
160 [abstraction](#Rt-raise) --
161 [containers](#Rt-cont) --
162 [concepts](#Rt-concepts)
163 * `unsigned`:
164 [and signed](#Res-mix) --
165 [bit manipulation](#Res-unsigned)
166 * `virtual`:
167 [interfaces](#Ri-abstract) --
168 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
169 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
170 [never fail](#Rc-dtor-fail)
172 You can look at design concepts used to express the rules:
174 * assertion: ???
175 * error: ???
176 * exception: exception guarantee (???)
177 * failure: ???
178 * invariant: ???
179 * leak: ???
180 * library: ???
181 * precondition: ???
182 * postcondition: ???
183 * resource: ???
185 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
187 This document is a set of guidelines for using C++ well.
188 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
189 By "modern C++" we mean effective use of the ISO C++ standard (currently C++20, but almost all of our recommendations also apply to C++17, C++14 and C++11).
190 In other words, what would you like your code to look like in 5 years' time, given that you can start now? In 10 years' time?
192 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
193 Such rules affect application architecture and library design.
194 Following the rules will lead to code that is statically type safe, has no resource leaks, and catches many more programming logic errors than is common in code today.
195 And it will run fast -- you can afford to do things right.
197 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
198 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
200 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
201 They might very well be too strict.
202 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
203 We also need more rules.
205 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
206 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
207 Please try to verify or disprove rules!
208 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
210 You will find some of the rules obvious or even trivial.
211 Please remember that one purpose of a guideline is to help someone who is less experienced or coming from a different background or language to get up to speed.
213 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
214 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
215 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
216 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
218 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
219 We plan to build tools for that and hope others will too.
221 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
222 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
224 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
226 This is a set of core guidelines for modern C++ (currently C++20 and C++17) taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
227 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
229 Introduction summary:
231 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
232 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
233 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
234 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
235 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
236 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
238 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
240 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
242 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
244 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (currently C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
246 We do not suffer the delusion that every one of these rules can be effectively applied to every code base. Upgrading old systems is hard. However, we do believe that a program that uses a rule is less error-prone and more maintainable than one that does not. Often, rules also lead to faster/easier initial development.
247 As far as we can tell, these rules lead to code that performs as well or better than older, more conventional techniques; they are meant to follow the zero-overhead principle ("what you don't use, you don't pay for" or "when you use an abstraction mechanism appropriately, you get at least as good performance as if you had handcoded using lower-level language constructs").
248 Consider these rules ideals for new code, opportunities to exploit when working on older code, and try to approximate these ideals as closely as feasible.
249 Remember:
251 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
253 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
255 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
256 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
257 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
258 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
260 The rules emphasize static type safety and resource safety.
261 For that reason, they emphasize possibilities for range checking, for avoiding dereferencing `nullptr`, for avoiding dangling pointers, and the systematic use of exceptions (via RAII).
262 Partly to achieve that and partly to minimize obscure code as a source of errors, the rules also emphasize simplicity and the hiding of necessary complexity behind well-specified interfaces.
264 Many of the rules are prescriptive.
265 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
266 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
267 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
269 These guidelines address the core of C++ and its use.
270 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
271 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
272 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
273 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
275 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
277 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
278 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
279 However, when there are two ways of expressing an idea and one has shown itself a common source of errors and the other has not, we try to guide programmers towards the latter.
281 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
283 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
284 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
285 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
286 More specialized rules are often easier to understand and to enforce, but without general rules, they would just be a long list of special cases.
287 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
288 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
290 These rules are not meant to be read serially, like a book.
291 You can browse through them using the links.
292 However, their main intended use is to be targets for tools.
293 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
294 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
296 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
297 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
299 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
300 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
301 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
302 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
304 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
305 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
307 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
308 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
309 They are not meant to define a single "one true C++" language.
310 We value expressiveness and uncompromised performance.
312 The rules are not value-neutral.
313 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
314 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
316 The rules are not precise to the point where a person (or machine) can follow them without thinking.
317 The enforcement parts try to be that, but we would rather leave a rule or a definition a bit vague
318 and open to interpretation than specify something precisely and wrong.
319 Sometimes, precision comes only with time and experience.
320 Design is not (yet) a form of Math.
322 The rules are not perfect.
323 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
324 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
325 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
326 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
327 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
328 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
329 Also, suggest an improvement.
331 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
333 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
334 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
336 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
337 * But different people have different needs.
338 * But people don't like to read lots of rules.
339 * But people can't remember many rules.
341 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
343 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
345 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
346 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
347 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
349 This adds up to quite a few dilemmas.
350 We try to resolve those using tools.
351 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
352 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
353 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
354 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed bloat".
355 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
356 A rule can be part of several profiles, or none.
357 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
359 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
360 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
361 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
363 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
364 We do not limit our comment in the **Enforcement** sections to things we know how to enforce; some comments are mere wishes that might inspire some tool builder.
366 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
368     [[gsl::suppress(tag)]]
370 and optionally with a message (following usual C++11 standard attribute syntax):
372     [[gsl::suppress(tag, justification: "message")]]
374 where
376 * `tag` is the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for [C.134](#Rh-public) it is "Rh-public"), the
377 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
378 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex))
380 * `"message"` is a string literal
382 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
384 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
386 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
387 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
388   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
389   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
390 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
391 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
392 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
393 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
394 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
395 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
396 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
397 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
399 Some rules are hard to check mechanically, but they all meet the minimal criteria that an expert programmer can spot many violations without too much trouble.
400 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
401 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
403 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
404 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
405 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
406 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
407 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
409 Examples are written to illustrate rules.
411 * Examples are not intended to be production quality or to cover all tutorial dimensions.
412 For example, many examples are language-technical and use names like `f`, `base`, and `x`.
413 * We try to ensure that "good" examples follow the Core Guidelines.
414 * Comments are often illustrating rules where they would be unnecessary and/or distracting in "real code."
415 * We assume knowledge of the standard library. For example, we use plain `vector` rather than `std::vector`.
417 This is not a language manual.
418 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
419 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
421 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
423 * [In: Introduction](#S-introduction)
424 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
425 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
426 * [F: Functions](#S-functions)
427 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
428 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
429 * [R: Resource management](#S-resource)
430 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
431 * [Per: Performance](#S-performance)
432 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
433 * [E: Error handling](#S-errors)
434 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
435 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
436 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
437 * [SF: Source files](#S-source)
438 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
440 Supporting sections:
442 * [A: Architectural ideas](#S-A)
443 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
444 * [RF: References](#S-references)
445 * [Pro: Profiles](#S-profile)
446 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
447 * [NL: Naming and layout suggestions](#S-naming)
448 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
449 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
450 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
451 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
452 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
453 * [Glossary](#S-glossary)
454 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
456 These sections are not orthogonal.
458 Each section (e.g., "P" for "Philosophy") and each subsection (e.g., "C.hier" for "Class Hierarchies (OOP)") have an abbreviation for ease of searching and reference.
459 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
461 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
463 The rules in this section are very general.
465 Philosophy rules summary:
467 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
468 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
469 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
470 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
471 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
472 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
473 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
474 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
475 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
476 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
477 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
478 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
479 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
481 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
482 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
483 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
485 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
487 ##### Reason
489 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
490 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
492 ##### Example
494     class Date {
495     public:
496         Month month() const;  // do
497         int month();          // don't
498         // ...
499     };
501 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
502 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
504 ##### Example, bad
506 This loop is a restricted form of `std::find`:
508     void f(vector<string>& v)
509     {
510         string val;
511         cin >> val;
512         // ...
513         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
514         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
515             if (v[i] == val) {
516                 index = i;
517                 break;
518             }
519         }
520         // ...
521     }
523 ##### Example, good
525 A much clearer expression of intent would be:
527     void f(vector<string>& v)
528     {
529         string val;
530         cin >> val;
531         // ...
532         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
533         // ...
534     }
536 A well-designed library expresses intent (what is to be done, rather than just how something is being done) far better than direct use of language features.
538 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
539 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
540 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#S-gsl), and use it appropriately.
542 ##### Example
544     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
545     // ...
546     change_speed(2.3);
548 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
550     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
551     // ...
552     change_speed(2.3);        // error: no unit
553     change_speed(23_m / 10s);  // meters per second
555 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
556 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
558 ##### Enforcement
560 Very hard in general.
562 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
563 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
564 * detect code that mimics the standard library (hard)
566 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
568 ##### Reason
570 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
572 ##### Note
574 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
575 In such cases, localize the use of necessary extensions and control their use with non-core Coding Guidelines.  If possible, build interfaces that encapsulate the extensions so they can be turned off or compiled away on systems that do not support those extensions.
577 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
578 are common and implemented by multiple compilers might have slightly different
579 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
580 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
581 portability will be impacted.
583 ##### Note
585 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
586 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
587 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
589 ##### Note
591 There are environments where restrictions on use of standard C++ language or library features are necessary, e.g., to avoid dynamic memory allocation as required by aircraft control software standards.
592 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
594 ##### Enforcement
596 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++20 or C++17) with a set of options that do not accept extensions.
598 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
600 ##### Reason
602 Unless the intent of some code is stated (e.g., in names or comments), it is impossible to tell whether the code does what it is supposed to do.
604 ##### Example
606     gsl::index i = 0;
607     while (i < v.size()) {
608         // ... do something with v[i] ...
609     }
611 The intent of "just" looping over the elements of `v` is not expressed here. The implementation detail of an index is exposed (so that it might be misused), and `i` outlives the scope of the loop, which might or might not be intended. The reader cannot know from just this section of code.
613 Better:
615     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
617 Now, there is no explicit mention of the iteration mechanism, and the loop operates on a reference to `const` elements so that accidental modification cannot happen. If modification is desired, say so:
619     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
621 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
622 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
624     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
625     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
627 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
629 A programmer should be familiar with
631 * [The guidelines support library](#S-gsl)
632 * [The ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
633 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
635 ##### Note
637 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
639 ##### Note
641 Some language constructs express intent better than others.
643 ##### Example
645 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
647     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
648     draw_line(Point, Point);        // clearer
650 ##### Enforcement
652 Look for common patterns for which there are better alternatives
654 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
655 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
656 * loop variables in too large a scope
657 * naked `new` and `delete`
658 * functions with many parameters of built-in types
660 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
662 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
664 ##### Reason
666 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
667 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
669 * unions
670 * casts
671 * array decay
672 * range errors
673 * narrowing conversions
675 ##### Note
677 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
678 We try to provide alternative techniques.
680 ##### Enforcement
682 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
683 Always suggest an alternative.
684 For example:
686 * unions -- use `variant` (in C++17)
687 * casts -- minimize their use; templates can help
688 * array decay -- use `span` (from the GSL)
689 * range errors -- use `span`
690 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
692 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
694 ##### Reason
696 Code clarity and performance.
697 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
699 ##### Example
701     // Int is an alias used for integers
702     int bits = 0;         // don't: avoidable code
703     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
704         ++bits;
705     if (bits < 32)
706         cerr << "Int too small\n";
708 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
710     // Int is an alias used for integers
711     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
713 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
715 ##### Example
717     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
719     int a[100];
720     read(a, 1000);    // bad, off the end
722 better
724     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
726     int a[100];
727     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
729 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
731 ##### Enforcement
733 * Look for pointer arguments.
734 * Look for run-time checks for range violations.
736 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
738 ##### Reason
740 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
742 ##### Note
744 Ideally, we catch all errors (that are not errors in the programmer's logic) at either compile time or run time. It is impossible to catch all errors at compile time and often not affordable to catch all remaining errors at run time. However, we should endeavor to write programs that in principle can be checked, given sufficient resources (analysis programs, run-time checks, machine resources, time).
746 ##### Example, bad
748     // separately compiled, possibly dynamically loaded
749     extern void f(int* p);
751     void g(int n)
752     {
753         // bad: the number of elements is not passed to f()
754         f(new int[n]);
755     }
757 Here, a crucial bit of information (the number of elements) has been so thoroughly "obscured" that static analysis is probably rendered infeasible and dynamic checking can be very difficult when `f()` is part of an ABI so that we cannot "instrument" that pointer. We could embed helpful information into the free store, but that requires global changes to a system and maybe to the compiler. What we have here is a design that makes error detection very hard.
759 ##### Example, bad
761 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
763     // separately compiled, possibly dynamically loaded
764     extern void f2(int* p, int n);
766     void g2(int n)
767     {
768         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
769     }
771 Passing the number of elements as an argument is better (and far more common) than just passing the pointer and relying on some (unstated) convention for knowing or discovering the number of elements. However (as shown), a simple typo can introduce a serious error. The connection between the two arguments of `f2()` is conventional, rather than explicit.
773 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
775 ##### Example, bad
777 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
779     // separately compiled, possibly dynamically loaded
780     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
781     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
782     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
784     void g3(int n)
785     {
786         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
787     }
789 ##### Example
791 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
793     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
794     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
795                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
796                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
798     void g3(int n)
799     {
800         vector<int> v(n);
801         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
802         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
803     }
805 This design carries the number of elements along as an integral part of an object, so that errors are unlikely and dynamic (run-time) checking is always feasible, if not always affordable.
807 ##### Example
809 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
811     vector<int> f5(int n)    // OK: move
812     {
813         vector<int> v(n);
814         // ... initialize v ...
815         return v;
816     }
818     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
819     {
820         auto p = make_unique<int[]>(n);
821         // ... initialize *p ...
822         return p;
823     }
825     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
826     {
827         owner<int*> p = new int[n];
828         // ... initialize *p ...
829         return p;
830     }
832 ##### Example
834 * ???
835 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
836   Or strings as "free-style" options
838 ##### Enforcement
840 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
841 * ???
843 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
845 ##### Reason
847 Avoid "mysterious" crashes.
848 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
850 ##### Example
852     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
853     {
854         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
855     }
857     void use1(int m)
858     {
859         const int n = 10;
860         int a[n] = {};
861         // ...
862         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
863                             // but assume that m == 20
864         // ...
865     }
867 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
868 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
869 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
870 We could check earlier and improve the code:
872     void increment2(span<int> p)
873     {
874         for (int& x : p) ++x;
875     }
877     void use2(int m)
878     {
879         const int n = 10;
880         int a[n] = {};
881         // ...
882         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
883         // ...
884     }
886 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
887 If all we had was a typo so that we meant to use `n` as the bound, the code could be further simplified (eliminating the possibility of an error):
889     void use3(int m)
890     {
891         const int n = 10;
892         int a[n] = {};
893         // ...
894         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
895         // ...
896     }
898 ##### Example, bad
900 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
902     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
904     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
906     void user1(const string& date)    // manipulate date
907     {
908         auto d = extract_date(date);
909         // ...
910     }
912     void user2()
913     {
914         Date d = read_date(cin);
915         // ...
916         user1(d.to_string());
917         // ...
918     }
920 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
922 ##### Example
924 Excess checking can be costly.
925 There are cases where checking early is inefficient because you might never need the value, or might only need part of the value that is more easily checked than the whole.  Similarly, don't add validity checks that change the asymptotic behavior of your interface (e.g., don't add a `O(n)` check to an interface with an average complexity of `O(1)`).
927     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
928         float x;
929         float y;
930         float z;
931         float e;
932     public:
933         Jet(float x, float y, float z, float e)
934             :x(x), y(y), z(z), e(e)
935         {
936             // Should I check here that the values are physically meaningful?
937         }
939         float m() const
940         {
941             // Should I handle the degenerate case here?
942             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
943         }
945         ???
946     };
948 The physical law for a jet (`e * e < x * x + y * y + z * z`) is not an invariant because of the possibility for measurement errors.
952 ##### Enforcement
954 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
955 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
956 * Look for unchecked values coming from input
957 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
958 * ???
960 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
962 ##### Reason
964 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
965 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
967 ##### Example, bad
969     void f(char* name)
970     {
971         FILE* input = fopen(name, "r");
972         // ...
973         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
974         // ...
975         fclose(input);
976     }
978 Prefer [RAII](#Rr-raii):
980     void f(char* name)
981     {
982         ifstream input {name};
983         // ...
984         if (something) return;   // OK: no leak
985         // ...
986     }
988 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
990 ##### Note
992 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
993 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
994 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
995 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
996 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
997 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
999 ##### Note
1001 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
1002 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
1003 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
1005 ##### Enforcement
1007 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1008   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1009   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
1010 * Look for naked `new` and `delete`
1011 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1013 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1015 ##### Reason
1017 This is C++.
1019 ##### Note
1021 Time and space that you spend well to achieve a goal (e.g., speed of development, resource safety, or simplification of testing) is not wasted.
1022 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1024 ##### Example, bad
1026     struct X {
1027         char ch;
1028         int i;
1029         string s;
1030         char ch2;
1032         X& operator=(const X& a);
1033         X(const X&);
1034     };
1036     X waste(const char* p)
1037     {
1038         if (!p) throw Nullptr_error{};
1039         int n = strlen(p);
1040         auto buf = new char[n];
1041         if (!buf) throw Allocation_error{};
1042         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1043         // ... manipulate buffer ...
1044         X x;
1045         x.ch = 'a';
1046         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1047         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1048         delete[] buf;
1049         return x;
1050     }
1052     void driver()
1053     {
1054         X x = waste("Typical argument");
1055         // ...
1056     }
1058 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1059 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1060 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1061 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1062 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1063 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1065 ##### Example, bad
1067     void lower(zstring s)
1068     {
1069         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1070     }
1072 This is actually an example from production code.
1073 We can see that in our condition we have `i < strlen(s)`. This expression will be evaluated on every iteration of the loop, which means that `strlen` must walk through string every loop to discover its length. While the string contents are changing, it's assumed that `toLower` will not affect the length of the string, so it's better to cache the length outside the loop and not incur that cost each iteration.
1075 ##### Note
1077 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1078 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1079 The aim of this rule (and the more specific rules that support it) is to eliminate most waste related to the use of C++ before it happens.
1080 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1082 ##### Enforcement
1084 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1086 * Flag an unused return value from a user-defined non-defaulted postfix `operator++` or `operator--` function. Prefer using the prefix form instead. (Note: "User-defined non-defaulted" is intended to reduce noise. Review this enforcement if it's still too noisy in practice.)
1089 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1091 ##### Reason
1093 It is easier to reason about constants than about variables.
1094 Something immutable cannot change unexpectedly.
1095 Sometimes immutability enables better optimization.
1096 You can't have a data race on a constant.
1098 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1100 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1102 ##### Reason
1104 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1105 A good interface is easier and safer to use.
1106 Messy, low-level code breeds more such code.
1108 ##### Example
1110     int sz = 100;
1111     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1112     int count = 0;
1113     // ...
1114     for (;;) {
1115         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1116         // ... check that x is valid ...
1117         if (count == sz)
1118             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1119         p[count++] = x;
1120         // ...
1121     }
1123 This is low-level, verbose, and error-prone.
1124 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1125 Instead, we could use `vector`:
1127     vector<int> v;
1128     v.reserve(100);
1129     // ...
1130     for (int x; cin >> x; ) {
1131         // ... check that x is valid ...
1132         v.push_back(x);
1133     }
1135 ##### Note
1137 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1138 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1139 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1140 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1141 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1142 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1143 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1145 ##### Enforcement
1147 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1150 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1152 ##### Reason
1154 There are many things that are done better "by machine".
1155 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1156 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1158 ##### Example
1160 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1162 ##### Note
1166 * [Static analysis tools](???)
1167 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1168 * [Testing tools](???)
1170 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1171 but those are beyond the scope of these guidelines.
1173 ##### Note
1175 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1176 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1179 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1181 ##### Reason
1183 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1184 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1185 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1186 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1187 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1188 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1189 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1191 ##### Example
1193     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1195 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1196 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1197 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1199 ##### Note
1201 By default use
1203 * The [ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
1204 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1206 ##### Note
1208 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1209 maybe you should design and implement it, and then use it.
1212 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1214 An interface is a contract between two parts of a program. Precisely stating what is expected of a supplier of a service and a user of that service is essential.
1215 Having good (easy-to-understand, encouraging efficient use, not error-prone, supporting testing, etc.) interfaces is probably the most important single aspect of code organization.
1217 Interface rule summary:
1219 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1220 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1221 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1222 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1223 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1224 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1225 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1226 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1227 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1228 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1229 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1230 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1231 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1232 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1233 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1234 * [I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning](#Ri-unrelated)
1235 * [I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1236 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1237 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1238 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1240 **See also**:
1242 * [F: Functions](#S-functions)
1243 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1244 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1245 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1246 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1247 * [E: Error handling](#S-errors)
1248 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1250 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1252 ##### Reason
1254 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1256 ##### Example, bad
1258 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1260     int round(double d)
1261     {
1262         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1263     }
1265 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1267 ##### Exception
1269 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1270 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1272 ##### Example, bad
1274 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1276     // don't: no test of printf's return value
1277     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1279 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1281 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1283 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1284 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1286 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1287 Functions can be function templates and sets of functions can be classes or class templates.
1289 ##### Enforcement
1291 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1292 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1294 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1296 ##### Reason
1298 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1300 ##### Example
1302     struct Data {
1303         // ... lots of stuff ...
1304     } data;            // non-const data
1306     void compute()     // don't
1307     {
1308         // ... use data ...
1309     }
1311     void output()     // don't
1312     {
1313         // ... use data ...
1314     }
1316 Who else might modify `data`?
1318 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1319 If you use a global object initialize it with a constant.
1320 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1322 ##### Exception
1324 A global object is often better than a singleton.
1326 ##### Note
1328 Global constants are useful.
1330 ##### Note
1332 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1334 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1335 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1337 **Warning**: Beware of data races: If one thread can access non-local data (or data passed by reference) while another thread executes the callee, we can have a data race.
1338 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1340 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1341 data isn't a better alternative to non-const global variables since that doesn't solve the issues of hidden dependencies or potential race conditions.
1343 ##### Note
1345 You cannot have a race condition on immutable data.
1347 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1349 ##### Note
1351 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1353 ##### Enforcement
1355 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1358 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1360 ##### Reason
1362 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1364 ##### Example
1366     class Singleton {
1367         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1368         // that it is initialized properly, etc.
1369     };
1371 There are many variants of the singleton idea.
1372 That's part of the problem.
1374 ##### Note
1376 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1378 ##### Exception
1380 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1382     X& myX()
1383     {
1384         static X my_x {3};
1385         return my_x;
1386     }
1388 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1389 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1390 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1392 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1393 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1394 For example:
1396     X& myX()
1397     {
1398         static auto p = new X {3};
1399         return *p;  // potential leak
1400     }
1402 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1403 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1405 * `myX` is in multi-threaded code,
1406 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1407 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1409 If you, as many do, define a singleton as a class for which only one object is created, functions like `myX` are not singletons, and this useful technique is not an exception to the no-singleton rule.
1411 ##### Enforcement
1413 Very hard in general.
1415 * Look for classes with names that include `singleton`.
1416 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1417 * If a class X has a public static function that contains a function-local static of the class' type X and returns a pointer or reference to it, ban that.
1419 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1421 ##### Reason
1423 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1424 Also, precisely typed code is often optimized better.
1426 ##### Example, don't
1428 Consider:
1430     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1432 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1433 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1434 implicitly convert to `void*`, so it is easy for callers to provide this value.
1436 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1437 That is error-prone and verbose.
1439 Only use `const void*` for passing in data in designs that are indescribable in C++. Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1441 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1442 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1444 ##### Example, bad
1446 Consider:
1448     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1450     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1452 It is clear that the caller is describing a rectangle, but it is unclear what parts they relate to. Also, an `int` can carry arbitrary forms of information, including values of many units, so we must guess about the meaning of the four `int`s. Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1454 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1456     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1457     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1459     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1460     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1462 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1463 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1465 ##### Example, bad
1467 Consider:
1469     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1471 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1473 This design is more explicit, safe and legible:
1475     alarm_settings s{};
1476     s.enabled = true;
1477     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1478     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1479     set_settings(s);
1481 For the case of a set of boolean values consider using a flags `enum`; a pattern that expresses a set of boolean values.
1483     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1485 ##### Example, bad
1487 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1489     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1490     {
1491         // ...
1492         // do something with time_to_blink
1493         // ...
1494     }
1496     void use()
1497     {
1498         blink_led(2);
1499     }
1501 ##### Example, good
1503 `std::chrono::duration` types helps making the unit of time duration explicit.
1505     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1506     {
1507         // ...
1508         // do something with time_to_blink
1509         // ...
1510     }
1512     void use()
1513     {
1514         blink_led(1500ms);
1515     }
1517 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1519     template<class rep, class period>
1520     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1521     {
1522         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1523         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1524         // ...
1525         // do something with milliseconds_to_blink
1526         // ...
1527     }
1529     void use()
1530     {
1531         blink_led(2s);
1532         blink_led(1500ms);
1533     }
1535 ##### Enforcement
1537 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1538 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1539 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1541 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1543 ##### Reason
1545 Arguments have meaning that might constrain their proper use in the callee.
1547 ##### Example
1549 Consider:
1551     double sqrt(double x);
1553 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1555     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1557 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1559     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1561 Ideally, that `Expects(x >= 0)` should be part of the interface of `sqrt()` but that's not easily done. For now, we place it in the definition (function body).
1563 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1565 ##### Note
1567 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1568 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1570 ##### Note
1572 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1573 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1574 We don't need to mention it for each member function.
1576 ##### Enforcement
1578 (Not enforceable)
1580 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1582 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1584 ##### Reason
1586 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1588 ##### Example
1590     int area(int height, int width)
1591     {
1592         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1593         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1594         // ...
1595     }
1597 ##### Note
1599 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1600 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics (do you always want to abort in debug mode and check nothing in productions runs?).
1602 ##### Note
1604 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1605 but we don't yet have the language facilities to do that.
1606 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1608 ##### Note
1610 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1612 ##### Note
1614 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-nonnegative).
1616 ##### Enforcement
1618 (Not enforceable) Finding the variety of ways preconditions can be asserted is not feasible. Warning about those that can be easily identified (`assert()`) has questionable value in the absence of a language facility.
1620 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1622 ##### Reason
1624 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1626 ##### Example, bad
1628 Consider:
1630     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1632 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1633 We also left out the postcondition specification, so it is not obvious that the algorithm (`height * width`) is wrong for areas larger than the largest integer.
1634 Overflow can happen.
1635 Consider using:
1637     int area(int height, int width)
1638     {
1639         auto res = height * width;
1640         Ensures(res > 0);
1641         return res;
1642     }
1644 ##### Example, bad
1646 Consider a famous security bug:
1648     void f()    // problematic
1649     {
1650         char buffer[MAX];
1651         // ...
1652         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1653     }
1655 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1657     void f()    // better
1658     {
1659         char buffer[MAX];
1660         // ...
1661         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1662         Ensures(buffer[0] == 0);
1663     }
1665 ##### Note
1667 Postconditions are often informally stated in a comment that states the purpose of a function; `Ensures()` can be used to make this more systematic, visible, and checkable.
1669 ##### Note
1671 Postconditions are especially important when they relate to something that is not directly reflected in a returned result, such as a state of a data structure used.
1673 ##### Example
1675 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1677     mutex m;
1679     void manipulate(Record& r)    // don't
1680     {
1681         m.lock();
1682         // ... no m.unlock() ...
1683     }
1685 Here, we "forgot" to state that the `mutex` should be released, so we don't know if the failure to ensure release of the `mutex` was a bug or a feature.
1686 Stating the postcondition would have made it clear:
1688     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1689     {
1690         m.lock();
1691         // ... no m.unlock() ...
1692     }
1694 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1696 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1698     void manipulate(Record& r)    // best
1699     {
1700         lock_guard<mutex> _ {m};
1701         // ...
1702     }
1704 ##### Note
1706 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1707 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1708 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1710 ##### Enforcement
1712 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1713 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1714 checkers) exist for many toolchains.
1716 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1718 ##### Reason
1720 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1722 ##### Example
1724     void f()
1725     {
1726         char buffer[MAX];
1727         // ...
1728         memset(buffer, 0, MAX);
1729         Ensures(buffer[0] == 0);
1730     }
1732 ##### Note
1734 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1735 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics.
1737 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1739 ##### Note
1741 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1742 For now, we place it in the definition (function body).
1743 Once language support becomes available (e.g., see the [contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf)) we will adopt the standard version of preconditions, postconditions, and assertions.
1745 ##### Enforcement
1747 (Not enforceable) Finding the variety of ways postconditions can be asserted is not feasible. Warning about those that can be easily identified (`assert()`) has questionable value in the absence of a language facility.
1749 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1751 ##### Reason
1753 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1755 ##### Example
1757 Use the C++20 style of requirements specification. For example:
1759     template<typename Iter, typename Val>
1760       requires input_iterator<Iter> && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
1761     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1762     {
1763         // ...
1764     }
1766 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1768 ##### Enforcement
1770 Warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1772 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1774 ##### Reason
1776 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1777 This is a major source of errors.
1779 ##### Example
1781     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1783     template<class F, class ...Args>
1784     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1785     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1787 ##### Note
1789 What is an error?
1791 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1792 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1793 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1794 the server can refuse a connection for all kinds of reasons, so the natural thing is to return a result that the caller should always check.
1795 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1797 ##### Exception
1799 Many traditional interface functions (e.g., UNIX signal handlers) use error codes (e.g., `errno`) to report what are really status codes, rather than errors. You don't have a good alternative to using such, so calling these does not violate the rule.
1801 ##### Alternative
1803 If you can't use exceptions (e.g., because your code is full of old-style raw-pointer use or because there are hard-real-time constraints), consider using a style that returns a pair of values:
1805     int val;
1806     int error_code;
1807     tie(val, error_code) = do_something();
1808     if (error_code) {
1809         // ... handle the error or exit ...
1810     }
1811     // ... use val ...
1813 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1814 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1816     auto [val, error_code] = do_something();
1817     if (error_code) {
1818         // ... handle the error or exit ...
1819     }
1820     // ... use val ...
1822 ##### Note
1824 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1826 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1827 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1828 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1829 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1830 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1832 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1834 ##### Enforcement
1836 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1837 * Look for `errno`.
1839 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1841 ##### Reason
1843 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1845 ##### Example
1847 Consider:
1849     X* compute(args)    // don't
1850     {
1851         X* res = new X{};
1852         // ...
1853         return res;
1854     }
1856 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1857 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1859     vector<double> compute(args)  // good
1860     {
1861         vector<double> res(10000);
1862         // ...
1863         return res;
1864     }
1866 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1867 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1868 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1870 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1871 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#S-gsl):
1873     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1874     {
1875         owner<X*> res = new X{};
1876         // ...
1877         return res;
1878     }
1880 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1881 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1883 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1885 ##### Note
1887 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1888 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1889 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1890 so the default is "no ownership transfer."
1892 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1894 ##### Enforcement
1896 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`. Suggest use of standard-library resource handle or use of `owner<T>`.
1897 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1898 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with an `owner` return value is assigned to a raw pointer or non-`owner` reference.
1900 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1902 ##### Reason
1904 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1905 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1907 ##### Example
1909     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1911     length(nullptr);                      // OK?
1913     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1915     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1917 By stating the intent in source, implementers and tools can provide better diagnostics, such as finding some classes of errors through static analysis, and perform optimizations, such as removing branches and null tests.
1919 ##### Note
1921 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#S-gsl).
1923 ##### Note
1925 The assumption that the pointer to `char` pointed to a C-style string (a zero-terminated string of characters) was still implicit, and a potential source of confusion and errors. Use `czstring` in preference to `const char*`.
1927     // we can assume that p cannot be nullptr
1928     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1929     int length(not_null<zstring> p);
1931 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1933 ##### Enforcement
1935 * (Simple) ((Foundation)) If a function checks a pointer parameter against `nullptr` before access, on all control-flow paths, then warn it should be declared `not_null`.
1936 * (Complex) If a function with pointer return value ensures it is not `nullptr` on all return paths, then warn the return type should be declared `not_null`.
1938 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1940 ##### Reason
1942  (pointer, size)-style interfaces are error-prone. Also, a plain pointer (to array) must rely on some convention to allow the callee to determine the size.
1944 ##### Example
1946 Consider:
1948     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1950 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1951 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1952 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1954 ##### Alternative
1956 Consider using explicit spans:
1958     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1960 ##### Example, bad
1962 Consider:
1964     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1965     Circle arr[10];
1966     // ...
1967     draw(arr, 10);
1969 Passing `10` as the `n` argument might be a mistake: the most common convention is to assume `[0:n)` but that is nowhere stated. Worse is that the call of `draw()` compiled at all: there was an implicit conversion from array to pointer (array decay) and then another implicit conversion from `Circle` to `Shape`. There is no way that `draw()` can safely iterate through that array: it has no way of knowing the size of the elements.
1971 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1973     void draw2(span<Circle>);
1974     Circle arr[10];
1975     // ...
1976     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1977     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1979     void draw3(span<Shape>);
1980     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1982 This `draw2()` passes the same amount of information to `draw()`, but makes the fact that it is supposed to be a range of `Circle`s explicit. See ???.
1984 ##### Exception
1986 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1987 But when doing so, use `std::string_view` or `span<char>` from the [GSL](#S-gsl) to prevent range errors.
1989 ##### Enforcement
1991 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type. Allow exception for zstring/czstring pointer types.
1992 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type. Allow exception for zstring/czstring pointer types.
1994 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1996 ##### Reason
1998 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
2000 ##### Example
2002     // file1.c
2004     extern const X x;
2006     const Y y = f(x);   // read x; write y
2008     // file2.c
2010     extern const Y y;
2012     const X x = g(y);   // read y; write x
2014 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2015 one will access an uninitialized `const`.
2016 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2018 ##### Note
2020 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2021 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2023 ##### Enforcement
2025 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2026 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2028 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2030 ##### Reason
2032 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2034 ##### Discussion
2036 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2038 1. *Missing an abstraction.*
2039    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2040    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2041    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2042    are no longer protected by an enforced invariant.
2044 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2045    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2047 ##### Example
2049 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2051     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2052     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2053                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2054                          OutputIterator result, Compare comp);
2056 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2058 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2059 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2061     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2062     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2063                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2064                          OutputIterator result);
2066 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2067 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2069     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2070     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2072 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2074 Alternatively, we could use a standard library concept to define the notion of three types that must be usable for merging:
2076     template<class In1, class In2, class Out>
2077       requires mergeable<In1, In2, Out>
2078     Out merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2080 ##### Example
2082 The safety Profiles recommend replacing
2084     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2086 with
2088     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2090 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2092 ##### Note
2094 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2095 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2097 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2099 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2101 ##### Enforcement
2103 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2104 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2106 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning
2108 ##### Reason
2110 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2112 ##### Example, bad
2114 Consider:
2116     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2118 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2120 Use `const` for the "from" argument:
2122     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2124 ##### Exception
2126 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2128     int max(int a, int b);
2130 ##### Alternative
2132 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2134     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2136 ##### Alternative
2138 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2140     struct SystemParams {
2141         string config_file;
2142         string output_path;
2143         seconds timeout;
2144     };
2145     void initialize(SystemParams p);
2147 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2148 are often filled in by name at the call site.
2150 ##### Note
2152 Only the interface's designer can adequately address the source of violations of this guideline.
2154 ##### Enforcement strategy
2156 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type
2158 We are still looking for a less-simple enforcement.
2160 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies
2162 ##### Reason
2164 Abstract classes that are empty (have no non-static member data) are more likely to be stable than base classes with state.
2166 ##### Example, bad
2168 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2170     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2171     public:
2172         Point center() const { return c; }
2173         virtual void draw() const;
2174         virtual void rotate(int);
2175         // ...
2176     private:
2177         Point c;
2178         vector<Point> outline;
2179         Color col;
2180     };
2182 This will force every derived class to compute a center -- even if that's non-trivial and the center is never used. Similarly, not every `Shape` has a `Color`, and many `Shape`s are best represented without an outline defined as a sequence of `Point`s. Using an abstract class is better:
2184     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2185     public:
2186         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2187         virtual void draw() const = 0;
2188         virtual void rotate(int) = 0;
2189         // ...
2190         // ... no data members ...
2191         // ...
2192         virtual ~Shape() = default;
2193     };
2195 ##### Enforcement
2197 (Simple) Warn if a pointer/reference to a class `C` is assigned to a pointer/reference to a base of `C` and the base class contains data members.
2199 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2201 ##### Reason
2203 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2205 ##### Exception
2207 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2209 ##### Note
2211 If you use a single compiler, you can use full C++ in interfaces. That might require recompilation after an upgrade to a new compiler version.
2213 ##### Enforcement
2215 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2217 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2219 ##### Reason
2221 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2222 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2223 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2225 ##### Example
2227 interface (widget.h)
2229     class widget {
2230         class impl;
2231         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2232     public:
2233         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2234         widget(int); // defined in the implementation file
2235         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2236         widget(widget&&); // defined in the implementation file
2237         widget(const widget&) = delete;
2238         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2239         widget& operator=(const widget&) = delete;
2240     };
2243 implementation (widget.cpp)
2245     class widget::impl {
2246         int n; // private data
2247     public:
2248         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2249         impl(int n) : n(n) {}
2250     };
2251     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2252     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2253     widget::widget(widget&&) = default;
2254     widget::~widget() = default;
2255     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2257 ##### Notes
2259 See [GOTW #100](https://herbsutter.com/gotw/_100/) and [cppreference](http://en.cppreference.com/w/cpp/language/pimpl) for the trade-offs and additional implementation details associated with this idiom.
2261 ##### Enforcement
2263 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2265 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2267 ##### Reason
2269 To keep code simple and safe.
2270 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2271 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2272 subtleties.
2273 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2275 ##### Example
2277 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2278 from a file, from the command line, or from standard input.
2279 We might write
2281     bool owned;
2282     owner<istream*> inp;
2283     switch (source) {
2284     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2285     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2286     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2287     }
2288     istream& in = *inp;
2290 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2291 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2292 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2293 In particular, someone has to remember to somewhere write
2295     if (owned) delete inp;
2297 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2298 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2299 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2300 at run time.
2301 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2302 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2303 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2305 So, we write a class
2307     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2308     public:
2309         enum Opt { from_line = 1 };
2310         Istream() { }
2311         Istream(zstring p) : owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2312         Istream(zstring p, Opt) : owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2313         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2314         operator istream&() { return *inp; }
2315     private:
2316         bool owned = false;
2317         istream* inp = &cin;
2318     };
2320 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2321 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2323 ##### Enforcement
2325 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2326 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2328 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2330 A function specifies an action or a computation that takes the system from one consistent state to the next. It is the fundamental building block of programs.
2332 It should be possible to name a function meaningfully, to specify the requirements of its argument, and clearly state the relationship between the arguments and the result. An implementation is not a specification. Try to think about what a function does as well as about how it does it.
2333 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2335 Function rule summary:
2337 Function definition rules:
2339 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2340 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2341 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2342 * [F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2343 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2344 * [F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2345 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2346 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2347 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2348 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
2349 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
2351 Parameter passing expression rules:
2353 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2354 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2355 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2356 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2357 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2358 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2359 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple](#Rf-out-multi)
2360 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2362 Parameter passing semantic rules:
2364 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2365 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2366 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2367 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2368 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2369 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2371 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2373 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2374 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2375 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2376 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2377 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2378 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2379 * [F.48: Don't `return std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2380 * [F.49: Don't return `const T`](#Rf-return-const)
2382 Other function rules:
2384 * [F.50: Use a lambda when a function won't do (to capture local variables, or to write a local function)](#Rf-capture-vs-overload)
2385 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2386 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2387 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
2388 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2389 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2390 * [F.56: Avoid unnecessary condition nesting](#F-nesting)
2392 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2394 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2396 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2398 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2400 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2402 ##### Reason
2404 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2405 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2407 ##### Example, don't
2409     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2410     {
2411         int x;
2412         if (is >> x)
2413             cout << "the int is " << x << '\n';
2414         else
2415             cerr << "no int on input\n";
2416     }
2418 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2419 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2420 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2421 For a tiny example, this looks OK, but if the input operation, the output operation, and the error handling had been more complicated the tangled
2422 mess could become hard to understand.
2424 ##### Note
2426 If you write a non-trivial lambda that potentially can be used in more than one place, give it a name by assigning it to a (usually non-local) variable.
2428 ##### Example
2430     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2432 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2434     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2436     sort(a, b, lessT);
2438 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2440 ##### Exception
2442 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2443 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2444 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2445 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2447 ##### Enforcement
2449 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2450 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2452 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2454 ##### Reason
2456 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2458 ##### Example
2460 Consider:
2462     void read_and_print()    // bad
2463     {
2464         int x;
2465         cin >> x;
2466         // check for errors
2467         cout << x << "\n";
2468     }
2470 This is a monolith that is tied to a specific input and will never find another (different) use. Instead, break functions up into suitable logical parts and parameterize:
2472     int read(istream& is)    // better
2473     {
2474         int x;
2475         is >> x;
2476         // check for errors
2477         return x;
2478     }
2480     void print(ostream& os, int x)
2481     {
2482         os << x << "\n";
2483     }
2485 These can now be combined where needed:
2487     void read_and_print()
2488     {
2489         auto x = read(cin);
2490         print(cout, x);
2491     }
2493 If there was a need, we could further templatize `read()` and `print()` on the data type, the I/O mechanism, the response to errors, etc. Example:
2495     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2496     {
2497         input >> value;
2498         // check for errors
2499     };
2501     auto print(auto& output, const auto& value)
2502     {
2503         output << value << "\n";
2504     }
2506 ##### Enforcement
2508 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2509 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2510 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2512 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2514 ##### Reason
2516 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2517 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2519 ##### Example
2521 Consider:
2523     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2524         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2525         // given the two mode flags.
2526     {
2527         double intermediate;
2528         if (flag1 > 0) {
2529             intermediate = func1(val);
2530             if (flag2 % 2)
2531                  intermediate = sqrt(intermediate);
2532         }
2533         else if (flag1 == -1) {
2534             intermediate = func1(-val);
2535             if (flag2 % 2)
2536                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2537             flag1 = -flag1;
2538         }
2539         if (abs(flag2) > 10) {
2540             intermediate = func2(intermediate);
2541         }
2542         switch (flag2 / 10) {
2543         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2544                 break;
2545         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2546         default: break;
2547         }
2548         return finalize(intermediate, 0.);
2549     }
2551 This is too complex.
2552 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2553 Yes, it breaks other rules also.
2555 We can refactor:
2557     double func1_muon(double val, int flag)
2558     {
2559         // ???
2560     }
2562     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2563     {
2564         // ???
2565     }
2567     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2568         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2569         // given the two mode flags.
2570     {
2571         if (flag1 > 0)
2572             return func1_muon(val, flag2);
2573         if (flag1 == -1)
2574             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2575             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2576         return 0.;
2577     }
2579 ##### Note
2581 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2582 One-to-five-line functions should be considered normal.
2584 ##### Note
2586 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2587 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2589 ##### Enforcement
2591 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2592   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2593 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2594   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical paths through." Count a simple switch as one path.
2596 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2598 ##### Reason
2600  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2602 ##### Example
2604 The (in)famous factorial:
2606     constexpr int fac(int n)
2607     {
2608         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2609         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2610         int x = 1;
2611         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2612         return x;
2613     }
2615 This is C++14.
2616 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2618 ##### Note
2620 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2621 it just guarantees that the function can be evaluated at compile time for constant expression arguments if the programmer requires it or the compiler decides to do so to optimize.
2623     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2625     void test(int v)
2626     {
2627         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2628         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2629         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2630         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2631     }
2633 ##### Note
2635 Don't try to make all functions `constexpr`.
2636 Most computation is best done at run time.
2638 ##### Note
2640 Any API that might eventually depend on high-level run-time configuration or
2641 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2642 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2643 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2645 ##### Enforcement
2647 Impossible and unnecessary.
2648 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2650 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2652 ##### Reason
2654 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2655 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2656 We are still waiting.
2657 Specifying inline (explicitly, or implicitly when writing member functions inside a class definition) encourages the compiler to do a better job.
2659 ##### Example
2661     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2663 ##### Exception
2665 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2666 An inline function is part of the ABI.
2668 ##### Note
2670 `constexpr` implies `inline`.
2672 ##### Note
2674 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2676 ##### Exception
2678 Function templates (including member functions of class templates `A<T>::function()` and member function templates `A::function<T>()`) are normally defined in headers and therefore inline.
2680 ##### Enforcement
2682 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2684 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`
2686 ##### Reason
2688 If an exception is not supposed to be thrown, the program cannot be assumed to cope with the error and should be terminated as soon as possible. Declaring a function `noexcept` helps optimizers by reducing the number of alternative execution paths. It also speeds up the exit after failure.
2690 ##### Example
2692 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2693 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2695 ##### Note
2697 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you might need conditional `noexcept` for some of those.
2699 ##### Example
2701 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2703     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2704     {
2705         vector<string> res;
2706         for (string s; is >> s;)
2707             res.push_back(s);
2708         return res;
2709     }
2711 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2712 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that might be just the right thing to do;
2713 `terminate()` might generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2715 ##### Note
2717 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2718 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2719 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2720 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2721 environments where a `bad_alloc` exception could be handled meaningfully.
2722 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2723 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2724 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2725 your application code cannot respond to an allocation failure, it could be
2726 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2728 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2729 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2730 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2731 considering whether the possible exceptions can be handled.
2733 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2734 low-level functions.
2736 ##### Note
2738 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2739 See also [C.44](#Rc-default00).
2741 ##### Enforcement
2743 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2744 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2746 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2748 ##### Reason
2750 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended.
2751 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
2753 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2754 A function that needs a `widget` should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
2756 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2758 ##### Example
2760     // accepts any int*
2761     void f(int*);
2763     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2764     void g(unique_ptr<int>);
2766     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2767     void g(shared_ptr<int>);
2769     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2770     void h(const unique_ptr<int>&);
2772     // accepts any int
2773     void h(int&);
2775 ##### Example, bad
2777     // callee
2778     void f(shared_ptr<widget>& w)
2779     {
2780         // ...
2781         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2782         // ...
2783     };
2785     // caller
2786     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2787     f(my_widget);
2789     widget stack_widget;
2790     f(stack_widget); // error
2792 ##### Example, good
2794     // callee
2795     void f(widget& w)
2796     {
2797         // ...
2798         use(w);
2799         // ...
2800     };
2802     // caller
2803     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2804     f(*my_widget);
2806     widget stack_widget;
2807     f(stack_widget); // ok -- now this works
2809 ##### Note
2811 We can catch many common cases of dangling pointers statically (see [lifetime safety profile](#SS-lifetime)). Function arguments naturally live for the lifetime of the function call, and so have fewer lifetime problems.
2813 ##### Enforcement
2815 * (Simple) Warn if a function takes a parameter of a smart pointer type (that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable but the function only calls any of: `operator*`, `operator->` or `get()`.
2816   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2817 * Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable/movable but never copied/moved from in the function body, and that is never modified, and that is not passed along to another function that could do so. That means the ownership semantics are not used.
2818   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2820 **See also**:
2822 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2823 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2825 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2827 ##### Reason
2829 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2831 ##### Example
2833     template<class T>
2834     auto square(T t) { return t * t; }
2836 ##### Enforcement
2838 Not possible.
2840 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2842 ##### Reason
2844 Readability.
2845 Suppression of unused parameter warnings.
2847 ##### Example
2849     widget* find(const set<widget>& s, const widget& w, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2851 ##### Note
2853 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2855 If parameters are conditionally unused, declare them with the `[[maybe_unused]]` attribute.
2856 For example:
2858     template <typename Value>
2859     Value* find(const set<Value>& s, const Value& v, [[maybe_unused]] Hint h)
2860     {
2861         if constexpr (sizeof(Value) > CacheSize)
2862         {
2863             // a hint is used only if Value is of a certain size
2864         }
2865     }
2867 ##### Enforcement
2869 Flag named unused parameters.
2871 ### <a name="Rf-name"></a>F.10: If an operation can be reused, give it a name
2873 ##### Reason
2875 Documentation, readability, opportunity for reuse.
2877 ##### Example
2879     struct Rec {
2880         string name;
2881         string addr;
2882         int id;         // unique identifier
2883     };
2885     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
2886     {
2887         return a.id == b.id;
2888     }
2890     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
2892     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2893         [&](Rec& r) {
2894             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
2895             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
2896                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
2897             return true;
2898         }
2899     );
2901 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
2903     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
2904     {
2905         if (a.size() != b.size()) return false;
2906         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
2907         return true;
2908     }
2910     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2911         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
2912     );
2914 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
2916     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
2918     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2919         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
2920     );
2922 ##### Note
2924 whether functions, lambdas, or operators.
2926 ##### Exception
2928 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
2929 * Lambdas as [initializers](#???)
2931 ##### Enforcement
2933 * (hard) flag similar lambdas
2934 * ???
2936 ### <a name="Rf-lambda"></a>F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
2938 ##### Reason
2940 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
2942 ##### Example
2944     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
2945                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
2948 ##### Exception
2950 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
2952 ##### Enforcement
2954 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
2956 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2958 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2960 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2962 ##### Reason
2964 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2965 If you really feel the need for an optimization beyond the common techniques, measure to ensure that it really is an improvement, and document/comment because the improvement might not be portable.
2967 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2969 Normal parameter passing:
2971 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2973 Advanced parameter passing:
2975 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2977 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2979 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2981 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2983 ##### Reason
2985 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2987 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2988 When copying is cheap, nothing beats the simplicity and safety of copying, and for small objects (up to two or three words) it is also faster than passing by reference because it does not require an extra indirection to access from the function.
2990 ##### Example
2992     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2994     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2996     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2998     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
3000 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
3002 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
3003 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
3004   add an overload that passes the parameter by `&&` (for rvalues) and in the body `std::move`s it to its destination. Essentially this overloads a "will-move-from"; see [F.18](#Rf-consume).
3005 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
3007 ##### Example
3009     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
3011     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
3012     string& concatenate(string&, const string& suffix);
3014     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
3016 Avoid "esoteric techniques" such as passing arguments as `T&&` "for efficiency".
3017 Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3019 ##### Notes
3021 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
3022 There is no (legitimate) "null reference."
3023 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
3025 ##### Enforcement
3027 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
3028   Suggest using a reference to `const` instead.
3029 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
3030 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
3032 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
3034 ##### Reason
3036 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
3038 ##### Example
3040     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
3042 ##### Note
3044 Some user-defined and standard library types, such as `span<T>` or the iterators
3045 are [cheap to copy](#Rf-in) and may be passed by value, while doing so has
3046 mutable (in-out) reference semantics:
3048     void increment_all(span<int> a)
3049     {
3050       for (auto&& e : a)
3051         ++e;
3052     }
3054 ##### Note
3056 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
3057 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
3059     void f(string& s)
3060     {
3061         s = "New York";  // non-obvious error
3062     }
3064     void g()
3065     {
3066         string buffer = ".................................";
3067         f(buffer);
3068         // ...
3069     }
3071 Here, the writer of `g()` is supplying a buffer for `f()` to fill, but `f()` simply replaces it (at a somewhat higher cost than a simple copy of the characters).
3072 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
3074 ##### Enforcement
3076 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
3077 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
3079 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
3081 ##### Reason
3083 It's efficient and eliminates bugs at the call site: `X&&` binds to rvalues, which requires an explicit `std::move` at the call site if passing an lvalue.
3085 ##### Example
3087     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3088     {
3089         // usually there might be const accesses of v here
3090         store_somewhere(std::move(v));
3091         // usually no more use of v here; it is moved-from
3092     }
3094 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3095 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3098 ##### Exception
3100 Unique owner types that are move-only and cheap-to-move, such as `unique_ptr`, can also be passed by value which is simpler to write and achieves the same effect. Passing by value does generate one extra (cheap) move operation, but prefer simplicity and clarity first.
3102 For example:
3104     template<class T>
3105     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3106     {
3107         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3108     }   // p gets destroyed
3110 ##### Enforcement
3112 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3113 * Flag access to moved-from objects.
3114 * Don't conditionally move from objects
3116 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3118 ##### Reason
3120 If the object is to be passed onward to other code and not directly used by this function, we want to make this function agnostic to the argument `const`-ness and rvalue-ness.
3122 In that case, and only that case, make the parameter `TP&&` where `TP` is a template type parameter -- it both *ignores* and *preserves* `const`-ness and rvalue-ness. Therefore any code that uses a `TP&&` is implicitly declaring that it itself doesn't care about the variable's `const`-ness and rvalue-ness (because it is ignored), but that intends to pass the value onward to other code that does care about `const`-ness and rvalue-ness (because it is preserved). When used as a parameter `TP&&` is safe because any temporary objects passed from the caller will live for the duration of the function call. A parameter of type `TP&&` should essentially always be passed onward via `std::forward` in the body of the function.
3124 ##### Example
3126     template<class F, class... Args>
3127     inline auto invoke(F f, Args&&... args)
3128     {
3129         return f(forward<Args>(args)...);
3130     }
3132     ??? calls ???
3134 ##### Enforcement
3136 * Flag a function that takes a `TP&&` parameter (where `TP` is a template type parameter name) and does anything with it other than `std::forward`ing it exactly once on every static path.
3138 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3140 ##### Reason
3142 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3144 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3146 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3148 ##### Example
3150     // OK: return pointers to elements with the value x
3151     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3153     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3154     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3156 ##### Note
3158 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3160 ##### Exceptions
3162 * For non-concrete types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3163 * If a type is expensive to move (e.g., `array<BigPOD>`), consider allocating it on the free store and return a handle (e.g., `unique_ptr`), or passing it in a reference to non-`const` target object to fill (to be used as an out-parameter).
3164 * To reuse an object that carries capacity (e.g., `std::string`, `std::vector`) across multiple calls to the function in an inner loop: [treat it as an in/out parameter and pass by reference](#Rf-out-multi).
3166 ##### Example
3168 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
3170     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
3171     {
3172         Matrix res;
3173         // ... fill res with the sum ...
3174         return res;
3175     }
3177     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
3179     y = m3 + m3;         // move assignment
3182 ##### Note
3184 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
3186 ##### Example
3188     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3189         char header[16];
3190         char load[2024 - 16];
3191     };
3193     Package fill();       // Bad: large return value
3194     void fill(Package&);  // OK
3196     int val();            // OK
3197     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3199 ##### Enforcement
3201 * Flag reference to non-`const` parameters that are not read before being written to and are a type that could be cheaply returned; they should be "out" return values.
3203 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3205 ##### Reason
3207 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3208 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple` (including `pair`), possibly with the extra convenience of `tie` or structured bindings (C++17) at the call site.
3209 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3211 ##### Example
3213     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3214     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3215     {
3216         // ...
3217         output_data = something();
3218         return status;
3219     }
3221     // GOOD: self-documenting
3222     tuple<int, string> f(const string& input)
3223     {
3224         // ...
3225         return {status, something()};
3226     }
3228 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3229 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3231     // C++98
3232     result = my_set.insert("Hello");
3233     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3235 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3237     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3238     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3240     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3241     if (success) do_something_with(iter);
3243 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3245     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3247 ##### Exception
3249 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3250 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3251 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3252 For example:
3254     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
3256     for (string s; cin >> s; ) {
3257         // do something with line
3258     }
3260 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
3261 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3262 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3263 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3264 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3265 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3267 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3269     pair<istream&, string> get_string(istream& is)  // not recommended
3270     {
3271         string s;
3272         is >> s;
3273         return {is, move(s)};
3274     }
3276     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3277         // do something with p.second
3278     }
3280 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3282 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3283 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3284 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3286 ##### Note
3288 In many cases, it can be useful to return a specific, user-defined type.
3289 For example:
3291     struct Distance {
3292         int value;
3293         int unit = 1;   // 1 means meters
3294     };
3296     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3297     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3298     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3299                                         // to people who know measure()
3300     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3302 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3304 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3306 ##### Note
3308 When the tuple to be returned is initialized from local variables that are expensive to copy,
3309 explicit `move` may be helpful to avoid copying:
3311     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3312     {
3313         LargeObject large1 = g(input);
3314         LargeObject large2 = h(input);
3315         // ...
3316         return { move(large1), move(large2) }; // no copies
3317     }
3319 Alternatively, 
3321     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3322     {
3323         // ...
3324         return { g(input), h(input) }; // no copies, no moves
3325     }
3327 Note this is different from the `return move(...)` anti-pattern from [ES.56](#Res-move)
3329 ##### Enforcement
3331 * Output parameters should be replaced by return values.
3332   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3334 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3336 ##### Reason
3338 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3339 Sometimes having `nullptr` as an alternative to indicated "no object" is useful, but if it is not, a reference is notationally simpler and might yield better code.
3341 ##### Example
3343     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3344     {
3345         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3346         return string{p};
3347     }
3349     void print(const vector<int>& r)
3350     {
3351         // r refers to a vector<int>; no check needed
3352     }
3354 ##### Note
3356 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3357 That error is very uncommon.
3359 ##### Note
3361 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3363 ##### Enforcement
3365 * Flag ???
3367 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3369 ##### Reason
3371 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3372 Enables significant tool support.
3374 ##### Note
3376 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3378 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3379 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3380 * Hold the `nullptr`
3381 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3382 * Identify an array with a length specified separately
3383 * Identify a location in an array
3385 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3386 It complicates checking and tool support.
3388 ##### Example
3390     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3391     {
3392         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3393                         // assume it does not or use span<int>
3394         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3395                         // assume it does not or use zstring
3396         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3397                         // assume it does not or use owner
3398     }
3400 better
3402     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3403     {
3404         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3405         cout << s; // OK
3406         delete q;  // OK
3407     }
3409 ##### Note
3411 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3413 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3415 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3417 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3419 ##### Enforcement
3421 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3423 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3425 ##### Reason
3427 Clarity. A function with a `not_null<T>` parameter makes it clear that the caller of the function is responsible for any `nullptr` checks that might be necessary.
3428 Similarly, a function with a return value of `not_null<T>` makes it clear that the caller of the function does not need to check for `nullptr`.
3430 ##### Example
3432 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3433 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3435 Consider:
3437     int length(Record* p);
3439 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3441     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3442     int length(not_null<Record*> p);
3444     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3445     int length(Record* p);
3447 ##### Note
3449 A `not_null<T*>` is assumed not to be the `nullptr`; a `T*` might be the `nullptr`; both can be represented in memory as a `T*` (so no run-time overhead is implied).
3451 ##### Note
3453 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3455 ##### Enforcement
3457 * (Simple) Warn if a raw pointer is dereferenced without being tested against `nullptr` (or equivalent) within a function, suggest it is declared `not_null` instead.
3458 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3459 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3461 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3463 ##### Reason
3465 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3467 ##### Example
3469     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3471     vector<X> vec;
3472     // ...
3473     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3475 ##### Note
3477 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3478 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3479 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3480 `span<T>` and `span_p<T>` are simple helper classes designating a `[p:q)` range and a range starting with `p` and ending with the first element for which a predicate is true, respectively.
3482 ##### Example
3484 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3486     void f(span<int> s)
3487     {
3488         // range traversal (guaranteed correct)
3489         for (int x : s) cout << x << '\n';
3491         // C-style traversal (potentially checked)
3492         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3494         // random access (potentially checked)
3495         s[7] = 9;
3497         // extract pointers (potentially checked)
3498         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3499     }
3501 ##### Note
3503 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3505 Passing a `span` object as an argument is exactly as efficient as passing a pair of pointer arguments or passing a pointer and an integer count.
3507 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3509 ##### Enforcement
3511 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3513 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3515 ##### Reason
3517 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3518 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3520 If you don't need null termination, use `string_view`.
3522 ##### Example
3524 Consider:
3526     int length(const char* p);
3528 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3530     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3531     int length(zstring p);
3533     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3534     int length(not_null<zstring> p);
3536 ##### Note
3538 `zstring` does not represent ownership.
3540 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3542 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3544 ##### Reason
3546 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3548 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3550 ##### Example
3552     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3553     {
3554         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3555         switch (kind) {
3556         case kCircle:
3557             return make_unique<Circle>(is);
3558         case kTriangle:
3559             return make_unique<Triangle>(is);
3560         // ...
3561         }
3562     }
3564 ##### Note
3566 You need to pass a pointer rather than an object if what you are transferring is an object from a class hierarchy that is to be used through an interface (base class).
3568 ##### Enforcement
3570 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3572 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3574 ##### Reason
3576 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3578 ##### Example
3580     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3582     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3583     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3584     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3585     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3587     // detach threads
3588     // last thread to finish deletes the image
3590 ##### Note
3592 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3593 `shared_ptr` is for shared ownership.
3595 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3597 ##### Alternative
3599 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3601 ##### Enforcement
3603 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3605 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3607 ##### Reason
3609 That's what pointers are good for.
3610 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3612 ##### Example
3614     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3615     {
3616         if (!t || t->name == s) return t;
3617         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3618         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3619         return nullptr;
3620     }
3622 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3623 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3625 ##### Note
3627 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3628 A reference is often a superior alternative to a pointer [if there is no need to use `nullptr`](#Rf-ptr-ref) or [if the object referred to should not change](???).
3630 ##### Note
3632 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3634 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3636 ##### Enforcement
3638 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3639 Only owners should be deleted.
3640 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3641 Only owners should be responsible for deletion.
3643 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3645 ##### Reason
3647 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3649 ##### Example, bad
3651 After the return from a function its local objects no longer exist:
3653     int* f()
3654     {
3655         int fx = 9;
3656         return &fx;  // BAD
3657     }
3659     void g(int* p)   // looks innocent enough
3660     {
3661         int gx;
3662         cout << "*p == " << *p << '\n';
3663         *p = 999;
3664         cout << "gx == " << gx << '\n';
3665     }
3667     void h()
3668     {
3669         int* p = f();
3670         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3671         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3672     }
3674 Here on one popular implementation I got the output:
3676     *p == 999
3677     gx == 999
3679 I expected that because the call of `g()` reuses the stack space abandoned by the call of `f()` so `*p` refers to the space now occupied by `gx`.
3681 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3682 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3683 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3684 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3686 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3688 ##### Note
3690 This applies to references as well:
3692     int& f()
3693     {
3694         int x = 7;
3695         // ...
3696         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3697     }
3699 ##### Note
3701 This applies only to non-`static` local variables.
3702 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3704 ##### Example, bad
3706 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3708     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3710     template<class T>
3711     void steal(T x)
3712     {
3713         glob = x();  // BAD
3714     }
3716     void f()
3717     {
3718         int i = 99;
3719         steal([&] { return &i; });
3720     }
3722     int main()
3723     {
3724         f();
3725         cout << *glob << '\n';
3726     }
3728 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3729 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3731 ##### Note
3733 The address of a local variable can be "returned"/leaked by a return statement, by a `T&` out-parameter, as a member of a returned object, as an element of a returned array, and more.
3735 ##### Note
3737 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3738 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3740 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3742 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3743 It can be detected/prevented with similar techniques.
3745 ##### Enforcement
3747 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3748 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3750 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3752 ##### Reason
3754 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3756 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3757 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3759 ##### Example
3761     class Car
3762     {
3763         array<wheel, 4> w;
3764         // ...
3765     public:
3766         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3767         // ...
3768     };
3770     void use()
3771     {
3772         Car c;
3773         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3774     }
3776 ##### Enforcement
3778 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3780 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3782 ##### Reason
3784 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3785 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3787 ##### Example
3789 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3791     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3792     foo(x);                 // Undefined behavior
3794 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3795 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3797 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3800 ##### Example
3802 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3803 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3804 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3805 For passthrough functions that pass in parameters (by ordinary reference or by perfect forwarding) and want to return values, use simple `auto` return type deduction (not `auto&&`).
3807 Assume that `F` returns by value:
3809     template<class F>
3810     auto&& wrapper(F f)
3811     {
3812         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3813         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3814     }
3816 Better:
3818     template<class F>
3819     auto wrapper(F f)
3820     {
3821         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3822         return f();          // OK
3823     }
3826 ##### Exception
3828 `std::move` and `std::forward` do return `&&`, but they are just casts -- used by convention only in expression contexts where a reference to a temporary object is passed along within the same expression before the temporary is destroyed. We don't know of any other good examples of returning `&&`.
3830 ##### Enforcement
3832 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3834 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3836 ##### Reason
3838 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3839 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3841 ##### Example
3843         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3845         int main()
3846         {
3847             std::cout << "This is the way to do it\n";
3848         }
3850 ##### Note
3852 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3853 Note that despite its non-void return type, the main function does not require an explicit return statement.
3855 ##### Enforcement
3857 * The compiler should do it
3858 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3860 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3862 ##### Reason
3864 The convention for operator overloads (especially on concrete types) is for
3865 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3866 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3867 principle of "do as the ints do."
3869 ##### Note
3871 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3872 This was primarily to avoid code of the form `(a = b) = c` -- such code is not common enough to warrant violating consistency with standard types.
3874 ##### Example
3876     class Foo
3877     {
3878      public:
3879         ...
3880         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3881         {
3882           // Copy members.
3883           ...
3884           return *this;
3885         }
3886     };
3888 ##### Enforcement
3890 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3891 value) of any assignment operator.
3893 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3895 ##### Reason
3897 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3899 ##### Example, bad
3901     S f()
3902     {
3903       S result;
3904       return std::move(result);
3905     }
3907 ##### Example, good
3909     S f()
3910     {
3911       S result;
3912       return result;
3913     }
3915 ##### Enforcement
3917 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3919 ### <a name="Rf-return-const"></a>F.49: Don't return `const T`
3921 ##### Reason
3923 It is not recommended to return a `const` value.
3924 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3926 ##### Example
3928     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3930     void g(vector<int>& vx)
3931     {
3932         // ...
3933         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3934         // ...
3935         vx = fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3936         // ...
3937     }
3939 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3940 The argument against is that it prevents (very frequent) use of move semantics.
3942 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
3944 ##### Enforcement
3946 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3949 ### <a name="Rf-capture-vs-overload"></a>F.50: Use a lambda when a function won't do (to capture local variables, or to write a local function)
3951 ##### Reason
3953 Functions can't capture local variables or be defined at local scope; if you need those things, prefer a lambda where possible, and a handwritten function object where not. On the other hand, lambdas and function objects don't overload; if you need to overload, prefer a function (the workarounds to make lambdas overload are ornate). If either will work, prefer writing a function; use the simplest tool necessary.
3955 ##### Example
3957     // writing a function that should only take an int or a string
3958     // -- overloading is natural
3959     void f(int);
3960     void f(const string&);
3962     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3963     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3964     vector<work> v = lots_of_work();
3965     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3966         pool.run([=, &v] {
3967             /*
3968             ...
3969             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3970             ...
3971             */
3972         });
3973     }
3974     pool.join();
3976 ##### Exception
3978 Generic lambdas offer a concise way to write function templates and so can be useful even when a normal function template would do equally well with a little more syntax. This advantage will probably disappear in the future once all functions gain the ability to have Concept parameters.
3980 ##### Enforcement
3982 * Warn on use of a named non-generic lambda (e.g., `auto x = [](int i) { /*...*/; };`) that captures nothing and appears at global scope. Write an ordinary function instead.
3984 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3986 ##### Reason
3988 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
3989 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3990 The use of default arguments can avoid code replication.
3992 ##### Note
3994 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3995 For example:
3997     void print(const string& s, format f = {});
3999 as opposed to
4001     void print(const string& s);  // use default format
4002     void print(const string& s, format f);
4004 There is not a choice when a set of functions are used to do a semantically equivalent operation to a set of types. For example:
4006     void print(const char&);
4007     void print(int);
4008     void print(zstring);
4010 ##### See also
4013 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
4015 ##### Enforcement
4017 * Warn on an overload set where the overloads have a common prefix of parameters (e.g., `f(int)`, `f(int, const string&)`, `f(int, const string&, double)`). (Note: Review this enforcement if it's too noisy in practice.)
4019 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
4021 ##### Reason
4023 For efficiency and correctness, you nearly always want to capture by reference when using the lambda locally. This includes when writing or calling parallel algorithms that are local because they join before returning.
4025 ##### Discussion
4027 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
4029 The correctness consideration is that many calls want to perform side effects on the original object at the call site (see example below). Passing by value prevents this.
4031 ##### Note
4033 Unfortunately, there is no simple way to capture by reference to `const` to get the efficiency for a local call but also prevent side effects.
4035 ##### Example
4037 Here, a large object (a network message) is passed to an iterative algorithm, and it is not efficient or correct to copy the message (which might not be copyable):
4039     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
4040     {
4041         socket.send(message);
4042     });
4044 ##### Example
4046 This is a simple three-stage parallel pipeline. Each `stage` object encapsulates a worker thread and a queue, has a `process` function to enqueue work, and in its destructor automatically blocks waiting for the queue to empty before ending the thread.
4048     void send_packets(buffers& bufs)
4049     {
4050         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
4051         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
4052         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
4053         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
4054     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
4056 ##### Enforcement
4058 Flag a lambda that captures by reference, but is used other than locally within the function scope or passed to a function by reference. (Note: This rule is an approximation, but does flag passing by pointer as those are more likely to be stored by the callee, writing to a heap location accessed via a parameter, returning the lambda, etc. The Lifetime rules will also provide general rules that flag escaping pointers and references including via lambdas.)
4060 ### <a name="Rf-value-capture"></a>F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread
4062 ##### Reason
4064 Pointers and references to locals shouldn't outlive their scope. Lambdas that capture by reference are just another place to store a reference to a local object, and shouldn't do so if they (or a copy) outlive the scope.
4066 ##### Example, bad
4068     int local = 42;
4070     // Want a reference to local.
4071     // Note, that after program exits this scope,
4072     // local no longer exists, therefore
4073     // process() call will have undefined behavior!
4074     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
4076 ##### Example, good
4078     int local = 42;
4079     // Want a copy of local.
4080     // Since a copy of local is made, it will
4081     // always be available for the call.
4082     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
4084 ##### Note
4086 If a non-local pointer must be captured, consider using `unique_ptr`; this handles both lifetime and synchronization.
4088 If the `this` pointer must be captured, consider using `[*this]` capture, which creates a copy of the entire object.
4090 ##### Enforcement
4092 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
4093 * (Complex) Flag when capture-list contains a reference to a locally declared variable and the lambda is passed to a non-`const` and non-local context
4095 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
4097 ##### Reason
4099 It's confusing. Writing `[=]` in a member function appears to capture by value, but actually captures data members by reference because it actually captures the invisible `this` pointer by value. If you meant to do that, write `this` explicitly.
4101 ##### Example
4103     class My_class {
4104         int x = 0;
4105         // ...
4107         void f()
4108         {
4109             int i = 0;
4110             // ...
4112             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
4113             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
4114             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
4116             x = 42;
4117             lambda(); // calls use(0, 42);
4118             x = 43;
4119             lambda(); // calls use(0, 43);
4121             // ...
4123             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
4125             // ...
4126         }
4127     };
4129 ##### Note
4131 This is under active discussion in standardization, and might be addressed in a future version of the standard by adding a new capture mode or possibly adjusting the meaning of `[=]`. For now, just be explicit.
4133 ##### Enforcement
4135 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
4137 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
4139 ##### Reason
4141 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
4142 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
4143 This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
4145 ##### Example
4147     int sum(...)
4148     {
4149         // ...
4150         while (/*...*/)
4151             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4152         // ...
4153     }
4155     sum(3, 2); // ok
4156     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4158     template<class ...Args>
4159     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4160     {
4161         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4162     }
4164     sum(3, 2); // ok: 5
4165     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4167 ##### Alternatives
4169 * overloading
4170 * variadic templates
4171 * `variant` arguments
4172 * `initializer_list` (homogeneous)
4174 ##### Note
4176 Declaring a `...` parameter is sometimes useful for techniques that don't involve actual argument passing, notably to declare "take-anything" functions so as to disable "everything else" in an overload set or express a catchall case in a template metaprogram.
4178 ##### Enforcement
4180 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4181 * Issue a diagnostic for passing an argument to a vararg parameter of a function that does not offer an overload for a more specific type in the position of the vararg. To fix: Use a different function, or `[[suppress(types)]]`.
4184 ### <a name="F-nesting"></a>F.56: Avoid unnecessary condition nesting
4186 ##### Reason
4188 Shallow nesting of conditions makes the code easier to follow. It also makes the intent clearer.
4189 Strive to place the essential code at outermost scope, unless this obscures intent.
4191 ##### Example
4193 Use a guard-clause to take care of exceptional cases and return early.
4195     // Bad: Deep nesting
4196     void foo() {
4197         ...
4198         if (x) {
4199             computeImportantThings(x);
4200         }
4201     }
4203     // Bad: Still a redundant else.
4204     void foo() {
4205         ...
4206         if (!x) {
4207             return;
4208         }
4209         else {
4210             computeImportantThings(x);
4211         }
4212     }
4214     // Good: Early return, no redundant else
4215     void foo() {
4216         ...
4217         if (!x)
4218             return;
4220         computeImportantThings(x);
4221     }
4223 ##### Example
4225     // Bad: Unnecessary nesting of conditions
4226     void foo() {
4227         ...
4228         if (x) {
4229             if (y) {
4230                 computeImportantThings(x);
4231             }
4232         }
4233     }
4235     // Good: Merge conditions + return early
4236     void foo() {
4237         ...
4238         if (!(x && y))
4239             return;
4241         computeImportantThings(x);
4242     }
4244 ##### Enforcement
4246 Flag a redundant `else`.
4247 Flag a functions whose body is simply a conditional statement enclosing a block.
4250 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4252 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4253 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4255 Class rule summary:
4257 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4258 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4259 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4260 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4261 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4262 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4263 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4264 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4266 Subsections:
4268 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4269 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4270 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4271 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4272 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4273 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4274 * [C.union: Unions](#SS-union)
4276 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4278 ##### Reason
4280 Ease of comprehension.
4281 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4283 ##### Example
4285     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4286     void draw(Point from, Point to);          // better
4288 ##### Note
4290 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4292 ##### Note
4294 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4296 ##### Enforcement
4298 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4300 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4302 ##### Reason
4304 Readability.
4305 Ease of comprehension.
4306 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4307 This is a useful convention.
4309 ##### Note
4311 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4312 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4313 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4315 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4317 ##### Example
4319     struct Pair {  // the members can vary independently
4320         string name;
4321         int volume;
4322     };
4324 but:
4326     class Date {
4327     public:
4328         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4329         Date(int yy, Month mm, char dd);
4330         // ...
4331     private:
4332         int y;
4333         Month m;
4334         char d;    // day
4335     };
4337 ##### Note
4339 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4340 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4341 This effectively means the definer need to define an invariant.
4343 **See also**:
4345 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4346 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4347 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4348 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4350 ##### Enforcement
4352 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4354 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4356 ##### Reason
4358 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4360 ##### Example
4362     class Date {
4363     public:
4364         Date();
4365         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4366         Date(int yy, Month mm, char dd);
4368         int day() const;
4369         Month month() const;
4370         // ...
4371     private:
4372         // ... some representation ...
4373     };
4375 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4377 ##### Note
4379 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4380 For example, we can use a set of declarations of freestanding functions in a namespace, an abstract base class, or a function template with concepts to represent an interface.
4381 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4382 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4384 ##### Enforcement
4388 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4390 ##### Reason
4392 Less coupling than with member functions, fewer functions that can cause trouble by modifying object state, reduces the number of functions that needs to be modified after a change in representation.
4394 ##### Example
4396     class Date {
4397         // ... relatively small interface ...
4398     };
4400     // helper functions:
4401     Date next_weekday(Date);
4402     bool operator==(Date, Date);
4404 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4406 ##### Note
4408 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4410 ##### Exception
4412 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4413 In particular, members of an abstract class rarely do.
4415 Note [multi-methods](https://web.archive.org/web/20200605021759/https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4417 ##### Exception
4419 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4421 ##### Exception
4423 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4425     class Foobar {
4426     public:
4427         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4428         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4429         // ...
4430     private:
4431         // ...
4432     };
4434 ##### Exception
4436 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4438     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4440 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4442 ##### Enforcement
4444 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4445 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4446 * Ignore `virtual` functions.
4447 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4448 * Ignore functions returning `this`.
4450 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4452 ##### Reason
4454 A helper function is a function (usually supplied by the writer of a class) that does not need direct access to the representation of the class, yet is seen as part of the useful interface to the class.
4455 Placing them in the same namespace as the class makes their relationship to the class obvious and allows them to be found by argument dependent lookup.
4457 ##### Example
4459     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4461         class Time { /* ... */ };
4462         class Date { /* ... */ };
4464         // helper functions:
4465         bool operator==(Date, Date);
4466         Date next_weekday(Date);
4467         // ...
4468     }
4470 ##### Note
4472 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4474 ##### Enforcement
4476 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4478 ### <a name="Rc-standalone"></a>C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement
4480 ##### Reason
4482 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4484 ##### Example, bad
4486     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4488 ##### Example, good
4490     struct Data { /*...*/ };
4491     Data data{ /*...*/ };
4493 ##### Enforcement
4495 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4497 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4499 ##### Reason
4501 Readability.
4502 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4503 This is a useful convention.
4505 ##### Example, bad
4507     struct Date {
4508         int d, m;
4510         Date(int i, Month m);
4511         // ... lots of functions ...
4512     private:
4513         int y;  // year
4514     };
4516 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4517 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4518 The private data is hidden far from the public data.
4519 The data is split in different parts of the class declaration.
4520 Different parts of the data have different access.
4521 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4523 ##### Note
4525 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4527 ##### Enforcement
4529 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4531 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4533 ##### Reason
4535 Encapsulation.
4536 Information hiding.
4537 Minimize the chance of unintended access.
4538 This simplifies maintenance.
4540 ##### Example
4542     template<typename T, typename U>
4543     struct pair {
4544         T a;
4545         U b;
4546         // ...
4547     };
4549 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4550 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4551 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4552 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4553 For example:
4555     class Distance {
4556     public:
4557         // ...
4558         double meters() const { return magnitude*unit; }
4559         void set_unit(double u)
4560         {
4561                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4562                 // ... change magnitude appropriately ...
4563                 unit = u;
4564         }
4565         // ...
4566     private:
4567         double magnitude;
4568         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4569     };
4571 ##### Note
4573 If the set of direct users of a set of variables cannot be easily determined, the type or usage of that set cannot be (easily) changed/improved.
4574 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4576 ##### Example
4578 A class can provide two interfaces to its users.
4579 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4580 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4582     class Foo {
4583     public:
4584         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4585         // ...
4586     protected:
4587         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4588         // ...
4589     private:
4590         // ... data ...
4591     };
4593     class Dir : public Foo {
4594         //...
4595         int mem(int x, int y)
4596         {
4597             /* ... do something ... */
4598             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4599         }
4600     };
4602     void user(Foo& x)
4603     {
4604         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4605         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4606         // ...
4607     }
4609 ##### Note
4611 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4613 ##### Note
4615 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members; see [NL.16](#Rl-order).
4617 ##### Enforcement
4619 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4620 * Flag mixtures of `public` and `private` data
4622 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4624 Concrete type rule summary:
4626 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4627 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4628 * [C.12: Don't make data members `const` or references](#Rc-constref)
4631 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4633 ##### Reason
4635 A concrete type is fundamentally simpler than a type in a class hierarchy:
4636 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4637 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4639 ##### Example
4641     class Point1 {
4642         int x, y;
4643         // ... operations ...
4644         // ... no virtual functions ...
4645     };
4647     class Point2 {
4648         int x, y;
4649         // ... operations, some virtual ...
4650         virtual ~Point2();
4651     };
4653     void use()
4654     {
4655         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4656         Point1 p12 {p11};    // a copy
4658         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4659         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4660         // ...
4661     }
4663 If a class is part of a hierarchy, we (in real code if not necessarily in small examples) must manipulate its objects through pointers or references.
4664 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4666 ##### Note
4668 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4670 ##### Note
4672 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4673 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4674 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4675 This is done where dynamic allocation is prohibited (e.g. hard-real-time) and to provide a stable interface to some kinds of plug-ins.
4678 ##### Enforcement
4683 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4685 ##### Reason
4687 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4689 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes such as `string`, `vector`, and `map`. Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4691 ##### Example
4693     struct Bundle {
4694         string name;
4695         vector<Record> vr;
4696     };
4698     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4699     {
4700         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4701     }
4703     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4704     Bundle b2 = b1;
4705     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4706     b2.name = "the other bundle";
4707     if (b1 == b2) error("No!");
4709 In particular, if a concrete type is copyable, prefer to also give it an equality comparison operator, and ensure that `a = b` implies `a == b`.
4711 ##### Note
4713 For structs intended to be shared with C code, defining `operator==` may not be feasible.
4715 ##### Note
4717 Handles for resources that cannot be cloned, e.g., a `scoped_lock` for a `mutex`, are concrete types but typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4718 so they can't be regular; instead, they tend to be move-only.
4720 ##### Enforcement
4725 ### <a name="Rc-constref"></a>C.12: Don't make data members `const` or references
4727 ##### Reason
4729 They are not useful, and make types difficult to use by making them either uncopyable or partially uncopyable for subtle reasons.
4731 ##### Example; bad
4733     class bad {
4734         const int i;    // bad
4735         string& s;      // bad
4736         // ...
4737     };
4739 The `const` and `&` data members make this class "only-sort-of-copyable" -- copy-constructible but not copy-assignable.
4741 ##### Note
4743 If you need a member to point to something, use a pointer (raw or smart, and `gsl::not_null` if it should not be null) instead of a reference.
4745 ##### Enforcement
4747 Flag a data member that is `const`, `&`, or `&&`.
4751 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4753 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4754 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4756 These are *default operations*:
4758 * a default constructor: `X()`
4759 * a copy constructor: `X(const X&)`
4760 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4761 * a move constructor: `X(X&&)`
4762 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4763 * a destructor: `~X()`
4765 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4767 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4768 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4770 Set of default operations rules:
4772 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4773 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4774 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4776 Destructor rules:
4778 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4779 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4780 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4781 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4782 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4783 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4784 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4786 Constructor rules:
4788 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4789 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4790 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4791 * [C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor](#Rc-default0)
4792 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4793 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4794 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4795 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4796 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4797 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4798 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4799 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4800 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4802 Copy and move rules:
4804 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4805 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4806 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4807 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4808 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4809 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4810 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4811 * [C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move](#Rc-copy-virtual)
4813 Other default operations rules:
4815 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4816 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4817 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4818 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4819 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4820 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4821 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4822 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4823 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4824 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4826 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4828 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4829 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4831 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4833 ##### Reason
4835 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4837 ##### Example
4839     struct Named_map {
4840     public:
4841         // ... no default operations declared ...
4842     private:
4843         string name;
4844         map<int, int> rep;
4845     };
4847     Named_map nm;        // default construct
4848     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4850 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4852 ##### Note
4854 This is known as "the rule of zero".
4856 ##### Enforcement
4858 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4859 For example, a class with a (pointer, size) pair of members and a destructor that `delete`s the pointer could probably be converted to a `vector`.
4861 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4863 ##### Reason
4865 The semantics of copy, move, and destruction are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4867 Declaring any copy/move/destructor function,
4868 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4869 of a move constructor and move assignment operator.
4870 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4871 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4872 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4873 So as soon as any of these are declared, the others should
4874 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4875 into more expensive copies, or making a class move-only.
4877 ##### Example, bad
4879     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4880     public:
4881         // ...
4882         // ... no copy or move operations ...
4883         ~M2() { delete[] rep; }
4884     private:
4885         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4886     };
4888     void use()
4889     {
4890         M2 x;
4891         M2 y;
4892         // ...
4893         x = y;   // the default assignment
4894         // ...
4895     }
4897 Given that "special attention" was needed for the destructor (here, to deallocate), the likelihood that the implicitly-defined copy and move assignment operators will be correct is low (here, we would get double deletion).
4899 ##### Note
4901 This is known as "the rule of five."
4903 ##### Note
4905 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4906 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4908 ##### Example, good
4910 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4911 defined as defaulted.
4913     class AbstractBase {
4914     public:
4915         virtual ~AbstractBase() = default;
4916         // ...
4917     };
4919 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4920 make the copy and move operations protected or `=delete`d, and add a `clone`:
4922     class ClonableBase {
4923     public:
4924         virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4925         virtual ~ClonableBase() = default;
4926         CloneableBase() = default;
4927         ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4928         ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4929         ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4930         ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4931         // ... other constructors and functions ...
4932     };
4934 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4935 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4936 makes it more obvious to the reader.
4938 ##### Note
4940 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4942 ##### Note
4944 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4946 ##### Note
4948 Writing these functions can be error-prone.
4949 Note their argument types:
4951     class X {
4952     public:
4953         // ...
4954         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4955         X(const X&) = default;             // copy constructor
4956         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4957         X(X&&) = default;                  // move constructor
4958         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4959     };
4961 A minor mistake (such as a misspelling, leaving out a `const`, using `&` instead of `&&`, or leaving out a special function) can lead to errors or warnings.
4962 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4964 ##### Enforcement
4966 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
4968 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4970 ##### Reason
4972 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4973 Users will be surprised if copy/move construction and copy/move assignment do logically different things. Users will be surprised if constructors and destructors do not provide a consistent view of resource management. Users will be surprised if copy and move don't reflect the way constructors and destructors work.
4975 ##### Example, bad
4977     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4978         class Impl {
4979             // ...
4980         };
4981         shared_ptr<Impl> p;
4982     public:
4983         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
4984         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4985         // ...
4986     };
4988 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4990 ##### Enforcement
4992 * (Complex) A copy/move constructor and the corresponding copy/move assignment operator should write to the same member variables at the same level of dereference.
4993 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4994 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4995 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4997 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4999 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
5000 For most classes the answer is "no" either because the class holds no resources or because destruction is handled by [the rule of zero](#Rc-zero);
5001 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
5002 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
5004 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
5006 ##### Reason
5008 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
5009 If the default destructor is sufficient, use it.
5010 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
5012 ##### Example
5014     template<typename A>
5015     struct final_action {   // slightly simplified
5016         A act;
5017         final_action(A a) : act{a} {}
5018         ~final_action() { act(); }
5019     };
5021     template<typename A>
5022     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
5023     {
5024         return final_action<A>{act};
5025     }
5027     void test()
5028     {
5029         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
5030         // ...
5031         if (something) return;   // act done here
5032         // ...
5033     } // act done here
5035 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
5037 ##### Note
5039 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
5041 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
5042 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
5044 ##### Example, bad
5046     class Foo {   // bad; use the default destructor
5047     public:
5048         // ...
5049         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
5050     private:
5051         string s;
5052         int i;
5053         vector<int> vi;
5054     };
5056 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
5058 ##### Note
5060 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
5062 ##### Enforcement
5064 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
5066 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
5068 ##### Reason
5070 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
5072 ##### Note
5074 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
5076 ##### Example
5078     class X {
5079         ifstream f;   // might own a file
5080         // ... no default operations defined or =deleted ...
5081     };
5083 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
5085 ##### Example, bad
5087     class X2 {     // bad
5088         FILE* f;   // might own a file
5089         // ... no default operations defined or =deleted ...
5090     };
5092 `X2` might leak a file handle.
5094 ##### Note
5096 What about a socket that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
5097 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
5098 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5099 See [discussion](#Sd-never-fail).
5100 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5101 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
5102 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5104 ##### Note
5106 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
5107 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
5108 For example:
5110     Preprocessor pp { /* ... */ };
5111     Parser p { pp, /* ... */ };
5112     Type_checker tc { p, /* ... */ };
5114 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
5116 ##### Enforcement
5118 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
5119   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
5120 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
5121   (e.g., look into the constructors).
5123 ### <a name="Rc-dtor-ptr"></a>C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning
5125 ##### Reason
5127 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
5129 ##### Example
5131     class legacy_class
5132     {
5133         foo* m_owning;   // Bad: change to unique_ptr<T> or owner<T*>
5134         bar* m_observer; // OK: keep
5135     }
5137 The only way to determine ownership may be code analysis.
5139 ##### Note
5141 Ownership should be clear in new code (and refactored legacy code) according to [R.20](#Rr-owner) for owning
5142 pointers and [R.3](#Rr-ptr) for non-owning pointers.  References should never own [R.4](#Rr-ref).
5144 ##### Enforcement
5146 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
5148 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
5150 ##### Reason
5152 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
5154 ##### Example
5156 A pointer member could represent a resource.
5157 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
5158 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
5160     template<typename T>
5161     class Smart_ptr {
5162         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5163         // ...
5164     public:
5165         // ... no user-defined default operations ...
5166     };
5168     void use(Smart_ptr<int> p1)
5169     {
5170         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
5171         auto p2 = p1;
5172     }
5174 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
5176     template<typename T>
5177     class Smart_ptr2 {
5178         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5179         // ...
5180     public:
5181         // ... no user-defined copy operations ...
5182         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
5183     };
5185     void use(Smart_ptr2<int> p1)
5186     {
5187         auto p2 = p1;   // error: double deletion
5188     }
5190 The default copy operation will just copy the `p1.p` into `p2.p` leading to a double destruction of `p1.p`. Be explicit about ownership:
5192     template<typename T>
5193     class Smart_ptr3 {
5194         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
5195         // ...
5196     public:
5197         // ...
5198         // ... copy and move operations ...
5199         ~Smart_ptr3() { delete p; }
5200     };
5202     void use(Smart_ptr3<int> p1)
5203     {
5204         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
5205     }
5207 ##### Note
5209 Often the simplest way to get a destructor is to replace the pointer with a smart pointer (e.g., `std::unique_ptr`) and let the compiler arrange for proper destruction to be done implicitly.
5211 ##### Note
5213 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
5214 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
5216 ##### Enforcement
5218 * A class with a pointer data member is suspect.
5219 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
5222 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
5224 ##### Reason
5226 To prevent undefined behavior.
5227 If the destructor is public, then calling code can attempt to destroy a derived class object through a base class pointer, and the result is undefined if the base class's destructor is non-virtual.
5228 If the destructor is protected, then calling code cannot destroy through a base class pointer and the destructor does not need to be virtual; it does need to be protected, not private, so that derived destructors can invoke it.
5229 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
5231 ##### Discussion
5233 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
5235 ##### Example, bad
5237     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
5238         virtual void f();
5239     };
5241     struct D : Base {
5242         string s {"a resource needing cleanup"};
5243         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
5244         // ...
5245     };
5247     void use()
5248     {
5249         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5250         // ...
5251     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5253 ##### Note
5255 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5256 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5258 ##### Note
5260 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5262     class X {
5263         ~X();   // private destructor
5264         // ...
5265     };
5267     void use()
5268     {
5269         X a;                        // error: cannot destroy
5270         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5271     }
5273 ##### Exception
5275 We can imagine one case where you could want a protected virtual destructor: When an object of a derived type (and only of such a type) should be allowed to destroy *another* object (not itself) through a pointer to base. We haven't seen such a case in practice, though.
5278 ##### Enforcement
5280 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5281 * If a class inherits publicly from a base class, the base class should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5283 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5285 ##### Reason
5287 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5288 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5290 ##### Example
5292     class X {
5293     public:
5294         ~X() noexcept;
5295         // ...
5296     };
5298     X::~X() noexcept
5299     {
5300         // ...
5301         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5302         // ...
5303     }
5305 ##### Note
5307 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5308 None have succeeded to come up with a general scheme.
5309 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5310 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5311 See [discussion](#Sd-never-fail).
5312 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5313 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5315 ##### Note
5317 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5319 ##### Note
5321 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5322 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5323 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5324 Consider the "my connection will not close" example.
5325 Probably there is a problem at the other end of the connection and only a piece of code responsible for both ends of the connection can properly handle the problem.
5326 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5328 ##### Note
5330 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5331 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5333 ##### Enforcement
5335 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5337 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5339 ##### Reason
5341  [A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail). If a destructor tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5343 ##### Note
5345 A destructor (either user-defined or compiler-generated) is implicitly declared `noexcept` (independently of what code is in its body) if all of the members of its class have `noexcept` destructors. By explicitly marking destructors `noexcept`, an author guards against the destructor becoming implicitly `noexcept(false)` through the addition or modification of a class member.
5347 ##### Example
5349 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5351     struct X {
5352         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5353         // ...
5354         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5355     };
5357 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5359 ##### Note
5361 Why not then declare all destructors noexcept?
5362 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5364 ##### Enforcement
5366 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5368 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5370 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5372 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5374 ##### Reason
5376 That's what constructors are for.
5378 ##### Example
5380     class Date {  // a Date represents a valid date
5381                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5382         Date(int dd, int mm, int yy)
5383             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5384         {
5385             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5386         }
5387         // ...
5388     private:
5389         int d, m, y;
5390     };
5392 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5394 ##### Note
5396 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5398     struct Rec {
5399         string s;
5400         int i {0};
5401         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5402         Rec(int ii) :i{ii} {}
5403     };
5405     Rec r1 {7};
5406     Rec r2 {"Foo bar"};
5408 ##### Note
5410 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5412     struct Rec2{
5413         string s;
5414         int i;
5415         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5416     };
5418     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5419     Rec2 r2 {"Bar"};
5421 The `Rec2` constructor is redundant.
5422 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5424 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5426 ##### Enforcement
5428 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5430 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5432 ##### Reason
5434 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5436 ##### Example, bad
5438     class X1 {
5439         FILE* f;   // call init() before any other function
5440         // ...
5441     public:
5442         X1() {}
5443         void init();   // initialize f
5444         void read();   // read from f
5445         // ...
5446     };
5448     void f()
5449     {
5450         X1 file;
5451         file.read();   // crash or bad read!
5452         // ...
5453         file.init();   // too late
5454         // ...
5455     }
5457 Compilers do not read comments.
5459 ##### Exception
5461 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5463 ##### Enforcement
5465 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5466 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5468 ##### Note
5470 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5471 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5473 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5475 ##### Reason
5477 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5479 ##### Example
5481     class X2 {
5482         FILE* f;
5483         // ...
5484     public:
5485         X2(const string& name)
5486             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5487         {
5488             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5489             // ...
5490         }
5492         void read();      // read from f
5493         // ...
5494     };
5496     void f()
5497     {
5498         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5499         file.read();      // fine
5500         // ...
5501     }
5503 ##### Example, bad
5505     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5506         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5507         bool valid;
5508         // ...
5509     public:
5510         X3(const string& name)
5511             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5512         {
5513             if (f) valid = true;
5514             // ...
5515         }
5517         bool is_valid() { return valid; }
5518         void read();   // read from f
5519         // ...
5520     };
5522     void f()
5523     {
5524         X3 file {"Heraclides"};
5525         file.read();   // crash or bad read!
5526         // ...
5527         if (file.is_valid()) {
5528             file.read();
5529             // ...
5530         }
5531         else {
5532             // ... handle error ...
5533         }
5534         // ...
5535     }
5537 ##### Note
5539 For a variable definition (e.g., on the stack or as a member of another object) there is no explicit function call from which an error code could be returned.
5540 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5542 ##### Exception
5544 There are domains, such as some hard-real-time systems (think airplane controls) where (without additional tool support) exception handling is not sufficiently predictable from a timing perspective.
5545 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5547 ##### Alternative
5549 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5550 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5552 ##### Note
5554 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5555 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5556 Another reason has been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
5558 ##### Enforcement
5562 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor
5564 ##### Reason
5566 That is, ensure that if a concrete class is copyable it also satisfies the rest of "semiregular."
5568 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5569 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5571 ##### Example
5573     class Date { // BAD: no default constructor
5574     public:
5575         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5576         // ...
5577     };
5579     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5580     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5582 The default constructor is only auto-generated if there is no user-declared constructor, hence it's impossible to initialize the vector `vd1` in the example above.
5583 The absence of a default value can cause surprises for users and complicate its use, so if one can be reasonably defined, it should be.
5585 `Date` is chosen to encourage thought:
5586 There is no "natural" default date (the big bang is too far back in time to be useful for most people), so this example is non-trivial.
5587 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5588 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5590     class Date {
5591     public:
5592         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5593         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5594         // ...
5595     private:
5596         int dd {1};
5597         int mm {1};
5598         int yyyy {1970};
5599         // ...
5600     };
5602     vector<Date> vd1(1000);
5604 ##### Note
5606 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5608     struct X {
5609         string s;
5610         vector<int> v;
5611     };
5613     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5615 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5617     struct X {
5618         string s;
5619         int i;
5620     };
5622     void f()
5623     {
5624         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5626         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5627         ++x.i;
5628     }
5630 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5631 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5632 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5633 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5635     struct X {
5636         string s;
5637         int i {};   // default initialize (to 0)
5638     };
5640 ##### Notes
5642 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5644 For example, a base class should not be copyable, and so does not necessarily need a default constructor:
5646     // Shape is an abstract base class, not a copyable type.
5647     // It might or might not need a default constructor.
5648     struct Shape {
5649         virtual void draw() = 0;
5650         virtual void rotate(int) = 0;
5651         // =delete copy/move functions
5652         // ...
5653     };
5655 A class that must acquire a caller-provided resource during construction often cannot have a default constructor, but it does not fall under this guideline because such a class is usually not copyable anyway:
5657     // std::lock_guard is not a copyable type.
5658     // It does not have a default constructor.
5659     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5660     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5662 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5663 (and most likely more errors). Such a type can naturally use the special state as a default constructed value, whether or not it is copyable:
5665     // std::ofstream is not a copyable type.
5666     // It does happen to have a default constructor
5667     // that goes along with a special "not open" state.
5668     ofstream out {"Foobar"};
5669     // ...
5670     out << log(time, transaction);
5672 Similar special-state types that are copyable, such as copyable smart pointers that have the special state "==nullptr", should use the special state as their default constructed value.
5674 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5676 ##### Enforcement
5678 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5679 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5682 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5684 ##### Reason
5686 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5688 ##### Example, problematic
5690     template<typename T>
5691     // elem points to space-elem element allocated using new
5692     class Vector0 {
5693     public:
5694         Vector0() :Vector0{0} {}
5695         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5696         // ...
5697     private:
5698         own<T*> elem;
5699         T* space;
5700         T* last;
5701     };
5703 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5704 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5705 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5707 ##### Example
5709     template<typename T>
5710     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5711     class Vector1 {
5712     public:
5713         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5714         Vector1() noexcept {}
5715         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5716         // ...
5717     private:
5718         own<T*> elem {};
5719         T* space {};
5720         T* last {};
5721     };
5723 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5724 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5726 ##### Enforcement
5728 * Flag throwing default constructors
5730 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5732 ##### Reason
5734 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5736 ##### Example, bad
5738     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5739         string s;
5740         int i;
5741     public:
5742         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5743         // ...
5744     };
5746 ##### Example
5748     class X2 {
5749         string s {"default"};
5750         int i {1};
5751     public:
5752         // use compiler-generated default constructor
5753         // ...
5754     };
5756 ##### Enforcement
5758 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5760 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5762 ##### Reason
5764 To avoid unintended conversions.
5766 ##### Example, bad
5768     class String {
5769     public:
5770         String(int);   // BAD
5771         // ...
5772     };
5774     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5776 ##### Exception
5778 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5780     class Complex {
5781     public:
5782         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5783         // ...
5784     };
5786     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5788 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5790 ##### Note
5792 Copy and move constructors should not be made `explicit` because they do not perform conversions. Explicit copy/move constructors make passing and returning by value difficult.
5794 ##### Enforcement
5796 (Simple) Single-argument constructors should be declared `explicit`. Good single argument non-`explicit` constructors are rare in most code bases. Warn for all that are not on a "positive list".
5798 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5800 ##### Reason
5802 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5804 ##### Example, bad
5806     class Foo {
5807         int m1;
5808         int m2;
5809     public:
5810         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5811         // ...
5812     };
5814     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5816 ##### Enforcement
5818 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5820 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5822 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5824 ##### Reason
5826 Makes it explicit that the same value is expected to be used in all constructors. Avoids repetition. Avoids maintenance problems. It leads to the shortest and most efficient code.
5828 ##### Example, bad
5830     class X {   // BAD
5831         int i;
5832         string s;
5833         int j;
5834     public:
5835         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5836         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5837         // ...
5838     };
5840 How would a maintainer know whether `j` was deliberately uninitialized (probably a bad idea anyway) and whether it was intentional to give `s` the default value `""` in one case and `qqq` in another (almost certainly a bug)? The problem with `j` (forgetting to initialize a member) often happens when a new member is added to an existing class.
5842 ##### Example
5844     class X2 {
5845         int i {666};
5846         string s {"qqq"};
5847         int j {0};
5848     public:
5849         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5850         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5851         // ...
5852     };
5854 **Alternative**: We can get part of the benefits from default arguments to constructors, and that is not uncommon in older code. However, that is less explicit, causes more arguments to be passed, and is repetitive when there is more than one constructor:
5856     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5857         int i;
5858         string s;
5859         int j;
5860     public:
5861         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5862             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5863         // ...
5864     };
5866 ##### Enforcement
5868 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5869 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer might be more appropriate.
5871 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5873 ##### Reason
5875 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5877 ##### Example, good
5879     class A {   // Good
5880         string s1;
5881     public:
5882         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5883         // ...
5884     };
5886 ##### Example, bad
5888     class B {   // BAD
5889         string s1;
5890     public:
5891         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5892         // ...
5893     };
5895     class C {   // UGLY, aka very bad
5896         int* p;
5897     public:
5898         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5899         // ...
5900     };
5902 ##### Example, better still
5904 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5905 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5907     class D {   // Good
5908         string s1;
5909     public:
5910         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5911         // ...
5912     };
5914 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5916 ##### Reason
5918 If the state of a base class object must depend on the state of a derived part of the object, we need to use a virtual function (or equivalent) while minimizing the window of opportunity to misuse an imperfectly constructed object.
5920 ##### Note
5922 The return type of the factory should normally be `unique_ptr` by default; if some uses are shared, the caller can `move` the `unique_ptr` into a `shared_ptr`. However, if the factory author knows that all uses of the returned object will be shared uses, return `shared_ptr` and use `make_shared` in the body to save an allocation.
5924 ##### Example, bad
5926     class B {
5927     public:
5928         B()
5929         {
5930             /* ... */
5931             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5932             /* ... */
5933         }
5935         virtual void f() = 0;
5936     };
5938 ##### Example
5940     class B {
5941     protected:
5942         class Token {};
5944     public:
5945         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5946         virtual void f() = 0;
5948         template<class T>
5949         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5950         {
5951             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5952             p->post_initialize();
5953             return p;
5954         }
5956     protected:
5957         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5958             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5959     };
5961     class D : public B {                 // some derived class
5962     protected:
5963         class Token {};
5965     public:
5966         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
5967         void f() override { /* ...  */ };
5969     protected:
5970         template<class T>
5971         friend shared_ptr<T> B::create();
5972     };
5974     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
5976 `make_shared` requires that the constructor is public. By requiring a protected `Token` the constructor cannot be publicly called anymore, so we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5977 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5979 ##### Note
5981 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5983 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5985 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5987 ##### Reason
5989 To avoid repetition and accidental differences.
5991 ##### Example, bad
5993     class Date {   // BAD: repetitive
5994         int d;
5995         Month m;
5996         int y;
5997     public:
5998         Date(int dd, Month mm, year yy)
5999             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6000             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6002         Date(int dd, Month mm)
6003             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
6004             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6005         // ...
6006     };
6008 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
6010 ##### Example
6012     class Date2 {
6013         int d;
6014         Month m;
6015         int y;
6016     public:
6017         Date2(int dd, Month mm, year yy)
6018             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6019             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6021         Date2(int dd, Month mm)
6022             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
6023         // ...
6024     };
6026 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
6028 ##### Enforcement
6030 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
6032 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
6034 ##### Reason
6036 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
6038 ##### Example
6040 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
6042     class Rec {
6043         // ... data and lots of nice constructors ...
6044     };
6046     class Oper : public Rec {
6047         using Rec::Rec;
6048         // ... no data members ...
6049         // ... lots of nice utility functions ...
6050     };
6052 ##### Example, bad
6054     struct Rec2 : public Rec {
6055         int x;
6056         using Rec::Rec;
6057     };
6059     Rec2 r {"foo", 7};
6060     int val = r.x;   // uninitialized
6062 ##### Enforcement
6064 Make sure that every member of the derived class is initialized.
6066 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
6068 Concrete types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
6069 Resource handles might or might not be copyable.
6070 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
6072 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
6074 ##### Reason
6076 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
6078 ##### Example
6080     class Foo {
6081     public:
6082         Foo& operator=(const Foo& x)
6083         {
6084             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
6085             auto tmp = x;
6086             swap(tmp); // see C.83
6087             return *this;
6088         }
6089         // ...
6090     };
6092     Foo a;
6093     Foo b;
6094     Foo f();
6096     a = b;    // assign lvalue: copy
6097     a = f();  // assign rvalue: potentially move
6099 ##### Note
6101 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
6103 ##### Example
6105 But what if you can get significantly better performance by not making a temporary copy? Consider a simple `Vector` intended for a domain where assignment of large, equal-sized `Vector`s is common. In this case, the copy of elements implied by the `swap` implementation technique could cause an order of magnitude increase in cost:
6107     template<typename T>
6108     class Vector {
6109     public:
6110         Vector& operator=(const Vector&);
6111         // ...
6112     private:
6113         T* elem;
6114         int sz;
6115     };
6117     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
6118     {
6119         if (a.sz > sz) {
6120             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
6121             return *this;
6122         }
6123         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
6124         if (a.sz < sz) {
6125             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
6126         }
6127         return *this;
6128     }
6130 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#Abrahams01) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self-assignment](#Rc-copy-self).
6132 **Alternatives**: If you think you need a `virtual` assignment operator, and understand why that's deeply problematic, don't call it `operator=`. Make it a named function like `virtual void assign(const Foo&)`.
6133 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
6135 ##### Enforcement
6137 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6138 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6139 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
6140   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
6142 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
6144 ##### Reason
6146 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
6147 After a copy `x` and `y` can be independent objects (value semantics, the way non-pointer built-in types and the standard-library types work) or refer to a shared object (pointer semantics, the way pointers work).
6149 ##### Example
6151     class X {   // OK: value semantics
6152     public:
6153         X();
6154         X(const X&);     // copy X
6155         void modify();   // change the value of X
6156         // ...
6157         ~X() { delete[] p; }
6158     private:
6159         T* p;
6160         int sz;
6161     };
6163     bool operator==(const X& a, const X& b)
6164     {
6165         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
6166     }
6168     X::X(const X& a)
6169         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
6170     {
6171         copy(a.p, a.p + sz, p);
6172     }
6174     X x;
6175     X y = x;
6176     if (x != y) throw Bad{};
6177     x.modify();
6178     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
6180 ##### Example
6182     class X2 {  // OK: pointer semantics
6183     public:
6184         X2();
6185         X2(const X2&) = default; // shallow copy
6186         ~X2() = default;
6187         void modify();          // change the pointed-to value
6188         // ...
6189     private:
6190         T* p;
6191         int sz;
6192     };
6194     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
6195     {
6196         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
6197     }
6199     X2 x;
6200     X2 y = x;
6201     if (x != y) throw Bad{};
6202     x.modify();
6203     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
6205 ##### Note
6207 Prefer value semantics unless you are building a "smart pointer". Value semantics is the simplest to reason about and what the standard-library facilities expect.
6209 ##### Enforcement
6211 (Not enforceable)
6213 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
6215 ##### Reason
6217 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
6219 ##### Example
6221 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
6223     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
6224     v = v;
6225     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
6227 ##### Note
6229 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
6231     struct Bar {
6232         vector<pair<int, int>> v;
6233         map<string, int> m;
6234         string s;
6235     };
6237     Bar b;
6238     // ...
6239     b = b;   // correct and efficient
6241 ##### Note
6243 You can handle self-assignment by explicitly testing for self-assignment, but often it is faster and more elegant to cope without such a test (e.g., [using `swap`](#Rc-swap)).
6245     class Foo {
6246         string s;
6247         int i;
6248     public:
6249         Foo& operator=(const Foo& a);
6250         // ...
6251     };
6253     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6254     {
6255         if (this == &a) return *this;
6256         s = a.s;
6257         i = a.i;
6258         return *this;
6259     }
6261 This is obviously safe and apparently efficient.
6262 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6263 That's about a million redundant tests (but since the answer is essentially always the same, the computer's branch predictor will guess right essentially every time).
6264 Consider:
6266     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6267     {
6268         s = a.s;
6269         i = a.i;
6270         return *this;
6271     }
6273 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6275 ##### Enforcement
6277 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6279 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`
6281 ##### Reason
6283 It is simple and efficient.
6285 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6287 ##### Enforcement
6289 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6291 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6292 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6293 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6295 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6297 ##### Reason
6299 That is the generally assumed semantics.
6300 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6302 ##### Example
6304     class X {   // OK: value semantics
6305     public:
6306         X();
6307         X(X&& a) noexcept;  // move X
6308         X& operator=(X&& a) noexcept; // move-assign X
6309         void modify();     // change the value of X
6310         // ...
6311         ~X() { delete[] p; }
6312     private:
6313         T* p;
6314         int sz;
6315     };
6317     X::X(X&& a) noexcept
6318         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6319     {
6320         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6321         a.sz = 0;
6322     }
6324     void use()
6325     {
6326         X x{};
6327         // ...
6328         X y = std::move(x);
6329         x = X{};   // OK
6330     } // OK: x can be destroyed
6332 ##### Note
6334 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6335 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6336 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6337 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6338 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6339 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6341 ##### Note
6343 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6345 ##### Enforcement
6347 (Not enforceable) Look for assignments to members in the move operation. If there is a default constructor, compare those assignments to the initializations in the default constructor.
6349 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6351 ##### Reason
6353 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors can occur. However, people don't usually directly write a self-assignment that turn into a move, but it can occur. However, `std::swap` is implemented using move operations so if you accidentally do `swap(a, b)` where `a` and `b` refer to the same object, failing to handle self-move could be a serious and subtle error.
6355 ##### Example
6357     class Foo {
6358         string s;
6359         int i;
6360     public:
6361         Foo& operator=(Foo&& a);
6362         // ...
6363     };
6365     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6366     {
6367         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6368         s = std::move(a.s);
6369         i = a.i;
6370         return *this;
6371     }
6373 The one-in-a-million argument against `if (this == &a) return *this;` tests from the discussion of [self-assignment](#Rc-copy-self) is even more relevant for self-move.
6375 ##### Note
6377 There is no known general way of avoiding an `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x = x` the value of `x` is unchanged).
6379 ##### Note
6381 The ISO standard guarantees only a "valid but unspecified" state for the standard-library containers. Apparently this has not been a problem in about 10 years of experimental and production use. Please contact the editors if you find a counter example. The rule here is more caution and insists on complete safety.
6383 ##### Example
6385 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6387     // move from other.ptr to this->ptr
6388     T* temp = other.ptr;
6389     other.ptr = nullptr;
6390     delete ptr;
6391     ptr = temp;
6393 ##### Enforcement
6395 * (Moderate) In the case of self-assignment, a move assignment operator should not leave the object holding pointer members that have been `delete`d or set to `nullptr`.
6396 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6398 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6400 ##### Reason
6402 A throwing move violates most people's reasonable assumptions.
6403 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6405 ##### Example
6407     template<typename T>
6408     class Vector {
6409     public:
6410         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6411         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6412         // ...
6413     private:
6414         T* elem;
6415         int sz;
6416     };
6418 These operations do not throw.
6420 ##### Example, bad
6422     template<typename T>
6423     class Vector2 {
6424     public:
6425         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6426         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6427         // ...
6428     private:
6429         T* elem;
6430         int sz;
6431     };
6433 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6435 ##### Enforcement
6437 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6439 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move
6441 ##### Reason
6443 A *polymorphic class* is a class that defines or inherits at least one virtual function. It is likely that it will be used as a base class for other derived classes with polymorphic behavior. If it is accidentally passed by value, with the implicitly generated copy constructor and assignment, we risk slicing: only the base portion of a derived object will be copied, and the polymorphic behavior will be corrupted.
6445 If the class has no data, `=delete` the copy/move functions. Otherwise, make them protected.
6447 ##### Example, bad
6449     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6450     public:
6451         virtual char m() { return 'B'; }
6452         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6453     };
6455     class D : public B {
6456     public:
6457         char m() override { return 'D'; }
6458         // ...
6459     };
6461     void f(B& b)
6462     {
6463         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6464     }
6466     D d;
6467     f(d);
6469 ##### Example
6471     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6472     public:
6473         B() = default;
6474         B(const B&) = delete;
6475         B& operator=(const B&) = delete;
6476         virtual char m() { return 'B'; }
6477         // ...
6478     };
6480     class D : public B {
6481     public:
6482         char m() override { return 'D'; }
6483         // ...
6484     };
6486     void f(B& b)
6487     {
6488         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6489     }
6491     D d;
6492     f(d);
6494 ##### Note
6496 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6498 ##### Exception
6500 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6502 ##### Enforcement
6504 * Flag a polymorphic class with a public copy operation.
6505 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6507 ## C.other: Other default operation rules
6509 In addition to the operations for which the language offers default implementations,
6510 there are a few operations that are so foundational that specific rules for their definition are needed:
6511 comparisons, `swap`, and `hash`.
6513 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6515 ##### Reason
6517 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6519 ##### Example
6521     class Tracer {
6522         string message;
6523     public:
6524         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6525         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6527         Tracer(const Tracer&) = default;
6528         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6529         Tracer(Tracer&&) = default;
6530         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6531     };
6533 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6535 ##### Example, bad
6537     class Tracer2 {
6538         string message;
6539     public:
6540         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6541         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6543         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6544         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6545         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6546         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6547     };
6549 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6551 ##### Enforcement
6553 (Moderate) The body of a special operation should not have the same accessibility and semantics as the compiler-generated version, because that would be redundant
6555 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6557 ##### Reason
6559 In a few cases, a default operation is not desirable.
6561 ##### Example
6563     class Immortal {
6564     public:
6565         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6566         // ...
6567     };
6569     void use()
6570     {
6571         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6572         Immortal* p = new Immortal{};
6573         delete p;       // error: cannot destroy *p
6574     }
6576 ##### Example
6578 A `unique_ptr` can be moved, but not copied. To achieve that its copy operations are deleted. To avoid copying it is necessary to `=delete` its copy operations from lvalues:
6580     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6581     public:
6582         // ...
6583         constexpr unique_ptr() noexcept;
6584         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6585         // ...
6586         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6587         // ...
6588         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6589         // ...
6590     };
6592     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6594     void f()
6595     {
6596         unique_ptr<int> pi {};
6597         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6598         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6599     }
6601 Note that deleted functions should be public.
6603 ##### Enforcement
6605 The elimination of a default operation is (should be) based on the desired semantics of the class. Consider such classes suspect, but maintain a "positive list" of classes where a human has asserted that the semantics is correct.
6607 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6609 ##### Reason
6611 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6612 This can be most confusing.
6613 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6615 ##### Example, bad
6617     class Base {
6618     public:
6619         virtual void f() = 0;   // not implemented
6620         virtual void g();       // implemented with Base version
6621         virtual void h();       // implemented with Base version
6622         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6623     };
6625     class Derived : public Base {
6626     public:
6627         void g() override;   // provide Derived implementation
6628         void h() final;      // provide Derived implementation
6630         Derived()
6631         {
6632             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6633             f();
6635             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6636             g();
6638             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6639             Derived::g();
6641             // ok, no qualification needed, h is final
6642             h();
6643         }
6644     };
6646 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6648 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6650 ##### Note
6652 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6653 The semantics of such calls is type safe.
6654 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6656 ##### Enforcement
6658 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6660 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6662 ##### Reason
6664 A `swap` can be handy for implementing a number of idioms, from smoothly moving objects around to implementing assignment easily to providing a guaranteed commit function that enables strongly error-safe calling code. Consider using swap to implement copy assignment in terms of copy construction. See also [destructors, deallocation, and swap must never fail](#Re-never-fail).
6666 ##### Example, good
6668     class Foo {
6669     public:
6670         void swap(Foo& rhs) noexcept
6671         {
6672             m1.swap(rhs.m1);
6673             std::swap(m2, rhs.m2);
6674         }
6675     private:
6676         Bar m1;
6677         int m2;
6678     };
6680 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6682     void swap(Foo& a, Foo& b)
6683     {
6684         a.swap(b);
6685     }
6687 ##### Enforcement
6689 * Non-trivially copyable types should provide a member swap or a free swap overload.
6690 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6692 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6694 ##### Reason
6696  `swap` is widely used in ways that are assumed never to fail and programs cannot easily be written to work correctly in the presence of a failing `swap`. The standard-library containers and algorithms will not work correctly if a swap of an element type fails.
6698 ##### Example, bad
6700     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6701     {
6702         auto tmp = x;   // copy elements
6703         x = y;
6704         y = tmp;
6705     }
6707 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` could throw and would make STL algorithms fail if used with them.
6709 ##### Enforcement
6711 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6713 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6715 ##### Reason
6717  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6718 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6720 ##### Enforcement
6722 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6724 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6726 ##### Reason
6728 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6729 `==` is a fundamental operation and programmers should be able to use it without fear of failure.
6731 ##### Example
6733     struct X {
6734         string name;
6735         int number;
6736     };
6738     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6739         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6740     }
6742 ##### Example, bad
6744     class B {
6745         string name;
6746         int number;
6747         bool operator==(const B& a) const {
6748             return name == a.name && number == a.number;
6749         }
6750         // ...
6751     };
6753 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6755 ##### Note
6757 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6758 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6760 ##### Note
6762 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6764 ##### Enforcement
6766 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6767 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6769 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6771 ##### Reason
6773 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6775 ##### Example, bad
6777     class B {
6778         string name;
6779         int number;
6780     public:
6781         virtual bool operator==(const B& a) const
6782         {
6783              return name == a.name && number == a.number;
6784         }
6785         // ...
6786     };
6788 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6790     class D : public B {
6791         char character;
6792     public:
6793         virtual bool operator==(const D& a) const
6794         {
6795             return B::operator==(a) && character == a.character;
6796         }
6797         // ...
6798     };
6800     B b = ...
6801     D d = ...
6802     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6803     d == b;    // compares name and number, ignores d's character
6804     D d2;
6805     d == d2;   // compares name, number, and character
6806     B& b2 = d2;
6807     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6809 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6811 ##### Note
6813 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6815 ##### Enforcement
6817 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6819 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6821 ##### Reason
6823 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6824 It's a standard-library requirement.
6826 ##### Example, bad
6828     template<>
6829     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6830         using result_type = size_t;
6831         using argument_type = My_type;
6833         size_t operator()(const My_type & x) const
6834         {
6835             size_t xs = x.s.size();
6836             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6837             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6838         }
6839     };
6841     int main()
6842     {
6843         unordered_map<My_type, int> m;
6844         My_type mt{ "asdfg" };
6845         m[mt] = 7;
6846         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6847     }
6849 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6850 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6852 ##### Enforcement
6854 * Flag throwing `hash`es.
6856 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6858 ##### Reason
6860 The standard C++ mechanism to construct an instance of a type is to call its constructor. As specified in guideline [C.41](#Rc-complete): a constructor should create a fully initialized object. No additional initialization, such as by `memcpy`, should be required.
6861 A type will provide a copy constructor and/or copy assignment operator to appropriately make a copy of the class, preserving the type's invariants.  Using memcpy to copy a non-trivially copyable type has undefined behavior.  Frequently this results in slicing, or data corruption.
6863 ##### Example, good
6865     struct base {
6866         virtual void update() = 0;
6867         std::shared_ptr<int> sp;
6868     };
6870     struct derived : public base {
6871         void update() override {}
6872     };
6874 ##### Example, bad
6876     void init(derived& a)
6877     {
6878         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6879     }
6881 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6883 ##### Example, bad
6885     void copy(derived& a, derived& b)
6886     {
6887         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6888     }
6890 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6892 ##### Enforcement
6894 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`. 
6896 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6898 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6899 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6901 Summary of container rules:
6903 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6904 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6905 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6906 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6907 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6908 * ???
6909 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6911 **See also**: [Resources](#S-resource)
6914 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6916 ##### Reason
6918 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6920 ##### Note
6922 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6923 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6924 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6926 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6928 ##### Example
6930     // simplified (e.g., no allocators):
6932     template<typename T>
6933     class Sorted_vector {
6934         using value_type = T;
6935         // ... iterator types ...
6937         Sorted_vector() = default;
6938         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6939         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6940         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6941         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6942         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6943         ~Sorted_vector() = default;
6945         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6946         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6948         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6949         // no non-const direct access to preserve order
6951         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6952         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6954         // ... cbegin(), cend() ...
6955     private:
6956         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6957     };
6959     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6960     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6961     // ...
6963 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6964 That's not uncommon.
6965 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6966 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6967 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6968 From that base, the container can be expanded as needed.
6969 Here, special constructors from `std::vector` were added.
6971 ##### Enforcement
6975 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
6977 ##### Reason
6979 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
6980 Familiarity.
6982 ##### Note
6984 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
6985 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
6987 ##### Example
6989     void f(const Sorted_vector<string>& v)
6990     {
6991         Sorted_vector<string> v2 {v};
6992         if (v != v2)
6993             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
6994         // ...
6995     }
6997 ##### Enforcement
7001 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
7003 ##### Reason
7005 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
7006 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
7007 resource management problems.
7009 ##### Example
7011     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
7012     {
7013         vector<int> v;
7014         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
7015         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
7016         return sv;
7017     }
7019 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
7021 ##### Enforcement
7025 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
7027 ##### Reason
7029 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
7030 Familiarity.
7032 ##### Example
7034     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
7036 ##### Enforcement
7040 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
7042 ##### Reason
7044 To make it `Regular`.
7046 ##### Example
7048     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
7050 ##### Enforcement
7054 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
7056 ##### Reason
7058 That's what is expected from pointers.
7059 Familiarity.
7061 ##### Example
7063     ???
7065 ##### Enforcement
7069 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
7071 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
7072 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
7073 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
7075 Summary:
7077 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
7078 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
7079 * [F.50: Use a lambda when a function won't do (to capture local variables, or to write a local function)](#Rf-capture-vs-overload)
7080 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
7081 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used non-locally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
7082 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7084 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
7086 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
7087 Typically base classes act as interfaces.
7088 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
7090 Class hierarchy rule summary:
7092 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
7093 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
7094 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
7096 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
7098 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor](#Rh-abstract-ctor)
7099 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
7100 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
7101 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
7102 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment](#Rh-copy)
7103 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
7104 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
7105 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
7106 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
7107 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
7108 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
7109 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
7110 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
7111 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
7112 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
7114 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
7116 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
7117 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
7118 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
7119 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
7120 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
7121 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
7122 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
7123 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
7124 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
7126 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
7128 ##### Reason
7130 Direct representation of ideas in code eases comprehension and maintenance. Make sure the idea represented in the base class exactly matches all derived types and there is not a better way to express it than using the tight coupling of inheritance.
7132 Do *not* use inheritance when simply having a data member will do. Usually this means that the derived type needs to override a base virtual function or needs access to a protected member.
7134 ##### Example
7136     class DrawableUIElement {
7137     public:
7138         virtual void render() const = 0;
7139         // ...
7140     };
7142     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
7143     public:
7144         virtual void onClick() = 0;
7145         // ...
7146     };
7148     class PushButton : public AbstractButton {
7149         void render() const override;
7150         void onClick() override;
7151         // ...
7152     };
7154     class Checkbox : public AbstractButton {
7155     // ...
7156     };
7158 ##### Example, bad
7160 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
7162     template<typename T>
7163     class Container {
7164     public:
7165         // list operations:
7166         virtual T& get() = 0;
7167         virtual void put(T&) = 0;
7168         virtual void insert(Position) = 0;
7169         // ...
7170         // vector operations:
7171         virtual T& operator[](int) = 0;
7172         virtual void sort() = 0;
7173         // ...
7174         // tree operations:
7175         virtual void balance() = 0;
7176         // ...
7177     };
7179 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
7180 Thus the base class becomes an implementation burden.
7181 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
7182 it might throw an exception instead.
7183 Thus users have to resort to run-time checking and/or
7184 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
7186 ##### Enforcement
7188 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
7189 * Flag every use of a non-public base class `B` where the derived class `D` does not override a virtual function or access a protected member in `B`, and `B` is not one of the following: empty, a template parameter or parameter pack of `D`, a class template specialized with `D`.
7191 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
7193 ##### Reason
7195 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
7196 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
7198 ##### Example
7200     class My_interface {
7201     public:
7202         // ...only pure virtual functions here ...
7203         virtual ~My_interface() {}   // or =default
7204     };
7206 ##### Example, bad
7208     class Goof {
7209     public:
7210         // ...only pure virtual functions here ...
7211         // no virtual destructor
7212     };
7214     class Derived : public Goof {
7215         string s;
7216         // ...
7217     };
7219     void use()
7220     {
7221         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
7222         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7223         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7224     } // leak
7226 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
7227 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
7230 ##### Enforcement
7232 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function that wasn't inherited from a base class.
7234 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
7236 ##### Reason
7238 Such as on an ABI (link) boundary.
7240 ##### Example
7242     struct Device {
7243         virtual ~Device() = default;
7244         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
7245         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
7246     };
7248     class D1 : public Device {
7249         // ... data ...
7251         void write(span<const char> outbuf) override;
7252         void read(span<char> inbuf) override;
7253     };
7255     class D2 : public Device {
7256         // ... different data ...
7258         void write(span<const char> outbuf) override;
7259         void read(span<char> inbuf) override;
7260     };
7262 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7263 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
7265 ##### Enforcement
7267     ???
7269 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7271 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor
7273 ##### Reason
7275 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7277 ##### Example
7279     class Shape {
7280     public:
7281         // no user-written constructor needed in abstract base class
7282         virtual Point center() const = 0;    // pure virtual
7283         virtual void move(Point to) = 0;
7284         // ... more pure virtual functions...
7285         virtual ~Shape() {}                 // destructor
7286     };
7288     class Circle : public Shape {
7289     public:
7290         Circle(Point p, int rad);           // constructor in derived class
7291         Point center() const override { return x; }
7292     };
7294 ##### Exception
7296 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7297 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7298   (e.g., use statistics data, debug information, etc.); such classes tend to have constructors. But be warned: Such classes also tend to be prone to requiring virtual inheritance.
7300 ##### Enforcement
7302 Flag abstract classes with constructors.
7304 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7306 ##### Reason
7308 A class with a virtual function is usually (and in general) used via a pointer to base. Usually, the last user has to call delete on a pointer to base, often via a smart pointer to base, so the destructor should be public and virtual. Less commonly, if deletion through a pointer to base is not intended to be supported, the destructor should be protected and non-virtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
7310 ##### Example, bad
7312     struct B {
7313         virtual int f() = 0;
7314         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7315     };
7317     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7318     struct D : B {
7319         string s {"default"};
7320         // ...
7321     };
7323     void use()
7324     {
7325         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7326         // ...
7327     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7329 ##### Note
7331 There are people who don't follow this rule because they plan to use a class only through a `shared_ptr`: `std::shared_ptr<B> p = std::make_shared<D>(args);` Here, the shared pointer will take care of deletion, so no leak will occur from an inappropriate `delete` of the base. People who do this consistently can get a false positive, but the rule is important -- what if one was allocated using `make_unique`? It's not safe unless the author of `B` ensures that it can never be misused, such as by making all constructors private and providing a factory function to enforce the allocation with `make_shared`.
7333 ##### Enforcement
7335 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7336 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7338 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7340 ##### Reason
7342 Readability.
7343 Detection of mistakes.
7344 Writing explicit `virtual`, `override`, or `final` is self-documenting and enables the compiler to catch mismatch of types and/or names between base and derived classes. However, writing more than one of these three is both redundant and a potential source of errors.
7346 It's simple and clear:
7348 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7349 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7350 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7352 ##### Example, bad
7354     struct B {
7355         void f1(int);
7356         virtual void f2(int) const;
7357         virtual void f3(int);
7358         // ...
7359     };
7361     struct D : B {
7362         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7363         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7364         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7365         // ...
7366     };
7368 ##### Example, good
7370     struct Better : B {
7371         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7372         void f2(int) const override;
7373         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7374         // ...
7375     };
7377 #### Discussion
7379 We want to eliminate two particular classes of errors:
7381 * **implicit virtual**: the programmer intended the function to be implicitly virtual and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly virtual but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be virtual but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class)
7382 * **implicit override**: the programmer intended the function to be implicitly an overrider and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly an overrider but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be an overrider but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class -- note this problem arises whether or not the function is explicitly declared virtual, because the programmer might have intended to create either a new virtual function or a new non-virtual function)
7384 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7386 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7388 ##### Enforcement
7390 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7391 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7392 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7394 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7396 ##### Reason
7398 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7399 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7400 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7402 ##### Note
7404 Definition:
7406 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7407 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7408 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7409 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7411 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7413 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7414 and bad habits die hard.
7415 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7417 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7419 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7420 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7421 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7422 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7425 ##### Example, bad
7427     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7428     public:
7429         Shape();
7430         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7432         Point center() const { return cent; }
7433         Color color() const { return col; }
7435         virtual void rotate(int) = 0;
7436         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7438         virtual void redraw();
7440         // ...
7441     private:
7442         Point cent;
7443         Color col;
7444     };
7446     class Circle : public Shape {
7447     public:
7448         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7450         // ...
7451     private:
7452         int rad;
7453     };
7455     class Triangle : public Shape {
7456     public:
7457         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7458         // ...
7459     };
7461 Problems:
7463 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7464 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7465 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7466 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7468 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7469 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
7470 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7471 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7473 ##### Example
7475 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7477     class Shape {  // pure interface
7478     public:
7479         virtual Point center() const = 0;
7480         virtual Color color() const = 0;
7482         virtual void rotate(int) = 0;
7483         virtual void move(Point p) = 0;
7485         virtual void redraw() = 0;
7487         // ...
7488     };
7490 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7492     class Circle : public Shape {
7493     public:
7494         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7496         Point center() const override { return cent; }
7497         Color color() const override { return col; }
7499         // ...
7500     private:
7501         Point cent;
7502         int rad;
7503         Color col;
7504     };
7506 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7507 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7509 ##### Example, dual hierarchy
7511 How can we gain the benefit of stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7512 One popular technique is dual hierarchies.
7513 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7515 First we devise a hierarchy of interface classes:
7517     class Shape {   // pure interface
7518     public:
7519         virtual Point center() const = 0;
7520         virtual Color color() const = 0;
7522         virtual void rotate(int) = 0;
7523         virtual void move(Point p) = 0;
7525         virtual void redraw() = 0;
7527         // ...
7528     };
7530     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7531     public:
7532         virtual int radius() = 0;
7533         // ...
7534     };
7536 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7538     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7539     public:
7540         // constructors, destructor
7541         // ...
7542         Point center() const override { /* ... */ }
7543         Color color() const override { /* ... */ }
7545         void rotate(int) override { /* ... */ }
7546         void move(Point p) override { /* ... */ }
7548         void redraw() override { /* ... */ }
7550         // ...
7551     };
7553 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7554 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7556     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7557     public:
7558         // constructors, destructor
7560         int radius() override { /* ... */ }
7561         // ...
7562     };
7564 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7566     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7567     public:
7568         // ...
7569     };
7571     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7572     public:
7573         // constructors, destructor
7574         // ...
7575     }
7577 There are now two hierarchies:
7579 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7580 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7582 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7584     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7585       ^                     ^               ^
7586       |                     |               |
7587     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7589 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7591 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7593     void work_with_shape(Shape&);
7595     int user()
7596     {
7597         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7598         // ...
7599         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7600         // ...
7601         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7602         // ...
7603     }
7605 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7606 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7608 ##### Note
7610 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7612 ##### Note
7614 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and freestanding functions
7615 (in an implementation namespace).
7616 Base classes give a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7617 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7619 ##### Enforcement
7621 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7622 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7623 * ???
7626 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment
7628 ##### Reason
7630 Copying a polymorphic class is discouraged due to the slicing problem, see [C.67](#Rc-copy-virtual). If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
7632 ##### Example
7634     class B {
7635     public:
7636         B() = default;
7637         virtual ~B() = default;
7638         virtual gsl::owner<B*> clone() const = 0;
7639     protected:
7640          B(const B&) = default;
7641          B& operator=(const B&) = default;
7642          B(B&&) = default;
7643          B& operator=(B&&) = default;
7644         // ...
7645     };
7647     class D : public B {
7648     public:
7649         gsl::owner<D*> clone() const override
7650         {
7651             return new D{*this};
7652         };
7653     };
7655 Generally, it is recommended to use smart pointers to represent ownership (see [R.20](#Rr-owner)). However, because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer: `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>` while `B::clone` returns `unique_ptr<B>`. Therefore, you either need to consistently return `unique_ptr<B>` in all overrides, or use `owner<>` utility from the [Guidelines Support Library](#SS-views).
7659 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7661 ##### Reason
7663 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7665 ##### Example
7667     class Point {   // Bad: verbose
7668         int x;
7669         int y;
7670     public:
7671         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7672         int get_x() const { return x; }
7673         void set_x(int xx) { x = xx; }
7674         int get_y() const { return y; }
7675         void set_y(int yy) { y = yy; }
7676         // no behavioral member functions
7677     };
7679 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7681     struct Point {
7682         int x {0};
7683         int y {0};
7684     };
7686 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7688 ##### Note
7690 The key to this rule is whether the semantics of the getter/setter are trivial. While it is not a complete definition of "trivial", consider whether there would be any difference beyond syntax if the getter/setter was a public data member instead. Examples of non-trivial semantics would be: maintaining a class invariant or converting between an internal type and an interface type.
7692 ##### Enforcement
7694 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7696 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7698 ##### Reason
7700 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7701 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7702 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7704 ##### Example, bad
7706     template<class T>
7707     class Vector {
7708     public:
7709         // ...
7710         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7711     private:
7712         T* elem;   // the elements
7713         int sz;    // number of elements
7714     };
7716 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7718 ##### Enforcement
7720 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7721 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7723 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7725 ##### Reason
7727 `protected` data is a source of complexity and errors.
7728 `protected` data complicates the statement of invariants.
7729 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7731 ##### Example, bad
7733     class Shape {
7734     public:
7735         // ... interface functions ...
7736     protected:
7737         // data for use in derived classes:
7738         Color fill_color;
7739         Color edge_color;
7740         Style st;
7741     };
7743 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7744 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7745 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7746 spread over a lot of classes.
7747 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7748 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7749 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7750 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7752 ##### Note
7754 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7755 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7756 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7757 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7759 ##### Note
7761 Protected member function can be just fine.
7763 ##### Enforcement
7765 Flag classes with `protected` data.
7767 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7769 ##### Reason
7771 Prevention of logical confusion leading to errors.
7772 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7773 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7775 ##### Discussion
7777 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7779 There are exactly two kinds of data members:
7781 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7782 * B: Ones that do participate in the object's invariant. Not every combination of values is meaningful (else there'd be no invariant). Therefore all code that has write access to these variables must know about the invariant, know the semantics, and know (and actively implement and enforce) the rules for keeping the values correct.
7784 Data members in category A should just be `public` (or, more rarely, `protected` if you only want derived classes to see them). They don't need encapsulation. All code in the system might as well see and manipulate them.
7786 Data members in category B should be `private` or `const`. This is because encapsulation is important. To make them non-`private` and non-`const` would mean that the object can't control its own state: An unbounded amount of code beyond the class would need to know about the invariant and participate in maintaining it accurately -- if these data members were `public`, that would be all calling code that uses the object; if they were `protected`, it would be all the code in current and future derived classes. This leads to brittle and tightly coupled code that quickly becomes a nightmare to maintain. Any code that inadvertently sets the data members to an invalid or unexpected combination of values would corrupt the object and all subsequent uses of the object.
7788 Most classes are either all A or all B:
7790 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7791   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7792 * *All private*: If you're writing a type that maintains an invariant, then all the non-`const` variables should be private -- it should be encapsulated.
7794 ##### Exception
7796 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object might contain something like non-`const` debug instrumentation that isn't part of the invariant and so falls into category A -- it isn't really part of the object's value or meaningful observable state either. In that case, the A parts should be treated as A's (made `public`, or in rarer cases `protected` if they should be visible only to derived classes) and the B parts should still be treated like B's (`private` or `const`).
7798 ##### Enforcement
7800 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7802 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7804 ##### Reason
7806 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7807 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7809 ##### Example
7811     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7812         // ...
7813     };
7815 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7816 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7818 ##### Note
7820 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7821 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7823 ##### Note
7825 Such interfaces are typically abstract classes.
7827 ##### Enforcement
7831 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7833 ##### Reason
7835 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7836 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7838 ##### Example
7840     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7841         // ...
7842     };
7844 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7845 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7847 ##### Note
7849 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7851 ##### Example
7853 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7854 members to enable the implementation of the policies it requires.
7855 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7856 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7858 ##### Enforcement
7862 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7864 ##### Reason
7866  Allow separation of shared data and interface.
7867  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7869 ##### Example
7871     struct Interface {
7872         virtual void f();
7873         virtual int g();
7874         // ... no data here ...
7875     };
7877     class Utility {  // with data
7878         void utility1();
7879         virtual void utility2();    // customization point
7880     public:
7881         int x;
7882         int y;
7883     };
7885     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7886         // override Interface functions
7887         // Maybe override Utility virtual functions
7888         // ...
7889     };
7891     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7892         // override Interface functions
7893         // Maybe override Utility virtual functions
7894         // ...
7895     };
7897 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7900 ##### Note
7902 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7903 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7904 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7905 Here is [a slightly more realistic example](https://www.quora.com/What-are-the-uses-and-advantages-of-virtual-base-class-in-C%2B%2B/answer/Lance-Diduck) with an explanation.
7907 ##### Note
7909 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7911 ##### Enforcement
7913 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7915 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7917 ##### Reason
7919 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7921 ##### Example, bad
7923     #include <iostream>
7924     class B {
7925     public:
7926         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7927         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7928         virtual ~B() = default;
7929     };
7930     class D: public B {
7931     public:
7932         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7933     };
7934     int main()
7935     {
7936         D d;
7937         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7938         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7939     }
7941 ##### Example, good
7943     class D: public B {
7944     public:
7945         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7946         using B::f; // exposes f(double)
7947     };
7949 ##### Note
7951 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7953 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7955     template<class... Ts>
7956     struct Overloader : Ts... {
7957         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7958     };
7960 ##### Enforcement
7962 Diagnose name hiding
7964 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
7966 ##### Reason
7968 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7970 ##### Example, bad
7972     class Widget { /* ... */ };
7974     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
7975     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
7977     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
7979 ##### Note
7981 Not every class is meant to be a base class.
7982 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
7983 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
7985 ##### Note
7987 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
7988 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
7990 ##### Note
7992 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
7993 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
7995 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
7996 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
7997 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
7998 However, misuses are (or at least have been) far more common.
8000 ##### Enforcement
8002 Flag uses of `final` on classes.
8005 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
8007 ##### Reason
8009 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
8011 ##### Example, bad
8013     class Base {
8014     public:
8015         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
8016         virtual ~Base() = default;
8017     };
8019     class Derived : public Base {
8020     public:
8021         int multiply(int value, int factor = 10) override;
8022     };
8024     Derived d;
8025     Base& b = d;
8027     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
8028     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
8030 ##### Enforcement
8032 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
8034 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
8036 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
8038 ##### Reason
8040 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
8042 ##### Example
8044     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
8045     struct D : B { int b; int f() override; };
8047     void use(B b)
8048     {
8049         D d;
8050         B b2 = d;   // slice
8051         B b3 = b;
8052     }
8054     void use2()
8055     {
8056         D d;
8057         use(d);   // slice
8058     }
8060 Both `d`s are sliced.
8062 ##### Exception
8064 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
8066     void use3()
8067     {
8068         D d;
8069         d.f();   // OK
8070     }
8072 ##### See also
8074 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
8076 ##### Enforcement
8078 Flag all slicing.
8080 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
8082 ##### Reason
8084 `dynamic_cast` is checked at run time.
8086 ##### Example
8088     struct B {   // an interface
8089         virtual void f();
8090         virtual void g();
8091         virtual ~B();
8092     };
8094     struct D : B {   // a wider interface
8095         void f() override;
8096         virtual void h();
8097     };
8099     void user(B* pb)
8100     {
8101         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
8102             // ... use D's interface ...
8103         }
8104         else {
8105             // ... make do with B's interface ...
8106         }
8107     }
8109 Use of the other casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`:
8111     void user2(B* pb)   // bad
8112     {
8113         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
8114         // ... use D's interface ...
8115     }
8117     void user3(B* pb)    // unsafe
8118     {
8119         if (some_condition) {
8120             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
8121             // ... use D's interface ...
8122         }
8123         else {
8124             // ... make do with B's interface ...
8125         }
8126     }
8128     void f()
8129     {
8130         B b;
8131         user(&b);   // OK
8132         user2(&b);  // bad error
8133         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
8134     }
8136 ##### Note
8138 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
8139 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
8140 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
8141 and reasonably convenient.
8143 ##### Note
8145 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
8146 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
8147 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
8148 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
8149 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
8150 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
8152 Consider:
8154     struct B {
8155         const char* name {"B"};
8156         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
8157         virtual const char* id() const { return name; }
8158         // ...
8159     };
8161     struct D : B {
8162         const char* name {"D"};
8163         const char* id() const override { return name; }
8164         // ...
8165     };
8167     void use()
8168     {
8169         B* pb1 = new B;
8170         B* pb2 = new D;
8172         cout << pb1->id(); // "B"
8173         cout << pb2->id(); // "D"
8176         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
8177             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
8178             // ...
8179         }
8180         // ...
8181     }
8183 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
8184 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
8185 This code might work as expected for years, just to fail on a new machine, new compiler, or a new linker that does not unify character literals.
8187 If you implement your own RTTI, be careful.
8189 ##### Exception
8191 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
8192 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
8193 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
8194 So, first make sure that your `dynamic_cast` really is as slow as you think it is (there are a fair number of unsupported rumors about)
8195 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
8197 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
8198 For example, under suitable conditions, it is possible to perform a `dynamic_cast` in [fast constant time](http://www.stroustrup.com/fast_dynamic_casting.pdf).
8199 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
8201 In very rare cases, if you have measured that the `dynamic_cast` overhead is material, you have other means to statically guarantee that a downcast will succeed (e.g., you are using CRTP carefully), and there is no virtual inheritance involved, consider tactically resorting `static_cast` with a prominent comment and disclaimer summarizing this paragraph and that human attention is needed under maintenance because the type system can't verify correctness. Even so, in our experience such "I know what I'm doing" situations are still a known bug source.
8203 ##### Exception
8205 Consider:
8207     template<typename B>
8208     class Dx : B {
8209         // ...
8210     };
8212 ##### Enforcement
8214 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
8215 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
8217 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
8219 ##### Reason
8221 Casting to a reference expresses that you intend to end up with a valid object, so the cast must succeed. `dynamic_cast` will then throw if it does not succeed.
8223 ##### Example
8225     std::string f(Base& b)
8226     {
8227         return dynamic_cast<Derived&>(b).to_string();
8228     }
8230 ##### Enforcement
8234 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
8236 ##### Reason
8238 The `dynamic_cast` conversion allows to test whether a pointer is pointing at a polymorphic object that has a given class in its hierarchy. Since failure to find the class merely returns a null value, it can be tested during run time. This allows writing code that can choose alternative paths depending on the results.
8240 Contrast with [C.147](#Rh-ref-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
8242 ##### Example
8244 The example below describes the `add` function of a `Shape_owner` that takes ownership of constructed `Shape` objects. The objects are also sorted into views, according to their geometric attributes.
8245 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
8247     void add(Shape* const item)
8248     {
8249       // Ownership is always taken
8250       owned_shapes.emplace_back(item);
8252       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
8254       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
8255       {
8256         view_of_evens.emplace_back(even);
8257       }
8259       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
8260       {
8261         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
8262       }
8263     }
8265 ##### Notes
8267 A failure to find the required class will cause `dynamic_cast` to return a null value, and de-referencing a null-valued pointer will lead to undefined behavior.
8268 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
8270 ##### Enforcement
8272 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8274 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8276 ##### Reason
8278 Avoid resource leaks.
8280 ##### Example
8282     void use(int i)
8283     {
8284         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8285         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8286         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8287         delete p;                       // too late
8288     }
8290 ##### Enforcement
8292 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8293 * Flag `delete` of local variable
8295 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8297 See [R.23](#Rr-make_unique)
8299 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8301 See [R.22](#Rr-make_shared)
8303 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8305 ##### Reason
8307 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8309 ##### Example
8311     struct B { int x; };
8312     struct D : B { int y; };
8314     void use(B*);
8316     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
8317     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8318     p[1].x = 7;   // overwrite a[0].y
8320     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8322 ##### Enforcement
8324 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8325 * Pass an array as a `span` rather than as a pointer, and don't let the array name suffer a derived-to-base conversion before getting into the `span`
8328 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8330 ##### Reason
8332 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8333 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast might reach an intermediate class and therefore
8334 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8336 ##### Example
8338     ???
8340 ##### Enforcement
8342 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8344 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8346 You can overload ordinary functions, function templates, and operators.
8347 You cannot overload function objects.
8349 Overload rule summary:
8351 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8352 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8353 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8354 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8355 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8356 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8357 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8358 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8359 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8360 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8362 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8364 ##### Reason
8366 Minimize surprises.
8368 ##### Example
8370     class X {
8371     public:
8372         // ...
8373         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8374         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8375                                                     // after a = b we have a == b
8376         // ...
8377     };
8379 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8381 ##### Example, bad
8383     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8385 ##### Note
8387 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8388 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8390 ##### Enforcement
8392 Possibly impossible.
8394 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8396 ##### Reason
8398 If you use member functions, you need two.
8399 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8401 ##### Example
8403     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8405 ##### Enforcement
8407 Flag member operator functions.
8409 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8411 ##### Reason
8413 Having different names for logically equivalent operations on different argument types is confusing, leads to encoding type information in function names, and inhibits generic programming.
8415 ##### Example
8417 Consider:
8419     void print(int a);
8420     void print(int a, int base);
8421     void print(const string&);
8423 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8425     void print_int(int a);
8426     void print_based(int a, int base);
8427     void print_string(const string&);
8429 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8431 ##### Enforcement
8435 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8437 ##### Reason
8439 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8441 ##### Example
8443 Consider:
8445     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8446     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8448 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8450     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8451     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8453 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8454 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8456 ##### Note
8458 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8460 ##### Enforcement
8464 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8466 ##### Reason
8468 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8470 ##### Note
8472 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8473 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8474 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8475 just to gain a minor convenience.
8477 ##### Example
8479     struct S1 {
8480         string s;
8481         // ...
8482         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8483     };
8485     struct S2 {
8486         string s;
8487         // ...
8488         explicit operator char*() { return s.data(); }
8489     };
8491     void f(S1 s1, S2 s2)
8492     {
8493         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8494         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8495         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8496     }
8498 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8500     S1 ff();
8502     char* g()
8503     {
8504         return ff();
8505     }
8507 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8509 ##### Enforcement
8511 Flag all non-explicit conversion operators.
8513 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8515 ##### Reason
8517 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8519 ##### Example
8521 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8522 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8523 For example, the general `swap()` will copy the elements of two `vector`s being swapped, whereas a good specific implementation will not copy elements at all.
8525     namespace N {
8526         My_type X { /* ... */ };
8527         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8528         // ...
8529     }
8531     void f1(N::X& a, N::X& b)
8532     {
8533         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8534     }
8536 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8537 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8538 How do we get `N::X` considered?
8540     void f2(N::X& a, N::X& b)
8541     {
8542         swap(a, b);   // calls N::swap
8543     }
8545 But that might not be what we wanted for generic code.
8546 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8547 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8549     void f3(N::X& a, N::X& b)
8550     {
8551         using std::swap;  // make std::swap available
8552         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8553     }
8555 ##### Enforcement
8557 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8558 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8560 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8562 ##### Reason
8564 The `&` operator is fundamental in C++.
8565 Many parts of the C++ semantics assume its default meaning.
8567 ##### Example
8569     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8570         Ptr(X* pp) : p(pp) { /* check */ }
8571         X* operator->() { /* check */ return p; }
8572         X operator[](int i);
8573         X operator*();
8574     private:
8575         T* p;
8576     };
8578     class X {
8579         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8580         // ...
8581     };
8583 ##### Note
8585 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8586 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8587 We hope to remedy that: [Operator Dot (R2)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf).
8588 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8590 ##### Enforcement
8592 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8594 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8596 ##### Reason
8598 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8600 ##### Example
8602     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8603     {
8604         std::cout << /* class members here */;
8605     }
8607     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8608     {
8609         return os << /* class members here */;
8610     }
8612 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8614     My_class var { /* ... */ };
8615     // ...
8616     cout << "var = " << var << '\n';
8618 ##### Note
8620 There are strong and vigorous conventions for the meaning of most operators, such as
8622 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`),
8623 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8624 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8625 * assignment (`=`)
8627 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8629 ##### Enforcement
8631 Tricky. Requires semantic insight.
8633 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8635 ##### Reason
8637 Readability.
8638 Ability for find operators using ADL.
8639 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8641 ##### Example
8643     struct S { };
8644     S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8645     S s;
8647     S r = s + s;
8649 ##### Example
8651     namespace N {
8652         struct S { };
8653         S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8654     }
8656     N::S s;
8658     S r = s + s;  // finds N::operator+() by ADL
8660 ##### Example, bad
8662     struct S { };
8663     S s;
8665     namespace N {
8666         bool operator!(S a) { return true; }
8667         bool not_s = !s;
8668     }
8670     namespace M {
8671         bool operator!(S a) { return false; }
8672         bool not_s = !s;
8673     }
8675 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8676 This can be most confusing.
8677 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8679 ##### Note
8681 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8682 For example:
8684     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8686 This might be something best avoided.
8688 ##### See also
8690 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8692 ##### Enforcement
8694 * Flag operator definitions that are not in the namespace of their operands
8696 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8698 ##### Reason
8700 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8702 ##### Example
8704     void f(int);
8705     void f(double);
8706     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8708     auto g = [](int) { /* ... */ };
8709     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8711     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8713 ##### Enforcement
8715 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8717 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8719 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8720 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8721 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8723 A type that is a `union` plus an indicator of which member is currently held is called a *tagged union*, a *discriminated union*, or a *variant*.
8725 Union rule summary:
8727 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8728 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8729 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8730 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8731 * ???
8733 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8735 ##### Reason
8737 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8738 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8740 ##### Example
8742     union Value {
8743         int x;
8744         double d;
8745     };
8747     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8748     cout << v.x << '\n';    // write 123
8749     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8750     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8752 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8754 ##### Example
8756     // Short-string optimization
8758     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8760     class Immutable_string {
8761     public:
8762         Immutable_string(const char* str) :
8763             size(strlen(str))
8764         {
8765             if (size < buffer_size)
8766                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8767             else {
8768                 string_ptr = new char[size + 1];
8769                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8770             }
8771         }
8773         ~Immutable_string()
8774         {
8775             if (size >= buffer_size)
8776                 delete[] string_ptr;
8777         }
8779         const char* get_str() const
8780         {
8781             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8782         }
8784     private:
8785         // If the string is short enough, we store the string itself
8786         // instead of a pointer to the string.
8787         union {
8788             char* string_ptr;
8789             char string_buffer[buffer_size];
8790         };
8792         const size_t size;
8793     };
8795 ##### Enforcement
8799 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8801 ##### Reason
8803 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8804 so that the programmer has to keep track.
8805 Naked unions are a source of type errors.
8807 ##### Example, bad
8809     union Value {
8810         int x;
8811         double d;
8812     };
8814     Value v;
8815     v.d = 987.654;  // v holds a double
8817 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8819     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8821 Note that the type error happened without any explicit cast.
8822 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8823 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8825 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8827     v.x = 123;
8828     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8830 ##### Alternative
8832 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8834 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8836     variant<int, double> v;
8837     v = 123;        // v holds an int
8838     int x = get<int>(v);
8839     v = 123.456;    // v holds a double
8840     w = get<double>(v);
8842 ##### Enforcement
8846 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8848 ##### Reason
8850 A well-designed tagged union is type safe.
8851 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8853 ##### Example
8855 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8856 You can look there for an explanation.
8858 The code is somewhat elaborate.
8859 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8860 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8862     class Value { // two alternative representations represented as a union
8863     private:
8864         enum class Tag { number, text };
8865         Tag type; // discriminant
8867         union { // representation (note: anonymous union)
8868             int i;
8869             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8870         };
8871     public:
8872         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8874         ~Value();
8875         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8876         Value(const Value&);
8877         // ...
8878         int number() const;
8879         string text() const;
8881         void set_number(int n);
8882         void set_text(const string&);
8883         // ...
8884     };
8886     int Value::number() const
8887     {
8888         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8889         return i;
8890     }
8892     string Value::text() const
8893     {
8894         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8895         return s;
8896     }
8898     void Value::set_number(int n)
8899     {
8900         if (type == Tag::text) {
8901             s.~string();      // explicitly destroy string
8902             type = Tag::number;
8903         }
8904         i = n;
8905     }
8907     void Value::set_text(const string& ss)
8908     {
8909         if (type == Tag::text)
8910             s = ss;
8911         else {
8912             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8913             type = Tag::text;
8914         }
8915     }
8917     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8918     {
8919         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8920             s = e.s;    // usual string assignment
8921             return *this;
8922         }
8924         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8926         switch (e.type) {
8927         case Tag::number:
8928             i = e.i;
8929             break;
8930         case Tag::text:
8931             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8932         }
8934         type = e.type;
8935         return *this;
8936     }
8938     Value::~Value()
8939     {
8940         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8941     }
8943 ##### Enforcement
8947 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8949 ##### Reason
8951 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8952 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8953 Type punning using a `union` is a source of errors.
8955 ##### Example, bad
8957     union Pun {
8958         int x;
8959         unsigned char c[sizeof(int)];
8960     };
8962 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8964     void bad(Pun& u)
8965     {
8966         u.x = 'x';
8967         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8968     }
8970 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
8972     void if_you_must_pun(int& x)
8973     {
8974         auto p = reinterpret_cast<std::byte*>(&x);
8975         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
8976         // ...
8977     }
8979 Accessing the result of a `reinterpret_cast` from the object's declared type to `char*`, `unsigned char*`, or `std::byte*` is defined behavior. (Using `reinterpret_cast` is discouraged,
8980 but at least we can see that something tricky is going on.)
8982 ##### Note
8984 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
8985 We don't consider "sometimes, it works as expected" a conclusive argument.
8987 C++17 introduced a distinct type `std::byte` to facilitate operations on raw object representation.  Use that type instead of `unsigned char` or `char` for these operations.
8989 ##### Enforcement
8995 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
8997 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
8998 There are two kinds of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
9000 Enumeration rule summary:
9002 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
9003 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
9004 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
9005 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
9006 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
9007 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
9008 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
9009 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
9011 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
9013 ##### Reason
9015 Macros do not obey scope and type rules. Also, macro names are removed during preprocessing and so usually don't appear in tools like debuggers.
9017 ##### Example
9019 First some bad old code:
9021     // webcolors.h (third party header)
9022     #define RED   0xFF0000
9023     #define GREEN 0x00FF00
9024     #define BLUE  0x0000FF
9026     // productinfo.h
9027     // The following define product subtypes based on color
9028     #define RED    0
9029     #define PURPLE 1
9030     #define BLUE   2
9032     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
9034 Instead use an `enum`:
9036     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9037     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9039     int webby = blue;   // error: be specific
9040     Web_color webby = Web_color::blue;
9042 We used an `enum class` to avoid name clashes.
9044 ##### Enforcement
9046 Flag macros that define integer values.
9049 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
9051 ##### Reason
9053 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
9057 ##### Example
9059     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9062 ##### Note
9064 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
9066     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9068     void print(Product_info inf)
9069     {
9070         switch (inf) {
9071         case Product_info::red: cout << "red"; break;
9072         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
9073         }
9074     }
9076 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
9078 ##### Enforcement
9080 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
9081 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but there is no `default`.
9084 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
9086 ##### Reason
9088 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
9090 ##### Example
9092     void Print_color(int color);
9094     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9095     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9097     Web_color webby = Web_color::blue;
9099     // Clearly at least one of these calls is buggy.
9100     Print_color(webby);
9101     Print_color(Product_info::blue);
9103 Instead use an `enum class`:
9105     void Print_color(int color);
9107     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9108     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9110     Web_color webby = Web_color::blue;
9111     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
9112     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
9114 ##### Enforcement
9116 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
9118 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
9120 ##### Reason
9122 Convenience of use and avoidance of errors.
9124 ##### Example
9126     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
9128     Day& operator++(Day& d)
9129     {
9130         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
9131     }
9133     Day today = Day::sat;
9134     Day tomorrow = ++today;
9136 The use of a `static_cast` is not pretty, but
9138     Day& operator++(Day& d)
9139     {
9140         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
9141     }
9143 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
9146 ##### Enforcement
9148 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
9151 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
9153 ##### Reason
9155 Avoid clashes with macros.
9157 ##### Example, bad
9159      // webcolors.h (third party header)
9160     #define RED   0xFF0000
9161     #define GREEN 0x00FF00
9162     #define BLUE  0x0000FF
9164     // productinfo.h
9165     // The following define product subtypes based on color
9167     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
9169 ##### Enforcement
9171 Flag ALL_CAPS enumerators.
9173 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
9175 ##### Reason
9177 If you can't name an enumeration, the values are not related
9179 ##### Example, bad
9181     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
9183 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
9185 ##### Alternative
9187 Use `constexpr` values instead. For example:
9189     constexpr int red = 0xFF0000;
9190     constexpr short scale = 4;
9191     constexpr bool is_signed = true;
9193 ##### Enforcement
9195 Flag unnamed enumerations.
9198 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
9200 ##### Reason
9202 The default is the easiest to read and write.
9203 `int` is the default integer type.
9204 `int` is compatible with C `enum`s.
9206 ##### Example
9208     enum class Direction : char { n, s, e, w,
9209                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
9211     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
9212                                      green = 0x00FF00,
9213                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
9215 ##### Note
9217 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
9219     enum Flags : char;
9221     void f(Flags);
9223     // ....
9225     enum Flags : char { /* ... */ };
9228 ##### Enforcement
9230 ????
9233 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
9235 ##### Reason
9237 It's the simplest.
9238 It avoids duplicate enumerator values.
9239 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
9241 ##### Example
9243     enum class Col1 { red, yellow, blue };
9244     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
9245     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
9246                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
9247     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
9249 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
9250 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
9252 ##### Enforcement
9254 * Flag duplicate enumerator values
9255 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
9258 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
9260 This section contains rules related to resources.
9261 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
9262 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release might do harm.
9263 The fundamental aim is to ensure that we don't leak any resources and that we don't hold a resource longer than we need to.
9264 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
9266 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
9267 If you are writing a program that simply produces an output based on an input and the amount of memory needed is proportional to the size of the input, the optimal strategy (for performance and ease of programming) is sometimes simply never to delete anything.
9268 If you have enough memory to handle your largest input, leak away, but be sure to give a good error message if you are wrong.
9269 Here, we ignore such cases.
9271 * Resource management rule summary:
9273   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9274   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9275   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9276   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9277   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9278   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9280 * Allocation and deallocation rule summary:
9282   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9283   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9284   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9285   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9286   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9287   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9289 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9291   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9292   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9293   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9294   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9295   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9296   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9297   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9298   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9299   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9300   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership](#Rr-sharedptrparam-owner)
9301   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9302   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9303   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9305 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9307 ##### Reason
9309 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9310 C++'s language-enforced constructor/destructor symmetry mirrors the symmetry inherent in resource acquire/release function pairs such as `fopen`/`fclose`, `lock`/`unlock`, and `new`/`delete`.
9311 Whenever you deal with a resource that needs paired acquire/release function calls, encapsulate that resource in an object that enforces pairing for you -- acquire the resource in its constructor, and release it in its destructor.
9313 ##### Example, bad
9315 Consider:
9317     void send(X* x, string_view destination)
9318     {
9319         auto port = open_port(destination);
9320         my_mutex.lock();
9321         // ...
9322         send(port, x);
9323         // ...
9324         my_mutex.unlock();
9325         close_port(port);
9326         delete x;
9327     }
9329 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9330 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9332 ##### Example
9334 Consider:
9336     void send(unique_ptr<X> x, string_view destination)  // x owns the X
9337     {
9338         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9339         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9340         // ...
9341         send(port, x);
9342         // ...
9343     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9345 Now all resource cleanup is automatic, performed once on all paths whether or not there is an exception. As a bonus, the function now advertises that it takes over ownership of the pointer.
9347 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9349     class Port {
9350         PortHandle port;
9351     public:
9352         Port(string_view destination) : port{open_port(destination)} { }
9353         ~Port() { close_port(port); }
9354         operator PortHandle() { return port; }
9356         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9357         Port(const Port&) = delete;
9358         Port& operator=(const Port&) = delete;
9359     };
9361 ##### Note
9363 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#Re-finally)
9365 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9367 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9369 ##### Reason
9371 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9372 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9374 ##### Example, bad
9376     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9377     {
9378         // ...
9379         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9380         // ...
9381     }
9383 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9384 Use a `span` instead.
9386 ##### Example
9388     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9389     {
9390         // ... uses *p and p[0] only ...
9391     }
9393 ##### Exception
9395 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9396 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9398 ##### Note
9400 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9401 However, where `nullptr` is a possible value, a reference might not be a reasonable alternative.
9403 ##### Enforcement
9405 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9406   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9407 * Flag array names passed as simple pointers
9409 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9411 ##### Reason
9413 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9414 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9416 ##### Example
9418     void f()
9419     {
9420         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9421         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9422         // ...
9423     }
9425 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9427 ##### Example
9429     template<typename T>
9430     class X {
9431     public:
9432         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9433         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9434         // ...
9435     };
9437 We can fix that problem by making ownership explicit:
9439     template<typename T>
9440     class X2 {
9441     public:
9442         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9443         T* q;         // OK: q is not owning
9444         // ...
9445     };
9447 ##### Exception
9449 A major class of exception is legacy code, especially code that must remain compilable as C or interface with C and C-style C++ through ABIs.
9450 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9451 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9452 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9453 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9454 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9455 However, it will take time: "legacy code" is generated faster than we can renovate old code, and so it will be for a few years.
9457 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9458 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9459 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9460 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9461 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9462 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9463 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9465 ##### Note
9467 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9468 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9469 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9471 ##### Example, bad
9473 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9475     Gadget* make_gadget(int n)
9476     {
9477         auto p = new Gadget{n};
9478         // ...
9479         return p;
9480     }
9482     void caller(int n)
9483     {
9484         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9485         // ...
9486         delete p;
9487     }
9489 In addition to suffering from the problem from [leak](#???), this adds a spurious allocation and deallocation operation, and is needlessly verbose. If Gadget is cheap to move out of a function (i.e., is small or has an efficient move operation), just return it "by value" (see ["out" return values](#Rf-out)):
9491     Gadget make_gadget(int n)
9492     {
9493         Gadget g{n};
9494         // ...
9495         return g;
9496     }
9498 ##### Note
9500 This rule applies to factory functions.
9502 ##### Note
9504 If pointer semantics are required (e.g., because the return type needs to refer to a base class of a class hierarchy (an interface)), return a "smart pointer."
9506 ##### Enforcement
9508 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9509 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9510 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9511 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9512   Suggest considering returning it by value instead.
9514 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9516 ##### Reason
9518 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9519 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9521 ##### Example
9523     void f()
9524     {
9525         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9526         // ...
9527         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9528     }
9530 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9532 ##### Enforcement
9534 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9536 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9538 ##### Reason
9540 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9541 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9542 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9544 ##### Example
9546 The following example is inefficient (because it has unnecessary allocation and deallocation), vulnerable to exception throws and returns in the `...` part (leading to leaks), and verbose:
9548     void f(int n)
9549     {
9550         auto p = new Gadget{n};
9551         // ...
9552         delete p;
9553     }
9555 Instead, use a local variable:
9557     void f(int n)
9558     {
9559         Gadget g{n};
9560         // ...
9561     }
9563 ##### Enforcement
9565 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local `auto` stack object instead.
9566 * (Simple) Warn if a local `Unique_pointer` or `Shared_pointer` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
9568 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9570 See [I.2](#Ri-global)
9572 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9574 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9576 ##### Reason
9578  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9580 ##### Example
9582     class Record {
9583         int id;
9584         string name;
9585         // ...
9586     };
9588     void use()
9589     {
9590         // p1 might be nullptr
9591         // *p1 is not initialized; in particular,
9592         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9593         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9595         auto p2 = new Record;
9597         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9598         auto p3 = new(nothrow) Record;
9599         // p3 might be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9601         // ...
9603         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9604         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9605     }
9607 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9609 ##### Exception
9611 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9612 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9613 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9614 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9615 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9617 ##### Enforcement
9619 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9621 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9623 ##### Reason
9625 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9626 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9628 ##### Note
9630 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9631 is a likely bug: if you have N `delete`s, how can you be certain that you don't need N+1 or N-1?
9632 The bug might be latent: it might emerge only during maintenance.
9633 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9635 ##### Enforcement
9637 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9639 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9641 ##### Reason
9643 If you don't, an exception or a return might lead to a leak.
9645 ##### Example, bad
9647     void func(const string& name)
9648     {
9649         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9650         vector<char> buf(1024);
9651         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9652         // ...
9653     }
9655 The allocation of `buf` might fail and leak the file handle.
9657 ##### Example
9659     void func(const string& name)
9660     {
9661         ifstream f{name};   // open the file
9662         vector<char> buf(1024);
9663         // ...
9664     }
9666 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9668 ##### Enforcement
9670 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9672 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9674 ##### Reason
9676 If you perform two explicit resource allocations in one statement, you could leak resources because the order of evaluation of many subexpressions, including function arguments, is unspecified.
9678 ##### Example
9680     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9682 This `fun` can be called like this:
9684     // BAD: potential leak
9685     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9687 This is exception-unsafe because the compiler might reorder the two expressions building the function's two arguments.
9688 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9689 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9690 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9692 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9693 For example:
9695     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9696     fun(sp1, new Widget(c, d));
9698 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9700     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9702 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9704 ##### Enforcement
9706 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9708 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9710 ##### Reason
9712 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9713 Use `span` to preserve size information.
9715 ##### Example
9717     void f(int[]);          // not recommended
9719     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9720                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9722     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9724 ##### Enforcement
9726 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9728 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9730 ##### Reason
9732 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9734 ##### Example
9736     class X {
9737         // ...
9738         void* operator new(size_t s);
9739         void operator delete(void*);
9740         // ...
9741     };
9743 ##### Note
9745 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9746 Don't leave it undeclared.
9748 ##### Enforcement
9750 Flag incomplete pairs.
9752 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9754 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9756 ##### Reason
9758 They can prevent resource leaks.
9760 ##### Example
9762 Consider:
9764     void f()
9765     {
9766         X x;
9767         X* p1 { new X };              // see also ???
9768         unique_ptr<X> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
9769         shared_ptr<X> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
9770         auto p4 = make_unique<X>();   // unique_ownership, preferable to the explicit use "new"
9771         auto p5 = make_shared<X>();   // shared ownership, preferable to the explicit use "new"
9772     }
9774 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9776 ##### Enforcement
9778 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
9780 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9782 ##### Reason
9784 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9786 ##### Example, bad
9788 This needlessly adds and maintains a reference count.
9790     void f()
9791     {
9792         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9793         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9794     } // destroy base
9796 ##### Example
9798 This is more efficient:
9800     void f()
9801     {
9802         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9803         // use base locally
9804     } // destroy base
9806 ##### Enforcement
9808 (Simple) Warn if a function uses a `Shared_pointer` with an object allocated within the function, but never returns the `Shared_pointer` or passes it to a function requiring a `Shared_pointer&`. Suggest using `unique_ptr` instead.
9810 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9812 ##### Reason
9814 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9815 It also gives an opportunity to eliminate a separate allocation for the reference counts, by placing the `shared_ptr`'s use counts next to its object.
9817 ##### Example
9819 Consider:
9821     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9822     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9824 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9826 ##### Enforcement
9828 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9830 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9832 ##### Reason
9834 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9835 It also ensures exception safety in complex expressions.
9837 ##### Example
9839     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9841     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9843 ##### Enforcement
9845 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9847 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9849 ##### Reason
9851  `shared_ptr`'s rely on use counting and the use count for a cyclic structure never goes to zero, so we need a mechanism to
9852 be able to destroy a cyclic structure.
9854 ##### Example
9856     #include <memory>
9858     class bar;
9860     class foo {
9861     public:
9862       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9863         : forward_reference_(forward_reference)
9864       { }
9865     private:
9866       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9867     };
9869     class bar {
9870     public:
9871       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9872         : back_reference_(back_reference)
9873       { }
9874       void do_something()
9875       {
9876         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9877           // Use *shared_back_reference
9878         }
9879       }
9880     private:
9881       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9882     };
9884 ##### Note
9886  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9887 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9888 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9890 ##### Enforcement
9892 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9894 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9896 See [F.7](#Rf-smart).
9898 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9900 ##### Reason
9902 The rules in the following section also work for other kinds of third-party and custom smart pointers and are very useful for diagnosing common smart pointer errors that cause performance and correctness problems.
9903 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9905 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9907 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9908 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9910 ##### Example, bad
9912     // use Boost's intrusive_ptr
9913     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9914     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9915     {
9916         p->foo();
9917     }
9919     // use Microsoft's CComPtr
9920     #include <atlbase.h>
9921     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9922     {
9923         p->foo();
9924     }
9926 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9927 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9928 these functions should accept a smart pointer only if they need to participate in the widget's lifetime management. Otherwise they should accept a `widget*`, if it can be `nullptr`. Otherwise, and ideally, the function should accept a `widget&`.
9929 These smart pointers match the `Shared_pointer` concept, so these guideline enforcement rules work on them out of the box and expose this common pessimization.
9931 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9933 ##### Reason
9935 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9937 ##### Example
9939     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9941     void uses(widget*);            // just uses the widget
9943 ##### Example, bad
9945     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9947 ##### Enforcement
9949 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9950 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
9952 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
9954 ##### Reason
9956 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
9958 ##### Note
9960 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
9962 ##### Example
9964     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
9966 ##### Example, bad
9968     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9970 ##### Enforcement
9972 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9973 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_pointer<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
9975 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership
9977 ##### Reason
9979 This makes the function's ownership sharing explicit.
9981 ##### Example, good
9983     class WidgetUser
9984     {
9985     public:
9986         // WidgetUser will share ownership of the widget
9987         explicit WidgetUser(std::shared_ptr<widget> w) noexcept:
9988             m_widget{std::move(w)} {}
9989         // ...
9990     private:
9991         std::shared_ptr<widget> m_widget;
9992     };
9994 ##### Enforcement
9996 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9997 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
9998 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10000 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
10002 ##### Reason
10004 This makes the function's reseating explicit.
10006 ##### Note
10008 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
10010 ##### Example, good
10012     void ChangeWidget(std::shared_ptr<widget>& w)
10013     {
10014         // This will change the callers widget
10015         w = std::make_shared<widget>(widget{});
10016     }
10018 ##### Enforcement
10020 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10021 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10022 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10024 ### <a name="Rr-sharedptrparam-const"></a>R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???
10026 ##### Reason
10028 This makes the function's ??? explicit.
10030 ##### Example, good
10032     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
10034     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
10036     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
10038 ##### Enforcement
10040 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` parameter by lvalue reference and does not either assign to it or call `reset()` on it on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10041 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_pointer` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
10042 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10044 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
10046 ##### Reason
10048 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
10049 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
10050 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
10051 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
10053 ##### Note
10055 To do this, sometimes you need to take a local copy of a smart pointer, which firmly keeps the object alive for the duration of the function and the call tree.
10057 ##### Example
10059 Consider this code:
10061     // global (static or heap), or aliased local ...
10062     shared_ptr<widget> g_p = ...;
10064     void f(widget& w)
10065     {
10066         g();
10067         use(w);  // A
10068     }
10070     void g()
10071     {
10072         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
10073     }
10075 The following should not pass code review:
10077     void my_code()
10078     {
10079         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
10080         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
10081         f(*g_p);
10083         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
10084         g_p->func();
10085     }
10087 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
10089     void my_code()
10090     {
10091         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
10092         auto pin = g_p;
10094         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
10095         f(*pin);
10097         // GOOD: same reason
10098         pin->func();
10099     }
10101 ##### Enforcement
10103 * (Simple) Warn if a pointer or reference obtained from a smart pointer variable (`Unique_pointer` or `Shared_pointer`) that is non-local, or that is local but potentially aliased, is used in a function call. If the smart pointer is a `Shared_pointer` then suggest taking a local copy of the smart pointer and obtain a pointer or reference from that instead.
10105 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
10107 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
10109 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
10111 General rules:
10113 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
10114 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
10115 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
10117 Declaration rules:
10119 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
10120 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
10121 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
10122 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
10123 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
10124 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
10125 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
10126 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
10127 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
10128 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
10129 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
10130 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
10131 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
10132 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
10133 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10134 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
10135 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
10136 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
10137 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
10138 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
10139 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
10140 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
10142 Expression rules:
10144 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
10145 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
10146 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
10147 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
10148 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
10149 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
10150 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
10151 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
10152 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
10153 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
10154 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
10155 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
10156 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
10157 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
10158 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
10159 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
10160 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
10161 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
10162 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
10164 Statement rules:
10166 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
10167 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
10168 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
10169 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
10170 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
10171 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
10172 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
10173 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
10174 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
10175 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
10176 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
10177 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
10178 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
10179 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
10181 Arithmetic rules:
10183 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
10184 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
10185 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
10186 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
10187 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
10188 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
10189 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
10190 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
10192 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
10194 ##### Reason
10196 Code using a library can be much easier to write than code working directly with language features, much shorter, tend to be of a higher level of abstraction, and the library code is presumably already tested.
10197 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
10198 It is available as part of all C++ implementations.
10200 ##### Example
10202     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
10204 a range version of `accumulate` would be even better:
10206     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
10208 but don't hand-code a well-known algorithm:
10210     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
10211     double sum = 0.0;
10212     for (int i = 0; i < max; ++i)
10213         sum = sum + v[i];
10215 ##### Exception
10217 Large parts of the standard library rely on dynamic allocation (free store). These parts, notably the containers but not the algorithms, are unsuitable for some hard-real-time and embedded applications. In such cases, consider providing/using similar facilities, e.g.,  a standard-library-style container implemented using a pool allocator.
10219 ##### Enforcement
10221 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
10223 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
10225 ##### Reason
10227 A "suitable abstraction" (e.g., library or class) is closer to the application concepts than the bare language, leads to shorter and clearer code, and is likely to be better tested.
10229 ##### Example
10231     vector<string> read1(istream& is)   // good
10232     {
10233         vector<string> res;
10234         for (string s; is >> s;)
10235             res.push_back(s);
10236         return res;
10237     }
10239 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10241     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10242     {
10243         auto res = new char*[maxelem];
10244         int elemcount = 0;
10245         while (is && elemcount < maxelem) {
10246             auto s = new char[maxstring];
10247             is.read(s, maxstring);
10248             res[elemcount++] = s;
10249         }
10250         nread = &elemcount;
10251         return res;
10252     }
10254 Once the checking for overflow and error handling has been added that code gets quite messy, and there is the problem remembering to `delete` the returned pointer and the C-style strings that array contains.
10256 ##### Enforcement
10258 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
10260 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
10262 Duplicated or otherwise redundant code obscures intent, makes it harder to understand the logic, and makes maintenance harder, among other problems. It often arises from cut-and-paste programming.
10264 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
10266 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
10268 ##### Example
10270     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
10271     {
10272         if (flag) {
10273             x();
10274             y();
10275         }
10276         else {
10277             x();
10278             z();
10279         }
10280     }
10282     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10283     {
10284         x();
10286         if (flag)
10287             y();
10288         else
10289             z();
10290     }
10293 ##### Enforcement
10295 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10296 * Code review
10298 ## ES.dcl: Declarations
10300 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10302 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10304 ##### Reason
10306 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10308 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10310 ##### Example
10312     void use()
10313     {
10314         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10315         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10316         // no intended use of i here
10317         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10319         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10320             // ... deal with Circle ...
10321         }
10322         else {
10323             // ... handle error ...
10324         }
10325     }
10327 ##### Example, bad
10329     void use(const string& name)
10330     {
10331         string fn = name + ".txt";
10332         ifstream is {fn};
10333         Record r;
10334         is >> r;
10335         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10336     }
10338 This function is by most measures too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
10339 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10340 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10342     Record load_record(const string& name)
10343     {
10344         string fn = name + ".txt";
10345         ifstream is {fn};
10346         Record r;
10347         is >> r;
10348         return r;
10349     }
10351     void use(const string& name)
10352     {
10353         Record r = load_record(name);
10354         // ... 200 lines of code ...
10355     }
10357 ##### Enforcement
10359 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10360 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10362 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10364 ##### Reason
10366 Readability.
10367 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10368 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10369 Minimize resource retention.
10371 ##### Example
10373     void use()
10374     {
10375         for (string s; cin >> s;)
10376             v.push_back(s);
10378         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10379             // ...
10380         }
10382         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10383             // ... deal with Circle ...
10384         }
10385         else {
10386             // ... handle error ...
10387         }
10388     }
10390 ##### Example, don't
10392     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10393     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10394         // ...
10395     }
10396     // j is still visible here and isn't needed
10398 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10400 ##### Enforcement
10402 * Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10403 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10405 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10406 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10408 ##### C++17 and C++20 example
10410 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10412     map<int, string> mymap;
10414     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10415         // insert succeeded, and result is valid for this block
10416         use(result.first);  // ok
10417         // ...
10418     } // result is destroyed here
10420 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10422 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10423 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10425 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10427 ##### Reason
10429 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10431 ##### Example
10433 Conventional short, local names increase readability:
10435     template<typename T>    // good
10436     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10437     {
10438         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10439             os << v[i] << '\n';
10440     }
10442 An index is conventionally called `i` and there is no hint about the meaning of the vector in this generic function, so `v` is as good name as any. Compare
10444     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10445     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10446     {
10447         for (gsl::index current_element_index = 0;
10448              current_element_index < current_vector.size();
10449              ++current_element_index
10450         )
10451         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10452     }
10454 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10456 ##### Example
10458 Unconventional and short non-local names obscure code:
10460     void use1(const string& s)
10461     {
10462         // ...
10463         tt(s);   // bad: what is tt()?
10464         // ...
10465     }
10467 Better, give non-local entities readable names:
10469     void use1(const string& s)
10470     {
10471         // ...
10472         trim_tail(s);   // better
10473         // ...
10474     }
10476 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10478 ##### Example, bad
10480 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10482     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10483     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10484     // vi placing (name, index) pairs into out
10485     {
10486         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10487     }
10489 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10491 ##### Enforcement
10493 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10495 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10497 ##### Reason
10499 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10501 ##### Example, bad
10503     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10505 ##### Example, bad
10507 Do not declare a non-type with the same name as a type in the same scope. This removes the need to disambiguate with a keyword such as `struct` or `enum`. It also removes a source of errors, as `struct X` can implicitly declare `X` if lookup fails.
10509     struct foo { int n; };
10510     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10511     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10513 ##### Exception
10515 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10517 ##### Enforcement
10519 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10520 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10522 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10524 ##### Reason
10526 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10528 ##### Example
10530     // somewhere in some header:
10531     #define NE !=
10533     // somewhere else in some other header:
10534     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10536     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10537     switch (direction) {
10538     case N:
10539         // ...
10540     case NE:
10541         // ...
10542     // ...
10543     }
10545 ##### Note
10547 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10549 ##### Enforcement
10551 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10553 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10555 ##### Reason
10557 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10558 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10559 comment.
10561 ##### Example, bad
10563     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10565 ##### Exception
10567 A function declaration can contain several function argument declarations.
10569 ##### Exception
10571 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10573     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10574     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10576 ##### Example
10578     template<class InputIterator, class Predicate>
10579     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10581 or better using concepts:
10583     bool any_of(input_iterator auto first, input_iterator auto last, predicate auto pred);
10585 ##### Example
10587     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10591     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10592         double x,     // base value
10593         int n         // exponent
10594     );
10598     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10599     double scalbn(double base, int exponent);
10601 ##### Example
10603     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10605 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10607 ##### Enforcement
10609 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10611 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10613 ##### Reason
10615 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10616 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10617 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10619 ##### Example
10621 Consider:
10623     auto p = v.begin();      // vector<DataRecord>::iterator
10624     auto z1 = v[3];          // makes copy of DataRecord
10625     auto& z2 = v[3];         // avoids copy
10626     const auto& z3 = v[3];   // const and avoids copy
10627     auto h = t.future();
10628     auto q = make_unique<int[]>(s);
10629     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10631 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10633 ##### Example
10635     template<class T>
10636     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10638 ##### Exception
10640 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10642 ##### Example
10644     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10645     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10647 ##### Note
10649 As of C++20, we can (and should) use concepts to be more specific about the type we are deducing:
10651     // ...
10652     forward_iterator auto p = algo(x, y, z);
10654 ##### Example (C++17)
10656     std::set<int> values;
10657     // ...
10658     auto [ position, newly_inserted ] = values.insert(5);   // break out the members of the std::pair
10660 ##### Enforcement
10662 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10664 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10666 ##### Reason
10668 It is easy to get confused about which variable is used.
10669 Can cause maintenance problems.
10671 ##### Example, bad
10673     int d = 0;
10674     // ...
10675     if (cond) {
10676         // ...
10677         d = 9;
10678         // ...
10679     }
10680     else {
10681         // ...
10682         int d = 7;
10683         // ...
10684         d = value_to_be_returned;
10685         // ...
10686     }
10688     return d;
10690 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10691 This is a known source of bugs.
10692 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10694 ##### Note
10696 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10698 ##### Example
10700 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10702     void f(int x)
10703     {
10704         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10706         if (x) {
10707             int x = 7;  // allowed, but bad
10708             // ...
10709         }
10710     }
10712 ##### Example, bad
10714 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10716     struct S {
10717         int m;
10718         void f(int x);
10719     };
10721     void S::f(int x)
10722     {
10723         m = 7;    // assign to member
10724         if (x) {
10725             int m = 9;
10726             // ...
10727             m = 99; // assign to local variable
10728             // ...
10729         }
10730     }
10732 ##### Exception
10734 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10736     struct B {
10737         void f(int);
10738     };
10740     struct D : B {
10741         void f(double);
10742         using B::f;
10743     };
10745 This is error-prone.
10746 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10748 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10750 ##### Enforcement
10752 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10753 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10754 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10755 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10757 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10759 ##### Reason
10761 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10762 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10763 Simplify refactoring.
10765 ##### Example
10767     void use(int arg)
10768     {
10769         int i;   // bad: uninitialized variable
10770         // ...
10771         i = 7;   // initialize i
10772     }
10774 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10776     void use(int arg)   // OK
10777     {
10778         int i = 7;   // OK: initialized
10779         string s;    // OK: default initialized
10780         // ...
10781     }
10783 ##### Note
10785 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10786 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10788 * It leads to less readable code
10789 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10790 * It leads to harder to read code
10791 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10792 * It hampers refactoring
10794 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10796 ##### Example
10798 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10800     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10801     widget j;
10803     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10804         i = f1();
10805         j = f2();
10806     }
10807     else {
10808         i = f3();
10809         j = f4();
10810     }
10812 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10813 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10814 A popular reason for such examples is "efficiency", but a compiler that can detect whether we made a used-before-set error can also eliminate any redundant double initialization.
10816 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10818     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10819     {
10820         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4()};
10821     }
10823     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10825 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10826 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10828     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10830 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10832     widget i = uninit;  // bad
10833     widget j = uninit;
10835     // ...
10836     use(i);         // possibly used before set
10837     // ...
10839     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10840         i = f1();
10841         j = f2();
10842     }
10843     else {
10844         i = f3();
10845         j = f4();
10846     }
10848 Now the compiler cannot even simply detect a used-before-set. Further, we've introduced complexity in the state space for widget: which operations are valid on an `uninit` widget and which are not?
10850 ##### Note
10852 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10853 It has also been a major source of errors and complexity.
10854 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10856 ##### Example
10858 This rule covers member variables.
10860     class X {
10861     public:
10862         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10863         // ...
10865     private:
10866         int m1 = 7;
10867         int m2;
10868         int m3;
10870         const int cm1 = 7;
10871         const int cm2;
10872         const int cm3;
10873     };
10875 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10876 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10877 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10879 ##### Exception
10881 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10882 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10884     constexpr int max = 8 * 1024;
10885     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10886     f.read(buf, max);
10888 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10889 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10891     constexpr int max = 8 * 1024;
10892     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10893     f.read(buf, max);
10895 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10897 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10899     string s;   // s is default initialized to ""
10900     cin >> s;   // s expands to hold the string
10902 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10904     int i;   // bad
10905     // ...
10906     cin >> i;
10908 In the not uncommon case where the input target and the input operation get separated (as they should not) the possibility of used-before-set opens up.
10910     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10911     // ...
10912     cin >> i2;
10914 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10917 ##### Note
10919 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10921     error_code ec;
10922     Value v = [&] {
10923         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10924         ec = p.first;
10925         return p.second;
10926     }();
10928 or maybe:
10930     Value v = [] {
10931         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10932         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10933         return p.second;
10934     }();
10936 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10938 ##### Enforcement
10940 * Flag every uninitialized variable.
10941   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10942 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10943   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10945 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10947 ##### Reason
10949 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
10951 ##### Example
10953     int x = 7;
10954     // ... no use of x here ...
10955     ++x;
10957 ##### Enforcement
10959 Flag declarations that are distant from their first use.
10961 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
10963 ##### Reason
10965 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
10967 ##### Example, bad
10969     string s;
10970     // ... no use of s here ...
10971     s = "what a waste";
10973 ##### Example, bad
10975     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
10977     if (cond)   // some non-trivial condition
10978         Set(&var);
10979     else if (cond2 || !cond3) {
10980         var = Set2(3.14);
10981     }
10982     else {
10983         var = 0;
10984         for (auto& e : something)
10985             var += e;
10986     }
10988     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
10990 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
10991 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
10992 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
10994 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
10996 ##### Enforcement
10998 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
10999 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
11001 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
11003 ##### Reason
11005 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
11007 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
11009 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
11011 ##### Example
11013     int x {f(99)};
11014     int y = x;
11015     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
11017 ##### Exception
11019 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
11021     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
11022     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
11024     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
11025     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 elements with the values 1 and 2
11027 ##### Note
11029 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions (and that is usually a good thing) and allow explicit constructors (which is fine, we're intentionally initializing a new variable).
11031 ##### Example
11033     int x {7.9};   // error: narrowing
11034     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
11035     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
11037 ##### Note
11039 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
11041     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
11042     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
11043         // ...
11044     };
11045     X var {};   // initialize var to be empty
11046     struct S {
11047         int m {7};   // default initializer for a member
11048         // ...
11049     };
11051 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
11052 (though there unfortunately are a few irregularities left).
11054 ##### Note
11056 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
11057 The C++17 rules are somewhat less surprising:
11059     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
11060     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
11062     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
11063     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
11065 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
11067     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
11069 ##### Note
11071 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
11072 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
11073 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
11075     struct Z { explicit Z() {} };
11077     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
11078     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
11080 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
11082 ##### Example
11084     template<typename T>
11085     void f()
11086     {
11087         T x1(1);    // T initialized with 1
11088         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
11090         T y1 {1};   // T initialized with 1
11091         T y0 {};    // default initialized T
11092         // ...
11093     }
11095 **See also**: [Discussion](#???)
11097 ##### Enforcement
11099 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
11100 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
11102 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
11104 ##### Reason
11106 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
11107 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
11108 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
11110 ##### Example
11112     void use(bool leak)
11113     {
11114         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
11115         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
11116         // ... no assignment to p2 ...
11117         if (leak) return;
11118         // ... no assignment to p2 ...
11119         vector<int> v(7);
11120         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
11121         // ...
11122     }
11124 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
11125 The same is the case when `at()` throws.
11127 ##### Enforcement
11129 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
11131 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
11133 ##### Reason
11135 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
11137 ##### Example
11139     void f(int n)
11140     {
11141         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
11142         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
11143         // ...
11144     }
11146 ##### Enforcement
11148 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
11149 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
11150 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
11152 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
11154 ##### Reason
11156 Readability and safety.
11158 ##### Example, bad
11160     void use()
11161     {
11162         int i;
11163         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
11164         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
11165     }
11167 ##### Note
11169 As an optimization, you might want to reuse a buffer as a scratch pad, but even then prefer to limit the variable's scope as much as possible and be careful not to cause bugs from data left in a recycled buffer as this is a common source of security bugs.
11171     void write_to_file()
11172     {
11173         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
11174         for (auto& o : objects) {
11175             // First part of the work.
11176             generate_first_string(buffer, o);
11177             write_to_file(buffer);
11179             // Second part of the work.
11180             generate_second_string(buffer, o);
11181             write_to_file(buffer);
11183             // etc...
11184         }
11185     }
11187 ##### Enforcement
11189 Flag recycled variables.
11191 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
11193 ##### Reason
11195 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
11196 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
11198 ##### Example, bad
11200     const int n = 7;
11201     int m = 9;
11203     void f()
11204     {
11205         int a1[n];
11206         int a2[m];   // error: not ISO C++
11207         // ...
11208     }
11210 ##### Note
11212 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
11213 There is a lot of such code.
11214 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
11215 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
11216 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
11218 ##### Example
11220     const int n = 7;
11221     int m = 9;
11223     void f()
11224     {
11225         array<int, n> a1;
11226         stack_array<int> a2(m);
11227         // ...
11228     }
11230 ##### Enforcement
11232 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
11233 * Flag arrays with non-local constant bounds
11235 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
11237 ##### Reason
11239 It nicely encapsulates local initialization, including cleaning up scratch variables needed only for the initialization, without needing to create a needless non-local yet non-reusable function. It also works for variables that should be `const` but only after some initialization work.
11241 ##### Example, bad
11243     widget x;   // should be const, but:
11244     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
11245         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11246     }                                        // needed to initialize x
11247     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
11249 ##### Example, good
11251     const widget x = [&] {
11252         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
11253         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
11254             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11255         }                                          // needed to initialize x
11256         return val;
11257     }();
11259 If at all possible, reduce the conditions to a simple set of alternatives (e.g., an `enum`) and don't mix up selection and initialization.
11261 ##### Enforcement
11263 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
11265 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
11267 ##### Reason
11269 Macros are a major source of bugs.
11270 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11271 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11272 Macros complicate tool building.
11274 ##### Example, bad
11276     #define Case break; case   /* BAD */
11278 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
11280 ##### Note
11282 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11284 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11286 ##### Note
11288 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11289 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11290 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11291 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11292 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11294     #define CAT(a, b) a ## b
11295     #define STRINGIFY(a) #a
11297     void f(int x, int y)
11298     {
11299         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11300         string sx2 = STRINGIFY(x);
11301         // ...
11302     }
11304 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11306     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
11308     enum E { a, b };
11310     template<int x>
11311     constexpr const char* stringify()
11312     {
11313         switch (x) {
11314         case a: return "a";
11315         case b: return "b";
11316         }
11317     }
11319     void f(int x, int y)
11320     {
11321         string sx = stringify<x>();
11322         // ...
11323     }
11325 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11327 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11329 ##### Enforcement
11331 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11333 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11335 ##### Reason
11337 Macros are a major source of bugs.
11338 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11339 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11340 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11341 Macros complicate tool building.
11343 ##### Example, bad
11345     #define PI 3.14
11346     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11348 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11350     constexpr double pi = 3.14;
11351     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11353 ##### Enforcement
11355 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11357 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11359 ##### Reason
11361 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11363 ##### Example
11365     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11367     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11369 ##### Enforcement
11371 Scream when you see a lower case macro.
11373 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11375 ##### Reason
11377 Macros do not obey scope rules.
11379 ##### Example
11381     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11383     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11385 ##### Note
11387 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11388 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11389 If you are forced to use macros, use long names and supposedly unique prefixes (e.g., your organization's name) to lower the likelihood of a clash.
11391 ##### Enforcement
11393 Warn against short macro names.
11395 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11397 ##### Reason
11399 Not type safe.
11400 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11402 ##### Example
11404     #include <cstdarg>
11406     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11407     void error(int severity ...)
11408     {
11409         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11410         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11412         for (;;) {
11413             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11414             char* p = va_arg(ap, char*);
11415             if (!p) break;
11416             cerr << p << ' ';
11417         }
11419         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11421         cerr << '\n';
11422         if (severity) exit(severity);
11423     }
11425     void use()
11426     {
11427         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11428         error(7); // crash
11429         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11430         const char* is = "is";
11431         string an = "an";
11432         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11433     }
11435 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11437     #include <iostream>
11439     void error(int severity)
11440     {
11441         std::cerr << '\n';
11442         std::exit(severity);
11443     }
11445     template<typename T, typename... Ts>
11446     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11447     {
11448         std::cerr << head;
11449         error(severity, tail...);
11450     }
11452     void use()
11453     {
11454         error(7); // No crash!
11455         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11457         std::string an = "an";
11458         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11460         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11461     }
11464 ##### Note
11466 This is basically the way `printf` is implemented.
11468 ##### Enforcement
11470 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11471 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11474 ## ES.expr: Expressions
11476 Expressions manipulate values.
11478 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11480 ##### Reason
11482 Complicated expressions are error-prone.
11484 ##### Example
11486     // bad: assignment hidden in subexpression
11487     while ((c = getc()) != -1)
11489     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11490     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11492     // better, but possibly still too complicated
11493     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11495     // OK: if i and j are not aliased
11496     int x = ++i + ++j;
11498     // OK: if i != j and i != k
11499     v[i] = v[j] + v[k];
11501     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11502     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11504     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11505     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11507     // bad: undefined behavior
11508     x = x++ + x++ + ++x;
11510 Some of these expressions are unconditionally bad (e.g., they rely on undefined behavior). Others are simply so complicated and/or unusual that even good programmers could misunderstand them or overlook a problem when in a hurry.
11512 ##### Note
11514 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11515 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11516 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11518 ##### Note
11520 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11522 ##### Example
11524     x = k * y + z;             // OK
11526     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11527     x = t1 + z;
11529     if (0 <= x && x < max)   // OK
11531     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11532     auto t2 = x < max;
11533     if (t1 && t2)            // ...
11535 ##### Enforcement
11537 Tricky. How complicated must an expression be to be considered complicated? Writing computations as statements with one operation each is also confusing. Things to consider:
11539 * side effects: side effects on multiple non-local variables (for some definition of non-local) can be suspect, especially if the side effects are in separate subexpressions
11540 * writes to aliased variables
11541 * more than N operators (and what should N be?)
11542 * reliance of subtle precedence rules
11543 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11544 * implementation defined behavior?
11545 * ???
11547 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11549 ##### Reason
11551 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11553 ##### Example
11555     const unsigned int flag = 2;
11556     unsigned int a = flag;
11558     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11560 Note: We recommend that programmers know their precedence table for the arithmetic operations, the logical operations, but consider mixing bitwise logical operations with other operators in need of parentheses.
11562     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11564 ##### Note
11566 You should know enough not to need parentheses for:
11568     if (a < 0 || a <= max) {
11569         // ...
11570     }
11572 ##### Enforcement
11574 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11575 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11576 * ???
11578 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11580 ##### Reason
11582 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11584 ##### Note
11586 Use `gsl::span` instead.
11587 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11588 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11589 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11590 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11592 ##### Example, bad
11594     void f(int* p, int count)
11595     {
11596         if (count < 2) return;
11598         int* q = p + 1;    // BAD
11600         ptrdiff_t d;
11601         int n;
11602         d = (p - &n);      // OK
11603         d = (q - p);       // OK
11605         int n = *p++;      // BAD
11607         if (count < 6) return;
11609         p[4] = 1;          // BAD
11611         p[count - 1] = 2;  // BAD
11613         use(&p[0], 3);     // BAD
11614     }
11616 ##### Example, good
11618     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11619     {
11620         if (a.size() < 2) return;
11622         int n = a[0];      // OK
11624         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11626         if (a.size() < 6) return;
11628         a[4] = 1;          // OK
11630         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11632         use(a.data(), 3);  // OK
11633     }
11635 ##### Note
11637 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11638 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11639 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11640 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11642 ##### Example, bad
11644     void f(array<int, 10> a, int pos)
11645     {
11646         a[pos / 2] = 1; // BAD
11647         a[pos - 1] = 2; // BAD
11648         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11649         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11650     }
11652 ##### Example, good
11654 Use a `span`:
11656     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11657     {
11658         a[pos / 2] = 1; // OK
11659         a[pos - 1] = 2; // OK
11660     }
11662     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11663     {
11664         span<int> a = {arr.data(), pos};
11665         a[pos / 2] = 1; // OK
11666         a[pos - 1] = 2; // OK
11667     }
11669 Use `at()`:
11671     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11672     {
11673         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11674         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11675     }
11677 ##### Example, bad
11679     void f()
11680     {
11681         int arr[COUNT];
11682         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11683             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11684     }
11686 ##### Example, good
11688 Use a `span`:
11690     void f1()
11691     {
11692         int arr[COUNT];
11693         span<int> av = arr;
11694         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11695             av[i] = i;
11696     }
11698 Use a `span` and range-`for`:
11700     void f1a()
11701     {
11702          int arr[COUNT];
11703          span<int, COUNT> av = arr;
11704          int i = 0;
11705          for (auto& e : av)
11706              e = i++;
11707     }
11709 Use `at()` for access:
11711     void f2()
11712     {
11713         int arr[COUNT];
11714         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11715             at(arr, i) = i;
11716     }
11718 Use a range-`for`:
11720     void f3()
11721     {
11722         int arr[COUNT];
11723         int i = 0;
11724         for (auto& e : arr)
11725              e = i++;
11726     }
11728 ##### Note
11730 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11732     static int a[10];
11734     void f(int i, int j)
11735     {
11736         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11737         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11738     }
11740 ##### Example
11742 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11744     void g(int* p);
11746     void f()
11747     {
11748         int a[5];
11749         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11750         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11751     }
11753 If you want to pass an array, say so:
11755     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11757     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11759     void f2()
11760     {
11761         int a[5];
11762         span<int> av = a;
11764         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11765         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11766     }
11768 ##### Enforcement
11770 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11771 * Flag any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression with a value between `0` and the upper bound of the array.
11772 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11774 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11777 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11779 ##### Reason
11781 You have no idea what such code does. Portability.
11782 Even if it does something sensible for you, it might do something different on another compiler (e.g., the next release of your compiler) or with a different optimizer setting.
11784 ##### Note
11786 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11787 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11789 However, remember that your code might be compiled with a pre-C++17 compiler (e.g., through cut-and-paste) so don't be too clever.
11791 ##### Example
11793     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11795 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11797 ##### Enforcement
11799 Can be detected by a good analyzer.
11801 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11803 ##### Reason
11805 Because that order is unspecified.
11807 ##### Note
11809 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11811 ##### Example
11813     int i = 0;
11814     f(++i, ++i);
11816 Before C++17, the behavior is undefined, so the behavior could be anything (e.g., `f(2, 2)`).
11817 Since C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first. The call will be `f(1, 2)` or `f(2, 1)`, but you don't know which.
11819 ##### Example
11821 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11823     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11824     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11826 In C++17, these examples work as expected (left to right) and assignments are evaluated right to left (just as ='s binding is right-to-left)
11828     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11830 ##### Enforcement
11832 Can be detected by a good analyzer.
11834 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11836 ##### Reason
11838 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11840 ##### Example
11842     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11843         cout << month[m] << '\n';
11845 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11847     // months are indexed 1..12
11848     constexpr int first_month = 1;
11849     constexpr int last_month = 12;
11851     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11852         cout << month[m] << '\n';
11854 Better still, don't expose constants:
11856     for (auto m : month)
11857         cout << m << '\n';
11859 ##### Enforcement
11861 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11863 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11865 ##### Reason
11867 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11869 ##### Example, bad
11871 A key example is basic narrowing:
11873     double d = 7.9;
11874     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11875     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11877     void f(int x, long y, double d)
11878     {
11879         char c1 = x;   // bad: narrowing
11880         char c2 = y;   // bad: narrowing
11881         char c3 = d;   // bad: narrowing
11882     }
11884 ##### Note
11886 The guidelines support library offers a `narrow_cast` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away legal values:
11888     i = gsl::narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11889     i = gsl::narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11891 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11893     double d = -7.9;
11894     unsigned u = 0;
11896     u = d;                               // bad: narrowing
11897     u = gsl::narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11898     u = gsl::narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11900 ##### Note
11902 This rule does not apply to [contextual conversions to bool](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#Contextual_conversions):
11904     if (ptr) do_something(*ptr);   // OK: ptr is used as a condition
11905     bool b = ptr;                  // bad: narrowing
11907 ##### Enforcement
11909 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11911 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11912 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11913 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11915 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11917 ##### Reason
11919 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11920 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11921 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11922 or `0`.
11924 ##### Example
11926 Consider:
11928     void f(int);
11929     void f(char*);
11930     f(0);         // call f(int)
11931     f(nullptr);   // call f(char*)
11933 ##### Enforcement
11935 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
11937 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11939 ##### Reason
11941 Casts are a well-known source of errors and make some optimizations unreliable.
11943 ##### Example, bad
11945     double d = 2;
11946     auto p = (long*)&d;
11947     auto q = (long long*)&d;
11948     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11950 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
11952     2 0 4611686018427387904
11954 Adding
11956     *q = 666;
11957     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11959 I got
11961     3.29048e-321 666 666
11963 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
11965 ##### Note
11967 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
11968 or that writing a cast makes the program "easier to read".
11969 In fact, they often disable the general rules for using values.
11970 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
11971 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
11973 ##### Notes
11975 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
11976 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
11977 are seriously overused as well as a major source of errors.
11979 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
11981 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
11983 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
11984 If you deliberately want to discard such a result, first think hard about whether that is really a good idea (there is usually a good reason the author of the function or of the return type used `[[nodiscard]]` in the first place).
11985 If you still think it's appropriate and your code reviewer agrees, use `std::ignore =` to turn off the warning which is simple, portable, and easy to grep.
11987 ##### Alternatives
11989 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
11991 * Use templates
11992 * Use `std::variant`
11993 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
11994 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
11996 ##### Enforcement
11998 * Flag all C-style casts, including to `void`.
11999 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12000 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
12001 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
12003 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
12005 ##### Reason
12007 Readability. Error avoidance.
12008 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
12010 The named casts are:
12012 * `static_cast`
12013 * `const_cast`
12014 * `reinterpret_cast`
12015 * `dynamic_cast`
12016 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
12017 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
12018 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12019 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12021 ##### Example
12023     class B { /* ... */ };
12024     class D { /* ... */ };
12026     template<typename D> D* upcast(B* pb)
12027     {
12028         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
12029         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
12030         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
12031         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
12032         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
12033         // ...
12034     }
12036 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
12037 The C-style cast is dangerous because it can do any kind of conversion, depriving us of any protection from mistakes (now or in the future).
12039 ##### Note
12041 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
12042 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
12044     double d {some_float};
12045     int64_t i {some_int32};
12047 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
12048 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
12049 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
12050 for example.)
12052 ##### Note
12054 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
12056     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
12059 ##### Enforcement
12061 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12062 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12063 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
12064 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
12066 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
12068 ##### Reason
12070 It makes a lie out of `const`.
12071 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
12073 ##### Example, bad
12075     void f(const int& x)
12076     {
12077         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
12078     }
12080     static int i = 0;
12081     static const int j = 0;
12083     f(i); // silent side effect
12084     f(j); // undefined behavior
12086 ##### Example
12088 Sometimes, you might be tempted to resort to `const_cast` to avoid code duplication, such as when two accessor functions that differ only in `const`-ness have similar implementations. For example:
12090     class Bar;
12092     class Foo {
12093     public:
12094         // BAD, duplicates logic
12095         Bar& get_bar()
12096         {
12097             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
12098         }
12100         const Bar& get_bar() const
12101         {
12102             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
12103         }
12104     private:
12105         Bar my_bar;
12106     };
12108 Instead, prefer to share implementations. Normally, you can just have the non-`const` function call the `const` function. However, when there is complex logic this can lead to the following pattern that still resorts to a `const_cast`:
12110     class Foo {
12111     public:
12112         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
12113         Bar& get_bar()
12114         {
12115             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
12116         }
12117         const Bar& get_bar() const
12118         {
12119             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
12120         }
12121     private:
12122         Bar my_bar;
12123     };
12125 Although this pattern is safe when applied correctly, because the caller must have had a non-`const` object to begin with, it's not ideal because the safety is hard to enforce automatically as a checker rule.
12127 Instead, prefer to put the common code in a common helper function -- and make it a template so that it deduces `const`. This doesn't use any `const_cast` at all:
12129     class Foo {
12130     public:                         // good
12131               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
12132         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
12133     private:
12134         Bar my_bar;
12136         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
12137         static auto& get_bar_impl(T& t)
12138             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
12139     };
12141 Note: Don't do large non-dependent work inside a template, which leads to code bloat. For example, a further improvement would be if all or part of `get_bar_impl` can be non-dependent and factored out into a common non-template function, for a potentially big reduction in code size.
12143 ##### Exception
12145 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
12146 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
12148 ##### Example
12150 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
12151 Examples are caching, memoization, and precomputation.
12152 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
12154 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
12156     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
12158     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
12159     public:
12160         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
12161         void set(int x, int v);             // make y the value for x
12162         // ...
12163     private:
12164         // ...
12165     };
12167     class X {
12168     public:
12169         int get_val(int x)
12170         {
12171             auto p = cache.find(x);
12172             if (p.first) return p.second;
12173             int val = compute(x);
12174             cache.set(x, val); // insert value for x
12175             return val;
12176         }
12177         // ...
12178     private:
12179         Cache cache;
12180     };
12182 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
12183 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
12185     class X {   // Suspicious solution based on casting
12186     public:
12187         int get_val(int x) const
12188         {
12189             auto p = cache.find(x);
12190             if (p.first) return p.second;
12191             int val = compute(x);
12192             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
12193             return val;
12194         }
12195         // ...
12196     private:
12197         Cache cache;
12198     };
12200 Fortunately, there is a better solution:
12201 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
12203     class X {   // better solution
12204     public:
12205         int get_val(int x) const
12206         {
12207             auto p = cache.find(x);
12208             if (p.first) return p.second;
12209             int val = compute(x);
12210             cache.set(x, val);
12211             return val;
12212         }
12213         // ...
12214     private:
12215         mutable Cache cache;
12216     };
12218 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
12220     class X {   // OK, but slightly messier solution
12221     public:
12222         int get_val(int x) const
12223         {
12224             auto p = cache->find(x);
12225             if (p.first) return p.second;
12226             int val = compute(x);
12227             cache->set(x, val);
12228             return val;
12229         }
12230         // ...
12231     private:
12232         unique_ptr<Cache> cache;
12233     };
12235 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
12236 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
12238 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
12240 ##### Enforcement
12242 * Flag `const_cast`s.
12243 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
12245 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
12247 ##### Reason
12249 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
12251 ##### Example
12253     for (auto& x : v)      // print all elements of v
12254         cout << x << '\n';
12256     auto p = find(v, x);   // find x in v
12258 ##### Enforcement
12260 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
12262 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
12264 ##### Reason
12266 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
12268 A move typically leaves behind an empty object ([C.64](#Rc-move-semantic)), which can be surprising or even dangerous, so we try to avoid moving from lvalues (they might be accessed later).
12270 ##### Notes
12272 Moving is done implicitly when the source is an rvalue (e.g., value in a `return` treatment or a function result), so don't pointlessly complicate code in those cases by writing `move` explicitly. Instead, write short functions that return values, and both the function's return and the caller's accepting of the return will be optimized naturally.
12274 In general, following the guidelines in this document (including not making variables' scopes needlessly large, writing short functions that return values, returning local variables) help eliminate most need for explicit `std::move`.
12276 Explicit `move` is needed to explicitly move an object to another scope, notably to pass it to a "sink" function and in the implementations of the move operations themselves (move constructor, move assignment operator) and swap operations.
12278 ##### Example, bad
12280     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
12282     void user()
12283     {
12284         X x;
12285         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
12286         sink(x);
12287         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
12288         sink(std::move(x));
12290         // ...
12292         // probably a mistake
12293         use(x);
12294     }
12296 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12297 And after you do that, assume the object has been moved from (see [C.64](#Rc-move-semantic)) and don't read its state again until you first set it to a new value.
12299     void f()
12300     {
12301         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12303         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12304         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12306         // bad, if you want to keep using s1's value
12307         string s3 = move(s1);
12309         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12310         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12311     }
12313 ##### Example
12315     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12317     void f()
12318     {
12319         auto w = make_unique<widget>();
12320         // ...
12321         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12322         // ...
12323         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12324     }
12326 ##### Notes
12328 `std::move()` is a cast to `&&` in disguise; it doesn't itself move anything, but marks a named object as a candidate that can be moved from.
12329 The language already knows the common cases where objects can be moved from, especially when returning values from functions, so don't complicate code with redundant `std::move()`'s.
12331 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12332 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12333 In general, don't complicate your code without reason (??).
12334 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12336 ##### Example, bad
12338     vector<int> make_vector()
12339     {
12340         vector<int> result;
12341         // ... load result with data
12342         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12343     }
12345 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12346 Writing `move` in this code won't help, and can actually be detrimental because on some compilers it interferes with RVO (the return value optimization) by creating an additional reference alias to the local variable.
12349 ##### Example, bad
12351     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12353 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12354 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12356 ##### Example
12358     void mover(X&& x)
12359     {
12360         call_something(std::move(x));         // ok
12361         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12362         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12363     }
12365     template<class T>
12366     void forwarder(T&& t)
12367     {
12368         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12369         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12370         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12371     }
12373 ##### Enforcement
12375 * Flag use of `std::move(x)` where `x` is an rvalue or the language will already treat it as an rvalue, including `return std::move(local_variable);` and `std::move(f())` on a function that returns by value.
12376 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12377 * Flag a `std::move`s argument passed to a parameter, except when the parameter type is an `X&&` rvalue reference or the type is move-only and the parameter is passed by value.
12378 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12379 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference to non-const. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
12380 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a non-template parameter type). Use `std::move` instead.
12381 * Flag when `std::forward` is applied to other than a forwarding reference. (More general case of the previous rule to cover the non-moving cases.)
12382 * Flag when an object is potentially moved from and the next operation is a `const` operation; there should first be an intervening non-`const` operation, ideally assignment, to first reset the object's value.
12384 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12386 ##### Reason
12388 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12390 ##### Note
12392 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12394 ##### Example, bad
12396     void f(int n)
12397     {
12398         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12399         // ...
12400         delete[] p;
12401     }
12403 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12405 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12407 ##### Enforcement
12409 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12411 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12413 ##### Reason
12415 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12417 ##### Example, bad
12419     void f(int n)
12420     {
12421         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12422         // ...
12423         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12424     }
12426 ##### Note
12428 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12430 ##### Enforcement
12432 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12433 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12435 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12437 ##### Reason
12439 The result of doing so is undefined.
12441 ##### Example, bad
12443     void f()
12444     {
12445         int a1[7];
12446         int a2[9];
12447         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12448         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12449     }
12451 ##### Note
12453 This example has many more problems.
12455 ##### Enforcement
12459 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12461 ##### Reason
12463 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12464 the object was meant to be considered as a whole.
12465 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12467 ##### Example
12469     class Shape { /* ... */ };
12470     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12472     Circle c {{0, 0}, 42};
12473     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12474     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12476     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12477     {
12478         dest = src;
12479     }
12480     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12481     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12482     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12483                      // but this will likely return false
12485 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12486 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12488 ##### Alternative
12490 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12491 This saves readers from confusion.
12492 For example:
12494     class Smiley : public Circle {
12495         public:
12496         Circle copy_circle();
12497         // ...
12498     };
12500     Smiley sm { /* ... */ };
12501     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12502     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12504 ##### Enforcement
12506 Warn against slicing.
12508 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12510 ##### Reason
12512 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12513 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12514 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12515 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12517 ##### Example
12519 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12521     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12522     {
12523         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12524         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12525         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12526         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12528         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12529         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12530         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12531         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12533         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12534         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12535         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12536         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12537     }
12539 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12540 between platforms with different integer and pointer sizes.
12542 ##### Note
12544 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12546 ##### Note
12548 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12550     complex<double> f(complex<double>);
12552     auto z = f({2*pi, 1});
12554 ##### Note
12556 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12558 ##### Exception
12560 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12561 Consider:
12563     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12564     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12565     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12567 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12569     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12571 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12572 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12573 must be resolved.
12574 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12576 This mistake need not be repeated in new code.
12577 We can define a type to represent the number of elements:
12579     struct Count { int n; };
12581     template<typename T>
12582     class Vector {
12583     public:
12584         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12585         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12586         // ...
12587     };
12589     Vector<int> v1{10};
12590     Vector<int> v2{Count{10}};
12591     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12593 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12595 ##### Enforcement
12597 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12600 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12602 ##### Reason
12604 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12605 wrong results, or memory corruption.
12607 ##### Note
12609 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12610 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12611 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12613 **See also**:
12615 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12616 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12617 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12618 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12619 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12620 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12623 ##### Example
12625     void f()
12626     {
12627         int x = 0;
12628         int* p = &x;
12630         if (condition()) {
12631             int y = 0;
12632             p = &y;
12633         } // invalidates p
12635         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12636     }
12638 To resolve the problem, either extend the lifetime of the object the pointer is intended to refer to, or shorten the lifetime of the pointer (move the dereference to before the pointed-to object's lifetime ends).
12640     void f1()
12641     {
12642         int x = 0;
12643         int* p = &x;
12645         int y = 0;
12646         if (condition()) {
12647             p = &y;
12648         }
12650         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12651     }
12653 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12655 ##### Example
12657     void f(int* p)
12658     {
12659         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12660     }
12662 There is a huge amount of such code.
12663 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12664 Consequently, this is also a major source of errors.
12665 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12667     void f1(int* p) // deal with nullptr
12668     {
12669         if (!p) {
12670             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12671         }
12672         int x = *p;
12673     }
12675 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12677 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12678 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12679 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12681 <!-- comment needed for code block after list -->
12682     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12683     {
12684         assert(p);
12685         int x = *p;
12686     }
12688 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12689 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12691     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12692         [[expects: p]]
12693     {
12694         int x = *p;
12695     }
12697 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12699     void f(not_null<int*> p)
12700     {
12701         int x = *p;
12702     }
12704 These remedies take care of `nullptr` only.
12705 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12707 ##### Example
12709     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12710     {
12711         delete p;
12712     }
12714     void g()        // old code: uses naked new
12715     {
12716         auto q = new int{7};
12717         f(q);
12718         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12719     }
12721 ##### Example
12723     void f()
12724     {
12725         vector<int> v(10);
12726         int* p = &v[5];
12727         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12728         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12729     }
12731 ##### Enforcement
12733 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12735 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12736 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12737 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12738 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12741 ## ES.stmt: Statements
12743 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12745 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12747 ##### Reason
12749 * Readability.
12750 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12751 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12753 ##### Example
12755     void use(int n)
12756     {
12757         switch (n) {   // good
12758         case 0:
12759             // ...
12760             break;
12761         case 7:
12762             // ...
12763             break;
12764         default:
12765             // ...
12766             break;
12767         }
12768     }
12770 rather than:
12772     void use2(int n)
12773     {
12774         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12775             // ...
12776         else if (n == 7)
12777             // ...
12778     }
12780 ##### Enforcement
12782 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12784 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12786 ##### Reason
12788 Readability. Error prevention. Efficiency.
12790 ##### Example
12792     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12793         cout << v[i] << '\n';
12795     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12796         cout << *p << '\n';
12798     for (auto& x : v)    // OK
12799         cout << x << '\n';
12801     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12802         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12804     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12805         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12807     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12808         if (i % 2 != 0)
12809             cout << v[i] << '\n'; // output odd elements
12810     }
12812 A human or a good static analyzer might determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
12814 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12816 ##### Note
12818 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12820     for (string s : vs) // ...
12822 This will copy each element of `vs` into `s`. Better:
12824     for (string& s : vs) // ...
12826 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12828     for (const string& s : vs) // ...
12830 ##### Enforcement
12832 Look at loops, if a traditional loop just looks at each element of a sequence, and there are no side effects on what it does with the elements, rewrite the loop to a ranged-`for` loop.
12834 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12836 ##### Reason
12838 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12840 ##### Example
12842     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12843         // do work
12844     }
12846 ##### Example, bad
12848     int i = 0;
12849     while (i < vec.size()) {
12850         // do work
12851         i++;
12852     }
12854 ##### Enforcement
12858 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12860 ##### Reason
12862 Readability.
12864 ##### Example
12866     int events = 0;
12867     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12868         // ...
12869     }
12871 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12872 Better
12874     int events = 0;
12875     while (wait_for_event()) {      // better
12876         ++events;
12877         // ...
12878     }
12880 ##### Enforcement
12882 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12884 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12886 See [ES.6](#Res-cond)
12888 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12890 ##### Reason
12892 Readability, avoidance of errors.
12893 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12895 ##### Example
12897     int x;
12898     do {
12899         cin >> x;
12900         // ...
12901     } while (x < 0);
12903 ##### Note
12905 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12907 ##### Enforcement
12909 Flag `do`-statements.
12911 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12913 ##### Reason
12915 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12917 ##### Exception
12919 Breaking out of a nested loop.
12920 In that case, always jump forwards.
12922     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12923         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12924             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12925             // ...
12926         }
12927     finished:
12928     // ...
12930 ##### Example, bad
12932 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12934     void f()
12935     {
12936         // ...
12937             goto exit;
12938         // ...
12939             goto exit;
12940         // ...
12941     exit:
12942         // ... common cleanup code ...
12943     }
12945 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12946 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12947 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12948 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
12950 ##### Enforcement
12952 * Flag `goto`. Better still flag all `goto`s that do not jump from a nested loop to the statement immediately after a nest of loops.
12954 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
12956 ##### Reason
12958  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
12960  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
12961  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
12963 ##### Example
12965     switch(x) {
12966     case 1 :
12967         while (/* some condition */) {
12968             // ...
12969         break;
12970         } // Oops! break switch or break while intended?
12971     case 2 :
12972         // ...
12973         break;
12974     }
12976 ##### Alternative
12978 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
12980     //Original code: break inside loop
12981     void use1()
12982     {
12983         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
12984         T value;
12985         for (const T item : vec) {
12986             if (/* some condition*/) {
12987                 value = item;
12988                 break;
12989             }
12990         }
12991         /* then do something with value */
12992     }
12993     
12994     //BETTER: create a function and return inside loop
12995     T search(const std::vector<T> &vec)
12996     {
12997         for (const T &item : vec) {
12998             if (/* some condition*/) return item;
12999         }
13000         return T(); //default value
13001     }
13002     
13003     void use2()
13004     {
13005         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13006         T value = search(vec);
13007         /* then do something with value */
13008     }
13010 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
13012     for (int item : vec) {  // BAD
13013         if (item%2 == 0) continue;
13014         if (item == 5) continue;
13015         if (item > 10) continue;
13016         /* do something with item */
13017     }
13018     
13019     for (int item : vec) {  // GOOD
13020         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
13021             /* do something with item */
13022         }
13023     }
13025 ##### Note
13027 If you really need to break out a loop, a `break` is typically better than alternatives such as [modifying the loop variable](#Res-loop-counter) or a [`goto`](#Res-goto):
13030 ##### Enforcement
13034 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
13036 ##### Reason
13038 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
13039 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
13041 ##### Example
13043     switch (eventType) {
13044     case Information:
13045         update_status_bar();
13046         break;
13047     case Warning:
13048         write_event_log();
13049         // Bad - implicit fallthrough
13050     case Error:
13051         display_error_window();
13052         break;
13053     }
13055 Multiple case labels of a single statement is OK:
13057     switch (x) {
13058     case 'a':
13059     case 'b':
13060     case 'f':
13061         do_something(x);
13062         break;
13063     }
13065 Return statements in a case label are also OK:
13067     switch (x) {
13068     case 'a':
13069         return 1;
13070     case 'b':
13071         return 2;
13072     case 'c':
13073         return 3;
13074     }
13076 ##### Exceptions
13078 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
13080     switch (eventType) {
13081     case Information:
13082         update_status_bar();
13083         break;
13084     case Warning:
13085         write_event_log();
13086         [[fallthrough]];
13087     case Error:
13088         display_error_window();
13089         break;
13090     }
13092 ##### Note
13094 ##### Enforcement
13096 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
13099 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
13101 ##### Reason
13103  Code clarity.
13104  Improved opportunities for error detection.
13106 ##### Example
13108     enum E { a, b, c, d };
13110     void f1(E x)
13111     {
13112         switch (x) {
13113         case a:
13114             do_something();
13115             break;
13116         case b:
13117             do_something_else();
13118             break;
13119         default:
13120             take_the_default_action();
13121             break;
13122         }
13123     }
13125 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
13127 ##### Example
13129 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
13130 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
13132     void f2(E x)
13133     {
13134         switch (x) {
13135         case a:
13136             do_something();
13137             break;
13138         case b:
13139             do_something_else();
13140             break;
13141         default:
13142             // do nothing for the rest of the cases
13143             break;
13144         }
13145     }
13147 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
13149     void f2(E x)
13150     {
13151         switch (x) {
13152         case a:
13153             do_something();
13154             break;
13155         case b:
13156         case c:
13157             do_something_else();
13158             break;
13159         }
13160     }
13162 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
13163 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
13164 switch over the enumerators.
13166 ##### Enforcement
13168 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
13169 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
13170 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
13172 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
13174 ##### Reason
13176 There is no such thing.
13177 What looks to a human like a variable without a name is to the compiler a statement consisting of a temporary that immediately goes out of scope.
13179 ##### Example, bad
13181     void f()
13182     {
13183         lock<mutex>{mx};   // Bad
13184         // ...
13185     }
13187 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
13188 This is not an uncommon mistake.
13189 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
13191 ##### Note
13193 Unnamed function arguments are fine.
13195 ##### Enforcement
13197 Flag statements that are just a temporary.
13199 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
13201 ##### Reason
13203 Readability.
13205 ##### Example
13207     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
13208     v[i] = f(v[i]);
13210     for (auto x : v) {           // better
13211         // nothing
13212     }
13213     v[i] = f(v[i]);
13215 ##### Enforcement
13217 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
13219 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
13221 ##### Reason
13223 The loop control up front should enable correct reasoning about what is happening inside the loop. Modifying loop counters in both the iteration-expression and inside the body of the loop is a perennial source of surprises and bugs.
13225 ##### Example
13227     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13228         // no updates to i -- ok
13229     }
13231     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13232         //
13233         if (/* something */) ++i; // BAD
13234         //
13235     }
13237     bool skip = false;
13238     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13239         if (skip) { skip = false; continue; }
13240         //
13241         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
13242         //
13243     }
13245 ##### Enforcement
13247 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
13250 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
13252 ##### Reason
13254 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
13255 Helps make style consistent and conventional.
13257 ##### Example
13259 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
13260 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
13262     // These all mean "if p is not nullptr"
13263     if (p) { ... }            // good
13264     if (p != 0) { ... }       // redundant !=0, bad: don't use 0 for pointers
13265     if (p != nullptr) { ... } // redundant !=nullptr, not recommended
13267 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13268 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13270 ##### Example
13272 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13274     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13276     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13278 ##### Example
13280 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13281 For example:
13283     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13285 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13287 ##### Note
13289 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13290 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13291 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13292 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13294     void f(int i)
13295     {
13296         if (i)            // suspect
13297         // ...
13298         if (i == success) // possibly better
13299         // ...
13300     }
13302 Always remember that an integer can have more than two values.
13304 ##### Example, bad
13306 It has been noted that
13308     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13310 is a common beginners error.
13311 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13312 Being verbose and writing
13314     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13316 would not in itself save you.
13318 ##### Note
13320 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13322     // These all mean "if p is nullptr"
13323     if (!p) { ... }           // good
13324     if (p == 0) { ... }       // redundant == 0, bad: don't use 0 for pointers
13325     if (p == nullptr) { ... } // redundant == nullptr, not recommended
13327 ##### Enforcement
13329 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13333 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13335 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13337 ##### Reason
13339 Avoid wrong results.
13341 ##### Example
13343     int x = -3;
13344     unsigned int y = 7;
13346     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13347     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13348     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13350 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13352 ##### Note
13354 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13355 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13357 ##### Enforcement
13359 * Compilers already know and sometimes warn.
13360 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13363 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13365 ##### Reason
13367 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13369 ##### Example
13371     unsigned char x = 0b1010'1010;
13372     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13374 ##### Note
13376 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
13377 However, if you want modulo arithmetic add
13378 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13379 can be surprising for many programmers.
13381 ##### Enforcement
13383 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13384 * ???
13386 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13388 ##### Reason
13390 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13391 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13393 ##### Example
13395 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13396 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13398     template<typename T, typename T2>
13399     T subtract(T x, T2 y)
13400     {
13401         return x - y;
13402     }
13404     void test()
13405     {
13406         int s = 5;
13407         unsigned int us = 5;
13408         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13409         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13410         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13411         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13412         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13413         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13414     }
13416 Here we have been very explicit about what's happening,
13417 but if you had seen `us - (s + 2)` or `s += 2; ...; us - s`, would you reliably have suspected that the result would print as `4294967294`?
13419 ##### Exception
13421 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13422 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13423 is going to be surprising for many programmers.
13425 ##### Example
13427 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13428 The built-in array uses signed types for subscripts.
13429 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13431     int a[10];
13432     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13433     vector<int> v(10);
13434     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13435     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13437     int a2[-2];         // error: negative size
13439     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13440     vector<int> v2(-2);
13442  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13444 ##### Enforcement
13446 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13447 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13448 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13449 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13452 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13454 ##### Reason
13456 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13457 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13459 ##### Example, bad
13461     int a[10];
13462     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13464     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13465         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13467 ##### Example, bad
13469     int n = numeric_limits<int>::max();
13470     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13472 ##### Example, bad
13474     int area(int h, int w) { return h * w; }
13476     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13478 ##### Exception
13480 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13482 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13484 ##### Enforcement
13488 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13490 ##### Reason
13492 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13494 ##### Example, bad
13496     int a[10];
13497     a[-2] = 7;   // bad
13499     int n = 101;
13500     while (n--)
13501         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13503 ##### Exception
13505 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13507 ##### Enforcement
13511 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13513 ##### Reason
13515 The result is undefined and probably a crash.
13517 ##### Note
13519 This also applies to `%`.
13521 ##### Example, bad
13523     int divide(int a, int b)
13524     {
13525         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13526         return a / b;
13527     }
13529 ##### Example, good
13531     int divide(int a, int b)
13532     {
13533         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13534         Expects(b != 0);
13535         return a / b;
13536     }
13538     double divide(double a, double b)
13539     {
13540         // good, address via using double instead
13541         return a / b;
13542     }
13544 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13546 ##### Enforcement
13548 * Flag division by an integral value that could be zero
13551 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13553 ##### Reason
13555 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13556 can suppress warnings related to overflow,
13557 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13558 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13560 ##### Example
13562     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13563     int i1 = -2;
13564     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13565     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13567 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13568 Consider:
13570     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13571     // ...
13572     int height;
13573     cin >> height;
13574     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13576 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13577 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13579 ##### Example
13581     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13582     unsigned short x = 100;
13583     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13585 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13587 ##### Alternatives
13589 * use signed integers and check for `x >= 0`
13590 * use a positive integer type
13591 * use an integer subrange type
13592 * `Assert(-1 < x)`
13594 For example
13596     struct Positive {
13597         int val;
13598         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13599         operator int() { return val; }
13600     };
13602     int f(Positive arg) { return arg; }
13604     int r1 = f(2);
13605     int r2 = f(-2);  // throws
13607 ##### Note
13611 ##### Enforcement
13613 See ES.100 Enforcements.
13616 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13618 ##### Reason
13620 To avoid signed/unsigned confusion.
13621 To enable better optimization.
13622 To enable better error detection.
13623 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13625 ##### Example, bad
13627     vector<int> vec = /*...*/;
13629     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13630         cout << vec[i] << '\n';
13631     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13632         cout << vec[i] << '\n';
13633     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13634         cout << vec[i] << '\n';
13635     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13636         cout << vec[i] << '\n';
13637     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13638         cout << vec[i] << '\n';
13639     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13640         cout << vec[i] << '\n';
13642 ##### Example, good
13644     vector<int> vec = /*...*/;
13646     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13647         cout << vec[i] << '\n';
13648     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13649         cout << vec[i] << '\n';
13651 ##### Note
13653 The built-in array allows signed subscripts.
13654 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13655 Thus, no perfect and fully compatible solution is possible (unless and until the standard-library containers change to use signed subscripts someday in the future).
13656 Given the known problems with unsigned and signed/unsigned mixtures, better stick to (signed) integers of a sufficient size, which is guaranteed by `gsl::index`.
13658 ##### Example
13660     template<typename T>
13661     struct My_container {
13662     public:
13663         // ...
13664         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13665         // ...
13666     };
13668 ##### Example
13670     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13672 ##### Alternatives
13674 Alternatives for users
13676 * use algorithms
13677 * use range-for
13678 * use iterators/pointers
13680 ##### Enforcement
13682 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13683 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13688 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13690 ??? should this section be in the main guide???
13692 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13693 That is, these are rules that relate to how to use as little time and as few resources as possible to achieve a task in a predictably short time.
13694 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13695 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13697 Performance rule summary:
13699 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13700 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13701 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13702 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13703 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13704 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13705 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13706 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13707 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13708 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13709 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13710 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13711 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13712 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13713 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13714 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13715 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13716 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13718 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13720 ##### Reason
13722 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13724 ##### Note
13726 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13730 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13732 ##### Reason
13734 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13738 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13740 ##### Reason
13742 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13744 ##### Note
13746 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13748 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13749 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13750 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13751 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13752 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13754 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13756 ##### Reason
13758 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13760 ##### Example, good
13762     // clear expression of intent, fast execution
13764     vector<uint8_t> v(100000);
13766     for (auto& c : v)
13767         c = ~c;
13769 ##### Example, bad
13771     // intended to be faster, but is often slower
13773     vector<uint8_t> v(100000);
13775     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13776         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13777         quad_word = ~quad_word;
13778     }
13780 ##### Note
13786 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13788 ##### Reason
13790 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13792 ##### Note
13798 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13800 ##### Reason
13802 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13803 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13805 ##### Note
13807 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13809 ##### Note
13811 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13812 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13813 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13814 Often, you will be surprised.
13818 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13820 ##### Reason
13822 Because we often need to optimize the initial design.
13823 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13825 ##### Example
13827 From the C (and C++) standard:
13829     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13831 When did you even want to sort memory?
13832 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13833 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13834 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13835 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13837     double data[100];
13838     // ... fill a ...
13840     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13841     // address data using the order defined by compare_doubles
13842     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13844 From the point of view of interface design, `qsort` throws away useful information.
13846 We can do better (in C++98)
13848     template<typename Iter>
13849         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13851     sort(data, data + 100);
13853 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13855 With C++20, we can do better still
13857     // sortable specifies that c must be a
13858     // random-access sequence of elements comparable with <
13859     void sort(sortable auto& c);
13861     sort(c);
13863 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13864 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13865 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13866 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criterion:
13868     // compare elements of c using p
13869     template<random_access_range R, class C> requires sortable<R, C>
13870     void sort(R&& r, C c);
13872 The standard-library specification of `sort` offers those two versions, and more.
13874 ##### Note
13876 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13877 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13878 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13879 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13881 * Information passing:
13882 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13883 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13884 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13885 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13886 * Function argument passing and return:
13887 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13888 Don't impose a resource management burden on your users.
13889 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13890 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13891 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13892 * Abstraction:
13893 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13894 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13895 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13896 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13897 The ideal is zero-overhead generalization.
13898 * Libraries:
13899 Use libraries with good interfaces.
13900 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13901 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13902 * Isolation:
13903 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13904 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13905 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13907 ##### Example
13909 Consider:
13911     template<class ForwardIterator, class T>
13912     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13914 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13915 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13917 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13918 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13920     template<class ForwardIterator, class T>
13921     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13923 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise to the first element greater than `val`, or `last` if no such element is found.
13925 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13927     template<class ForwardIterator, class T>
13928     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13929     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13931 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13933     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13934     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13935         cout << *p << '\n';
13937 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13938 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13939 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13940 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13941 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13943 ##### Note
13945 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13946 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13948 ##### Note
13950 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
13951 High-level code does not imply slow or bloated.
13953 ##### Note
13955 Things have costs.
13956 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
13957 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
13958 For example, have a rough idea of the cost of
13959 a memory access,
13960 a function call,
13961 a string comparison,
13962 a system call,
13963 a disk access,
13964 and a message through a network.
13966 ##### Note
13968 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
13969 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
13970 One question that can be useful is
13971 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
13973 ##### Note
13975 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
13976 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
13978 ##### Enforcement
13980 Tricky.
13981 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
13983 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
13985 ##### Reason
13987 Type violations, weak types (e.g. `void*`s), and low-level code (e.g., manipulation of sequences as individual bytes) make the job of the optimizer much harder. Simple code often optimizes better than hand-crafted complex code.
13991 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
13993 ##### Reason
13995 To decrease code size and run time.
13996 To avoid data races by using constants.
13997 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
13999 ##### Example
14001     double square(double d) { return d*d; }
14002     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
14004     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
14005     {
14006             double m = 1;
14007             while (n--) m *= d;
14008             return m;
14009     }
14010     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
14012 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
14013 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
14015 * we suffer the overhead of a function call at run time
14016 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
14018 Note: you can't have a data race on a constant.
14020 ##### Example
14022 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
14024     constexpr int on_stack_max = 20;
14026     template<typename T>
14027     struct Scoped {     // store a T in Scoped
14028             // ...
14029         T obj;
14030     };
14032     template<typename T>
14033     struct On_heap {    // store a T on the free store
14034             // ...
14035             T* objp;
14036     };
14038     template<typename T>
14039     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
14040                         Scoped<T>,      // first alternative
14041                         On_heap<T>      // second alternative
14042                    >::type;
14044     void f()
14045     {
14046         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
14047         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
14048         // ...
14049     }
14051 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
14052 Here we compute the optimal type to use at compile time.
14053 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
14055 ##### Note
14057 The ideal is *not* to try execute everything at compile time.
14058 Obviously, most computations depend on inputs so they can't be moved to compile time,
14059 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
14060 and complicate debugging.
14061 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
14062 This is admittedly rare, but by factoring out a general computation into separate optimal sub-calculations it is possible to render the instruction cache less effective.
14064 ##### Enforcement
14066 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
14067 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
14068 * Look for macros that could be constexpr.
14070 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
14074 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
14078 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
14082 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
14086 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
14088 ##### Reason
14090 Performance is typically dominated by memory access times.
14094 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
14098 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
14100 ##### Reason
14102 Performance is typically dominated by memory access times.
14106 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
14108 ##### Reason
14110 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
14112 ##### Example
14114     int matrix[rows][cols];
14116     // bad
14117     for (int c = 0; c < cols; ++c)
14118         for (int r = 0; r < rows; ++r)
14119             sum += matrix[r][c];
14121     // good
14122     for (int r = 0; r < rows; ++r)
14123         for (int c = 0; c < cols; ++c)
14124             sum += matrix[r][c];
14126 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
14130 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
14132 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
14133 The reasons for doing so vary (e.g., waiting for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
14134 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
14135 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
14137 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
14138 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
14139 the same memory. Concurrent programming is tricky,
14140 because protecting shared data between threads is easier said than done.
14141 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
14142 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
14143 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
14144 in a thread-friendly way.
14146 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
14147 in mind:
14149 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
14150   environment
14151 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
14152   standard library
14153 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
14154   the performance gains needed
14156 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
14157 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
14158 them, and there is much interest in making the writing of
14159 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
14160 guidance here to change significantly over time.
14162 This section needs a lot of work (obviously).
14163 Please note that we start with rules for relative non-experts.
14164 Real experts must wait a bit;
14165 contributions are welcome,
14166 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
14168 Concurrency and parallelism rule summary:
14170 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
14171 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
14172 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
14173 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
14174 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
14175 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
14177 **See also**:
14179 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
14180 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
14181 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
14182 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
14183 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
14184 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
14185 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
14187 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
14189 ##### Reason
14191 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
14192 Code gets reused.
14193 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
14194 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
14195 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
14197 ##### Example, bad
14199     double cached_computation(int x)
14200     {
14201         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
14202         static int cached_x = 0.0;
14203         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14205         if (cached_x != x) {
14206             cached_x = x;
14207             cached_result = computation(x);
14208         }
14209         return cached_result;
14210     }
14212 Although `cached_computation` works perfectly in a single-threaded environment, in a multi-threaded environment the two `static` variables result in data races and thus undefined behavior.
14214 ##### Example, good
14216     struct ComputationCache {
14217         int cached_x = 0;
14218         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14220         double compute(int x) {
14221             if (cached_x != x) {
14222                 cached_x = x;
14223                 cached_result = computation(x);
14224             }
14225             return cached_result;
14226         }
14227     };
14229 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
14230 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
14231 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
14232 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
14233 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
14234 this is an application of the Single Responsibility Principle.
14236 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
14237 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
14238 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
14240 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
14241 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
14243 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
14244 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
14245 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
14246 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
14248 ##### Exception
14250 Code that is never run in a multi-threaded environment.
14252 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
14253 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
14254 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
14255 Therefore, code that is never intended to run in a multi-threaded environment should be clearly labeled as such and ideally come with compile or run-time enforcement mechanisms to catch those usage bugs early.
14257 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
14259 ##### Reason
14261 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
14263 ##### Note
14265 In a nutshell, if two threads can access the same object concurrently (without synchronization), and at least one is a writer (performing a non-`const` operation), you have a data race.
14266 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency (See [Carefully study the literature](#Rconc-literature)).
14268 ##### Example, bad
14270 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14271 production software at this very moment. One very simple example:
14273     int get_id()
14274     {
14275       static int id = 1;
14276       return id++;
14277     }
14279 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14280 including:
14282 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14283   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14284   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14285   `id` plus one.
14286 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14287   same ID.
14289 Local static variables are a common source of data races.
14291 ##### Example, bad:
14293     void f(fstream& fs, regex pattern)
14294     {
14295         array<double, max> buf;
14296         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14297         gsl::span<double> s {buf};
14298         // ...
14299         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14300         // ...
14301         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14302         // ...
14303     }
14305 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14306 All data races are nasty.
14307 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14308 Not all data races are as easy to spot as this one.
14310 ##### Example, bad:
14312     // code not controlled by a lock
14314     unsigned val;
14316     if (val < 5) {
14317         // ... other thread can change val here ...
14318         switch (val) {
14319         case 0: // ...
14320         case 1: // ...
14321         case 2: // ...
14322         case 3: // ...
14323         case 4: // ...
14324         }
14325     }
14327 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14328 Then, a `val` outside the `[0..4]` range will cause a jump to an address that could be anywhere in the program, and execution would proceed there.
14329 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14330 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you might be able to determine where the stray jump will go for a given value;
14331 this can be a security risk.
14333 ##### Enforcement
14335 Some is possible, do at least something.
14336 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14337 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14338 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14339 We hope for better tools.
14340 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14342 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14344 * Avoid global data
14345 * Avoid `static` variables
14346 * More use of concrete types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14347 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14349 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14351 ##### Reason
14353 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14354 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14355 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14357 ##### Example
14359     bool validate(const vector<Reading>&);
14360     Graph<Temp_node> temperature_gradients(const vector<Reading>&);
14361     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14362     // ...
14364     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14365     {
14366         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14367         auto h2 = async([&] { return temperature_gradients(surface_readings); });
14368         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14369         // ...
14370         h1.get();
14371         auto v2 = h2.get();
14372         auto v3 = h3.get();
14373         // ...
14374     }
14376 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14377 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14379 ##### Note
14381 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14382 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14383 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14385 ##### Enforcement
14390 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14392 ##### Reason
14394 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14395 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14396 Application concepts are easier to reason about.
14398 ##### Example
14400     void some_fun(const std::string& msg)
14401     {
14402         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14403                                                                //      and more error-prone
14404         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14405         // ...
14406         publisher.join();
14407     }
14409 ##### Note
14411 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14412 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14413 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possible, built on top of standard-library facilities).
14415 ##### Enforcement
14419 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14421 ##### Reason
14423 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14424 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14425 It simply has nothing to do with concurrency.
14427 ##### Example, bad:
14429     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14431     Pool* use()
14432     {
14433         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14434     }
14436 Here we have a problem:
14437 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14438 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14439 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14441     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14443     Pool* use()
14444     {
14445         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14446     }
14448 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14450 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14452     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14454     Pool* use()
14455     {
14456         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14457     }
14459 Now the `--` operation is atomic,
14460 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14462 ##### Alternative
14464 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14465 Use a `mutex` for more complicated examples.
14467 ##### See also
14469 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14471 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14473 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14474 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14475 than they are at finding errors in sequential code.
14476 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption, deadlocks, and security vulnerabilities.
14478 ##### Example
14480     ???
14482 ##### Note
14484 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14485 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14486 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14487 but we can mention:
14489 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14490 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14491 have some support for static annotation of thread safety properties.
14492 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14493 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14494 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14495 cases that should have been caught but were allowed.
14497 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14498 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14499 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14500 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14501 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unit tests that operate on multiple threads.
14502 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14503 but it can only identify races seen in a given execution.
14505 ##### Enforcement
14507 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular application.
14509 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14511 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14513 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14514 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14515 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14516 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14518 Concurrency rule summary:
14520 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14521 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14522 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14523 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14524 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14525 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14526 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14527 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14528 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14529 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14530 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14531 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14532 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14533 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14534 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14535 * ??? when to use a spinlock
14536 * ??? when to use `try_lock()`
14537 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14538 * ??? Time multiplexing
14539 * ??? when/how to use `new thread`
14541 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14543 ##### Reason
14545 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14547 ##### Example, bad
14549     mutex mtx;
14551     void do_stuff()
14552     {
14553         mtx.lock();
14554         // ... do stuff ...
14555         mtx.unlock();
14556     }
14558 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14560     mutex mtx;
14562     void do_stuff()
14563     {
14564         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14565         // ... do stuff ...
14566     }
14568 ##### Enforcement
14570 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14573 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14575 ##### Reason
14577 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14579 ##### Example
14581 This is asking for deadlock:
14583     // thread 1
14584     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14585     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14587     // thread 2
14588     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14589     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14591 Instead, use `lock()`:
14593     // thread 1
14594     lock(m1, m2);
14595     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14596     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14598     // thread 2
14599     lock(m2, m1);
14600     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14601     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14603 or (better, but C++17 only):
14605     // thread 1
14606     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14608     // thread 2
14609     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14611 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14613 ##### Note
14615 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14616 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14618 ##### Note
14620 In C++17 it's possible to write plain
14622     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14624 and have the `mutex` type deduced.
14626 ##### Enforcement
14628 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14629 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14632 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14634 ##### Reason
14636 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14638 ##### Example
14640     void do_this(Foo* p)
14641     {
14642         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14643         // ... do something ...
14644         p->act(my_data);
14645         // ...
14646     }
14648 If you don't know what `Foo::act` does (maybe it is a virtual function invoking a derived class member of a class not yet written),
14649 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14650 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14652 ##### Example
14654 A common example of the "calling unknown code" problem is a call to a function that tries to gain locked access to the same object.
14655 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14657     recursive_mutex my_mutex;
14659     template<typename Action>
14660     void do_something(Action f)
14661     {
14662         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14663         // ... do something ...
14664         f(this);    // f will do something to *this
14665         // ...
14666     }
14668 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14670 ##### Enforcement
14672 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14673 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14676 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14678 ##### Reason
14680 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14681 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14683 ##### Example
14685     void f(int* p)
14686     {
14687         // ...
14688         *p = 99;
14689         // ...
14690     }
14691     int glob = 33;
14693     void some_fct(int* p)
14694     {
14695         int x = 77;
14696         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14697         joining_thread t1(f, p);            // OK
14698         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14699         auto q = make_unique<int>(99);
14700         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14701         // ...
14702     }
14704 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14705 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14706 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14707 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14709 ##### Enforcement
14711 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14712 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14714 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14716 ##### Reason
14718 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14719 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14721 ##### Example
14723     void f(int* p)
14724     {
14725         // ...
14726         *p = 99;
14727         // ...
14728     }
14730     int glob = 33;
14732     void some_fct(int* p)
14733     {
14734         int x = 77;
14735         std::thread t0(f, &x);           // bad
14736         std::thread t1(f, p);            // bad
14737         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14738         auto q = make_unique<int>(99);
14739         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14740         // ...
14741         t0.detach();
14742         t1.detach();
14743         t2.detach();
14744         t3.detach();
14745         // ...
14746     }
14748 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14749 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14750 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14751 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14753 ##### Note
14755 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14756 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14757 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14759 ##### Note
14761 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14762 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14763 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14766 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14767 If we cannot prove that a `thread` does not `detach()`, we must assume that it does and that it outlives the scope in which it was constructed;
14768 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14770 ##### Enforcement
14772 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14774 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14776 ##### Reason
14778 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14779 Detached threads are hard to monitor.
14780 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14782 ##### Example, bad
14784     void f() { std::cout << "Hello "; }
14786     struct F {
14787         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14788     };
14790     int main()
14791     {
14792         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14793         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14794     }  // spot the bugs
14796 ##### Example
14798     void f() { std::cout << "Hello "; }
14800     struct F {
14801         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14802     };
14804     int main()
14805     {
14806         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14807         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14809         t1.join();
14810         t2.join();
14811     }  // one bad bug left
14813 ##### Note
14815 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14816 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14818 ##### Note
14820 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14822 ##### Enforcement
14824 Flag uses of `std::thread`:
14826 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14827 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14828 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14830 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14832 ##### Reason
14834 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14835 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14836 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14838 ##### Example
14840     void heartbeat();
14842     void use()
14843     {
14844         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14845         t.detach();
14846         // ...
14847     }
14849 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14850 There are problems, though.
14851 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14852 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14853 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14854 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14856 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14857 For example:
14859     void heartbeat();
14861     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14863 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14865 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14867     void heartbeat();
14869     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14871     void use()
14872     {
14873         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14874         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14875         // ...
14876     }
14878 #### Enforcement
14880 Flag `detach()`.
14883 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14885 ##### Reason
14887 A small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14888 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14890 ##### Note
14892 Defining "small amount" precisely is impossible.
14894 ##### Example
14896     string modify1(string);
14897     void modify2(string&);
14899     void fct(string& s)
14900     {
14901         auto res = async(modify1, s);
14902         async(modify2, s);
14903     }
14905 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14906 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14907 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14908 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14909 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14910 is probably not a good idea.
14912 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14913 message passing or shared memory.
14915 ##### Enforcement
14920 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14922 ##### Reason
14924 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14925 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14926 safe way to ensure proper deletion.
14928 ##### Example
14930     ???
14932 ##### Note
14934 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for its deletion.
14935 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14936 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14938 ##### Enforcement
14943 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14945 ##### Reason
14947 Context switches are expensive.
14949 ##### Example
14951     ???
14953 ##### Enforcement
14958 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
14960 ##### Reason
14962 Thread creation is expensive.
14964 ##### Example
14966     void worker(Message m)
14967     {
14968         // process
14969     }
14971     void dispatcher(istream& is)
14972     {
14973         for (Message m; is >> m; )
14974             run_list.push_back(new thread(worker, m));
14975     }
14977 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
14979 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
14981     Sync_queue<Message> work;
14983     void dispatcher(istream& is)
14984     {
14985         for (Message m; is >> m; )
14986             work.put(m);
14987     }
14989     void worker()
14990     {
14991         for (Message m; m = work.get(); ) {
14992             // process
14993         }
14994     }
14996     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
14997     {
14998         joining_thread w1 {worker};
14999         joining_thread w2 {worker};
15000         joining_thread w3 {worker};
15001         joining_thread w4 {worker};
15002     }
15004 ##### Note
15006 If your system has a good thread pool, use it.
15007 If your system has a good message queue, use it.
15009 ##### Enforcement
15014 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
15016 ##### Reason
15018 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
15020 ##### Example, bad
15022     std::condition_variable cv;
15023     std::mutex mx;
15025     void thread1()
15026     {
15027         while (true) {
15028             // do some work ...
15029             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15030             cv.notify_one();    // wake other thread
15031         }
15032     }
15034     void thread2()
15035     {
15036         while (true) {
15037             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15038             cv.wait(lock);    // might block forever
15039             // do work ...
15040         }
15041     }
15043 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
15045 ##### Example
15047     template<typename T>
15048     class Sync_queue {
15049     public:
15050         void put(const T& val);
15051         void put(T&& val);
15052         void get(T& val);
15053     private:
15054         mutex mtx;
15055         condition_variable cond;    // this controls access
15056         list<T> q;
15057     };
15059     template<typename T>
15060     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
15061     {
15062         lock_guard<mutex> lck(mtx);
15063         q.push_back(val);
15064         cond.notify_one();
15065     }
15067     template<typename T>
15068     void Sync_queue<T>::get(T& val)
15069     {
15070         unique_lock<mutex> lck(mtx);
15071         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
15072         val = q.front();
15073         q.pop_front();
15074     }
15076 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
15077 it will immediately go back to sleep, waiting.
15079 ##### Enforcement
15081 Flag all `wait`s without conditions.
15084 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
15086 ##### Reason
15088 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
15089 and `thread` suspension and resumption are expensive.
15091 ##### Example
15093     void do_something() // bad
15094     {
15095         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15096         do0();  // preparation: does not need lock
15097         do1();  // transaction: needs locking
15098         do2();  // cleanup: does not need locking
15099     }
15101 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
15102 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
15103 We could rewrite this to
15105     void do_something() // bad
15106     {
15107         do0();  // preparation: does not need lock
15108         my_lock.lock();
15109         do1();  // transaction: needs locking
15110         my_lock.unlock();
15111         do2();  // cleanup: does not need locking
15112     }
15114 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
15115 Instead, add a block for the critical section:
15117     void do_something() // OK
15118     {
15119         do0();  // preparation: does not need lock
15120         {
15121             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15122             do1();  // transaction: needs locking
15123         }
15124         do2();  // cleanup: does not need locking
15125     }
15127 ##### Enforcement
15129 Impossible in general.
15130 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
15133 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
15135 ##### Reason
15137 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
15139 ##### Example
15141     unique_lock<mutex>(m1);
15142     lock_guard<mutex> {m2};
15143     lock(m1, m2);
15145 This looks innocent enough, but it isn't.
15147 ##### Enforcement
15149 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
15153 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
15155 ##### Reason
15157 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how. This decreases the chance of the wrong mutex being locked, or the mutex not being locked.
15159 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
15160 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
15162 ##### Example
15164     struct Record {
15165         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
15166         // ...
15167     };
15169     class MyClass {
15170         struct DataRecord {
15171            // ...
15172         };
15173         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
15174     };
15176 ##### Enforcement
15178 ??? Possible?
15181 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
15183 This section focuses on uses of coroutines.
15185 Coroutine rule summary:
15187 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
15188 * [CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points](#Rcoro-locks)
15189 * [CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference](#Rcoro-reference-parameters)
15191 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
15193 ##### Reason
15195 Usage patterns that are correct with normal lambdas are hazardous with coroutine lambdas. The obvious pattern of capturing variables will result in accessing freed memory after the first suspension point, even for refcounted smart pointers and copyable types.  
15197 A lambda results in a closure object with storage, often on the stack, that will go out of scope at some point.  When the closure object goes out of scope the captures will also go out of scope.  Normal lambdas will have finished executing by this time so it is not a problem.  Coroutine lambdas may resume from suspension after the closure object has destructed and at that point all captures will be use-after-free memory access.
15199 ##### Example, Bad
15201     int value = get_value();
15202     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15203     {
15204       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
15205       {
15206         co_await something();
15207         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
15208         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
15209       };
15210       lambda();
15211     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15213 ##### Example, Better
15215     int value = get_value();
15216     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15217     {
15218       // take as by-value parameter instead of as a capture
15219       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
15220       {
15221         co_await something();
15222         // sharedFoo and value are still valid at this point
15223       };
15224       lambda(sharedFoo, value);
15225     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15227 ##### Example, Best
15229 Use a function for coroutines.
15231     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
15232     {
15233       co_await something();
15234       // sharedFoo and value are still valid at this point
15235     }
15237     void SomeOtherFunction()
15238     {
15239       int value = get_value();
15240       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15241       do_something(value, sharedFoo);
15242     }
15244 ##### Enforcement
15246 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
15249 ### <a name="Rcoro-locks"></a>CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points
15251 ##### Reason
15253 This pattern creates a significant risk of deadlocks.  Some types of waits will allow the current thread to perform additional work until the asynchronous operation has completed. If the thread holding the lock performs work that requires the same lock then it will deadlock because it is trying to acquire a lock that it is already holding.
15255 If the coroutine completes on a different thread from the thread that acquired the lock then that is undefined behavior.  Even with an explicit return to the original thread an exception might be thrown before coroutine resumes and the result will be that the lock guard is not destructed.
15257 ##### Example, Bad
15259     std::mutex g_lock;
15261     std::future<void> Class::do_something()
15262     {
15263         std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15264         co_await something(); // DANGER: coroutine has suspended execution while holding a lock
15265         co_await somethingElse();
15266     }
15268 ##### Example, Good
15270     std::mutex g_lock;
15272     std::future<void> Class::do_something()
15273     {
15274         {
15275             std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15276             // modify data protected by lock
15277         }
15278         co_await something(); // OK: lock has been released before coroutine suspends
15279         co_await somethingElse();
15280     }
15283 ##### Note
15285 This pattern is also bad for performance. When a suspension point is reached, such as co_await, execution of the current function stops and other code begins to run. It may be a long period of time before the coroutine resumes. For that entire duration the lock will be held and cannot be acquired by other threads to perform work.
15287 ##### Enforcement
15289 Flag all lock guards that are not destructed before a coroutine suspends.
15291 ### <a name="Rcoro-reference-parameters"></a>CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference
15293 ##### Reason
15295 Once a coroutine reaches the first suspension point, such as a co_await, the synchronous portion returns. After that point any parameters passed by reference are dangling. Any usage beyond that is undefined behavior which may include writing to freed memory.
15297 ##### Example, Bad
15299     std::future<int> Class::do_something(const std::shared_ptr<int>& input)
15300     {
15301         co_await something();
15303         // DANGER: the reference to input may no longer be valid and may be freed memory
15304         co_return *input + 1;
15305     }
15307 ##### Example, Good
15309     std::future<int> Class::do_something(std::shared_ptr<int> input)
15310     {
15311         co_await something();
15312         co_return *input + 1; // input is a copy that is still valid here
15313     }
15315 ##### Note
15317 This problem does not apply to reference parameters that are only accessed before the first suspension point. Subsequent changes to the function may add or move suspension points which would reintroduce this class of bug. Some types of coroutines have the suspension point before the first line of code in the coroutine executes, in which case reference parameters are always unsafe.  It is safer to always pass by value because the copied parameter will live in the coroutine frame that is safe to access throughout the coroutine.
15319 ##### Note
15321 The same danger applies to output parameters.  [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out) discourages output parameters.  Coroutines should avoid them entirely.
15323 ##### Enforcement
15325 Flag all reference parameters to a coroutine.
15327 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
15329 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
15331 Parallelism rule summary:
15333 * ???
15334 * ???
15335 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
15336 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
15340 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
15342 The standard-library facilities are quite low-level, focused on the needs of close-to the hardware critical programming using `thread`s, `mutex`es, `atomic` types, etc.
15343 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
15344 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
15345 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
15347 Message passing rules summary:
15349 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15350 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15351 * message queues
15352 * messaging libraries
15354 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15356 ??? Is `std::async` worth using in light of future (and even existing, as libraries) parallelism facilities? What should the guidelines recommend if someone wants to parallelize, e.g., `std::accumulate` (with the additional precondition of commutativity), or merge sort?
15359 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15361 ##### Reason
15363 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15364 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15366 ##### Example
15368     ???
15370 ##### Note
15374 ##### Enforcement
15378 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15380 ##### Reason
15382 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15383 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15384 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15386 ##### Example
15388     int read_value(const std::string& filename)
15389     {
15390         std::ifstream in(filename);
15391         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15392         int value;
15393         in >> value;
15394         return value;
15395     }
15397     void async_example()
15398     {
15399         try {
15400             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15401             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15402             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15403         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15404             // handle exception here
15405         }
15406     }
15408 ##### Note
15410 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15411 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15412 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15413 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15415 ##### Example (bad)
15417 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15418 at avoiding raw `std::thread` management.
15420     void async_example()
15421     {
15422         std::promise<int> p1;
15423         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15424         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15425             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15426         });
15427         t1.detach(); // evil
15429         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15430         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15431         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15433         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15434     }
15436 ##### Example (good)
15438 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15439 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15440 use in production.
15442     void async_example(WorkQueue& wq)
15443     {
15444         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15445             return read_value("v1.txt");
15446         });
15447         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15448             return read_value("v2.txt");
15449         });
15450         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15451     }
15453 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15454 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15455 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15457 ##### Enforcement
15462 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15464 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15465 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15466 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15467 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15469 Vectorization rule summary:
15471 * ???
15472 * ???
15474 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15476 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15477 Furthermore, it can lead to deadlock.
15478 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15479 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15480 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15482 Lock-free programming rule summary:
15484 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15485 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15486 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15487 * how/when to use atomics
15488 * avoid starvation
15489 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15490 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15491 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15492 * how/when to compare and swap
15495 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15497 ##### Reason
15499 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15501 ##### Example, bad
15503     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15505     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15506     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15508     do {
15509         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15510         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15511     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15513 Spot the bug.
15514 It would be really hard to find through testing.
15515 Read up on the ABA problem.
15517 ##### Exception
15519 [Atomic variables](#???) can be used simply and safely, as long as you are using the sequentially consistent memory model (memory_order_seq_cst), which is the default.
15521 ##### Note
15523 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15525 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15528 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15530 ##### Reason
15532 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15533 the areas where the most subtle portability problems occur.
15534 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15536 ##### Note
15538 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15539 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15540 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15541 "Don't fly too close to the sun."
15543 ##### Enforcement
15545 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15548 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15550 ##### Reason
15552 With the exception of atomics and a few other standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15553 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15555 ##### References
15557 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15558 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15559 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15560 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15561 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15562 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15563 * Damian Dechev, Peter Pirkelbauer, and Bjarne Stroustrup: Understanding and Effectively Preventing the ABA Problem in Descriptor-based Lock-free Designs. 13th IEEE Computer Society ISORC 2010 Symposium. May 2010.
15564 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15565 * Damian Dechev, Peter Pirkelbauer, Nicolas Rouquette, and Bjarne Stroustrup: Semantically Enhanced Containers for Concurrent Real-Time Systems. Proc. 16th Annual IEEE International Conference and Workshop on the Engineering of Computer Based Systems (IEEE ECBS). April 2009.
15566 * Maurice Herlihy, Nir Shavit, Victor Luchangco, Michael Spear, "The Art of Multiprocessor Programming", 2nd ed. September 2020
15568 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15570 ##### Reason
15572 Since C++11, static local variables are now initialized in a thread-safe way. When combined with the RAII pattern, static local variables can replace the need for writing your own double-checked locking for initialization. std::call_once can also achieve the same purpose. Use either static local variables of C++11 or std::call_once instead of writing your own double-checked locking for initialization.
15574 ##### Example
15576 Example with std::call_once.
15578     void f()
15579     {
15580         static std::once_flag my_once_flag;
15581         std::call_once(my_once_flag, []()
15582         {
15583             // do this only once
15584         });
15585         // ...
15586     }
15588 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15590     void f()
15591     {
15592         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15593         static My_class my_object; // Constructor called only once
15594         // ...
15595     }
15597     class My_class
15598     {
15599     public:
15600         My_class()
15601         {
15602             // do this only once
15603         }
15604     };
15606 ##### Enforcement
15608 ??? Is it possible to detect the idiom?
15611 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15613 ##### Reason
15615 Double-checked locking is easy to mess up. If you really need to write your own double-checked locking, in spite of the rules [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) and [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree), then do it in a conventional pattern.
15617 The uses of the double-checked locking pattern that are not in violation of [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) arise when a non-thread-safe action is both hard and rare, and there exists a fast thread-safe test that can be used to guarantee that the action is not needed, but cannot be used to guarantee the converse.
15619 ##### Example, bad
15621 The use of volatile does not make the first check thread-safe, see also [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15623     mutex action_mutex;
15624     volatile bool action_needed;
15626     if (action_needed) {
15627         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15628         if (action_needed) {
15629             take_action();
15630             action_needed = false;
15631         }
15632     }
15634 ##### Example, good
15636     mutex action_mutex;
15637     atomic<bool> action_needed;
15639     if (action_needed) {
15640         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15641         if (action_needed) {
15642             take_action();
15643             action_needed = false;
15644         }
15645     }
15647 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15649     mutex action_mutex;
15650     atomic<bool> action_needed;
15652     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15653         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15654         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15655             take_action();
15656             action_needed.store(false, memory_order_release);
15657         }
15658     }
15660 ##### Enforcement
15662 ??? Is it possible to detect the idiom?
15665 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15667 These rules defy simple categorization:
15669 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15670 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15672 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15674 ##### Reason
15676 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15678 ##### Example
15680     const volatile long clock;
15682 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15683 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15684 For example, reading `clock` twice will often yield two different values, so the optimizer had better not optimize away the second read in this code:
15686     long t1 = clock;
15687     // ... no use of clock here ...
15688     long t2 = clock;
15690 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15692 ##### Note
15694 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15696 ##### Example
15698 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15700     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15701         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15702         // volatile says "treat this with extra respect"
15704 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15706     static volatile long vl;
15707     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15709 ##### Example, bad
15711 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15712 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15714     void f()
15715     {
15716         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15717         // etc.
15718     }
15720     class My_type {
15721         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15722         // etc.
15723     };
15725 ##### Note
15727 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15729 ##### Enforcement
15731 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15732 * ???
15734 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15736 ???UNIX signal handling???. Might be worth reminding how little is async-signal-safe, and how to communicate with a signal handler (best is probably "not at all")
15739 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15741 Error handling involves:
15743 * Detecting an error
15744 * Transmitting information about an error to some handler code
15745 * Preserving a valid state of the program
15746 * Avoiding resource leaks
15748 It is not possible to recover from all errors. If recovery from an error is not possible, it is important to quickly "get out" in a well-defined way. A strategy for error handling must be simple, or it becomes a source of even worse errors.  Untested and rarely executed error-handling code is itself the source of many bugs.
15750 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15752 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15753 * Resource leaks (including memory leaks)
15754 * Bounds errors
15755 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after it has been `delete`d)
15756 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15757 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15759 Error-handling rule summary:
15761 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15762 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15763 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15764 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15765 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15766 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15767 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15768 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15770 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15771 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15772 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15773 * [E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15774 * [E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail](#Re-never-fail)
15775 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15776 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15777 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15779 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15780 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15781 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15782 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15784 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15785 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15787 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15789 ##### Reason
15791 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15793 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15795 ##### Reason
15797 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15799 ##### Example
15801     struct Foo {
15802         vector<Thing> v;
15803         File_handle f;
15804         string s;
15805     };
15807     void use()
15808     {
15809         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15810         // ...
15811     }
15813 Here, `vector` and `string`s constructors might not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor might not be able to copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` might not be able to open the required file.
15814 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15815 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15816 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15817 Note that there is no return value that could contain an error code.
15819 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15821     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15822         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15823     {
15824         if (!f)
15825             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15826     }
15828 ##### Note
15830 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15831 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15832 Examples:
15834 * A precondition that cannot be met
15835 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15836 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15837 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15839 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15840 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15842 ##### Note
15844 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15846 ##### Exception
15848 Some systems, such as hard-real-time systems require a guarantee that an action is taken in a (typically short) constant maximum time known before execution starts. Such systems can use exceptions only if there is tool support for accurately predicting the maximum time to recover from a `throw`.
15850 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15852 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15854 ##### Note
15856 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15857 they have their own complexities and problems.
15858 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15860 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15862 ##### Reason
15864 To keep error handling separated from "ordinary code."
15865 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15867 ##### Example, don't
15869     // don't: exception not used for error handling
15870     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15871     {
15872         try {
15873             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15874                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15875         }
15876         catch (int i) {
15877             return i;
15878         }
15879         return -1;   // not found
15880     }
15882 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15883 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15885 ##### Enforcement
15887 Would need to be heuristic.
15888 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15890 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15892 ##### Reason
15894 To use an object it must be in a valid state (defined formally or informally by an invariant) and to recover from an error every object not destroyed must be in a valid state.
15896 ##### Note
15898 An [invariant](#Rc-struct) is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
15900 ##### Enforcement
15904 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15906 ##### Reason
15908 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15909 Not all member functions can be called.
15911 ##### Example
15913     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15914         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15915     public:
15916         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15917         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15918         ~Vector() { delete [] elem; }
15919         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15920         // ...
15921     private:
15922         owner<double*> elem;
15923         int sz;
15924     };
15926 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15927 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15928 The operators, notably the subscript operator, rely on the invariant.
15930 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
15932 ##### Enforcement
15934 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
15936 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
15938 ##### Reason
15940 Leaks are typically unacceptable.
15941 Manual resource release is error-prone.
15942 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
15944 ##### Example
15946     void f1(int i)   // Bad: possible leak
15947     {
15948         int* p = new int[12];
15949         // ...
15950         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15951         // ...
15952     }
15954 We could carefully release the resource before the throw:
15956     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
15957     {
15958         int* p = new int[12];
15959         // ...
15960         if (i < 17) {
15961             delete[] p;
15962             throw Bad{"in f()", i};
15963         }
15964         // ...
15965     }
15967 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
15969     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15970     {
15971         auto p = make_unique<int[]>(12);
15972         // ...
15973         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15974         // ...
15975     }
15977 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
15979     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15980     {
15981         auto p = make_unique<int[]>(12);
15982         // ...
15983         helper(i);   // might throw
15984         // ...
15985     }
15987 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
15989     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
15990     {
15991         vector<int> v(12);
15992         // ...
15993         helper(i);   // might throw
15994         // ...
15995     }
15997 That's even simpler and safer, and often more efficient.
15999 ##### Note
16001 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
16002 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
16004 ##### Note
16006 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
16007 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
16008 We know of only a few good reasons:
16010 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
16011 * We are in a hard-real-time system and we don't have tools that guarantee us that an exception is handled within the required time.
16012 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
16013   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
16014 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
16015 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
16016 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
16017 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
16019 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
16020 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
16021 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
16022 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
16024     void f()
16025     {
16026         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
16027         if (!vs.valid()) {
16028             // handle error or exit
16029         }
16031         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
16032         if (!fs.valid()) {
16033             // handle error or exit
16034         }
16036         // ...
16037     } // destructors clean up as usual
16039 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
16040 Prefer to use exceptions.
16042 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
16044 ##### Enforcement
16048 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
16050 ##### Reason
16052 To avoid interface errors.
16054 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
16056 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
16058 ##### Reason
16060 To avoid interface errors.
16062 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
16064 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
16066 ##### Reason
16068 To make error handling systematic, robust, and efficient.
16070 ##### Example
16072     double compute(double d) noexcept
16073     {
16074         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
16075     }
16077 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
16078 By declaring `compute` to be `noexcept`, we give the compiler and human readers information that can make it easier for them to understand and manipulate `compute`.
16080 ##### Note
16082 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
16084 ##### Example
16086     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
16087     {
16088         vector<double> v2(v.size());
16089         // ... do something ...
16090     }
16092 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
16093 That is, I consider memory exhaustion a serious design error (on par with hardware failures) so that I'm willing to crash the program if it happens.
16095 ##### Note
16097 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
16099 ##### See also
16101 [discussion](#Sd-noexcept).
16103 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
16105 ##### Reason
16107 That would be a leak.
16109 ##### Example
16111     void leak(int x)   // don't: might leak
16112     {
16113         auto p = new int{7};
16114         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
16115         // ...
16116         delete p;   // we might never get here
16117     }
16119 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
16121     void no_leak(int x)
16122     {
16123         auto p = make_unique<int>(7);
16124         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
16125         // ...
16126         // no need for delete p
16127     }
16129 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
16131     void no_leak_simplified(int x)
16132     {
16133         vector<int> v(7);
16134         // ...
16135     }
16137 ##### Note
16139 If you have a local "thing" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
16140 also be done before a `throw`.
16141 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
16143 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
16145 ##### Reason
16147 A user-defined type can better transmit information about an error to a handler.  Information
16148 can be encoded into the type itself and the type is unlikely to clash with other people's exceptions.
16150 ##### Example
16152     throw 7; // bad
16154     throw "something bad";  // bad
16156     throw std::exception{}; // bad - no info
16158 Deriving from `std::exception` gives the flexibility to catch the specific exception or handle generally through `std::exception`:
16160     class MyException : public std::runtime_error
16161     {
16162     public:
16163         MyException(const string& msg) : std::runtime_error{msg} {}
16164         // ...
16165     };
16167     // ...
16169     throw MyException{"something bad"};  // good
16171 Exceptions do not need to be derived from `std::exception`:
16173     class MyCustomError final {};  // not derived from std::exception
16175     // ...
16177     throw MyCustomError{};  // good - handlers must catch this type (or ...)
16179 Library types derived from `std::exception` can be used as generic exceptions if
16180 no useful information can be added at the point of detection:
16182     throw std::runtime_error("someting bad"); // good
16184     // ...
16185     
16186     throw std::invalid_argument("i is not even"); // good
16188 `enum` classes are also allowed:
16190     enum class alert {RED, YELLOW, GREEN};
16192     throw alert::RED; // good
16194 ##### Enforcement
16196 Catch `throw` of built-in types and `std::exception`.
16198 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference
16200 ##### Reason
16202 Throwing by value (not by pointer) and catching by reference prevents copying, especially slicing base subobjects.
16204 ##### Example; bad
16206     void f()
16207     {
16208         try {
16209             // ...
16210             throw new widget{}; // don't: throw by value not by raw pointer
16211             // ...
16212         }
16213         catch (base_class e) {  // don't: might slice
16214             // ...
16215         }
16216     }
16218 Instead, use a reference:
16220     catch (base_class& e) { /* ... */ }
16222 or - typically better still - a `const` reference:
16224     catch (const base_class& e) { /* ... */ }
16226 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
16228 ##### Note
16230 Catch by value can be appropriate for a small value type such as an `enum` value.
16232 ##### Note
16234 To rethrow a caught exception use `throw;` not `throw e;`. Using `throw e;` would throw a new copy of `e` (sliced to the static type `std::exception`, when the exception is caught by `catch (const std::exception& e)`) instead of rethrowing the original exception of type `std::runtime_error`. (But keep [Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always) and [Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch) in mind.)
16236 ##### Enforcement
16238 * Flag catching by value of a type that has a virtual function.
16239 * Flag throwing raw pointers.
16241 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail
16243 ##### Reason
16245 We don't know how to write reliable programs if a destructor, a swap, a memory deallocation, or attempting to copy/move-construct an exception object fails; that is, if it exits by an exception or simply doesn't perform its required action.
16247 ##### Example, don't
16249     class Connection {
16250         // ...
16251     public:
16252         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
16253         {
16254             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
16255             // ...
16256         }
16257     };
16259 ##### Note
16261 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
16262 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
16263 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
16264 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
16265 to be examined by a regular sweep of the system state.
16266 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
16268 ##### Note
16270 The standard library assumes that destructors, deallocation functions (e.g., `operator delete`), and `swap` do not throw. If they do, basic standard-library invariants are broken.
16272 ##### Note
16274 * Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`.
16275 * `swap` functions must be `noexcept`.
16276 * Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
16277 * Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
16278 * If writing a type intended to be used as an exception type, ensure its copy constructor is not `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because we do not know whether a type is intended to be used as an exception type.
16279 * Try not to `throw` a type whose copy constructor is not `noexcept`. In general we cannot mechanically enforce this, because even `throw std::string(...)` could throw but does not in practice.
16281 ##### Enforcement
16283 * Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
16284 * Catch such operations that are not `noexcept`.
16286 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
16288 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
16290 ##### Reason
16292 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
16293 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
16294 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
16296 ##### Example, don't
16298     void f()   // bad
16299     {
16300         try {
16301             // ...
16302         }
16303         catch (...) {
16304             // no action
16305             throw;   // propagate exception
16306         }
16307     }
16309 ##### Enforcement
16311 * Flag nested try-blocks.
16312 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
16314 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
16316 ##### Reason
16318  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
16319  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
16321 ##### Example, Bad
16323     void f(zstring s)
16324     {
16325         Gadget* p;
16326         try {
16327             p = new Gadget(s);
16328             // ...
16329             delete p;
16330         }
16331         catch (Gadget_construction_failure) {
16332             delete p;
16333             throw;
16334         }
16335     }
16337 This code is messy.
16338 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16339 Not all exceptions are handled.
16340 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16341 Better:
16343     void f2(zstring s)
16344     {
16345         Gadget g {s};
16346     }
16348 ##### Alternatives
16350 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16351 * [`finally`](#Re-finally)
16353 ##### Enforcement
16355 ??? hard, needs a heuristic
16357 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16359 ##### Reason
16361 `finally` from the [GSL](#S-gsl) is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16363 ##### Example
16365     void f(int n)
16366     {
16367         void* p = malloc(n);
16368         auto _ = gsl::finally([p] { free(p); });
16369         // ...
16370     }
16372 ##### Note
16374 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16375 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16376 Consider `finally` a last resort.
16378 ##### Note
16380 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16381 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16383 ##### Enforcement
16385 Heuristic: Detect `goto exit;`
16387 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16389 ##### Reason
16391 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16393 ##### Note
16395 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16396 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16397 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16398 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16400 A lot of fear of exceptions is misguided.
16401 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16402 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16403 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16404 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16405 Some hard-real-time systems are an example: An operation has to be completed within a fixed time with an error or a correct answer.
16406 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16407 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16409 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16410 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16411 or have such a rat's nest of old-style code
16412 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16413 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16415 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16416 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16417 If performance is your worry, measure.
16419 ##### Example
16421 Assume you wanted to write
16423     void func(zstring arg)
16424     {
16425         Gadget g {arg};
16426         // ...
16427     }
16429 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16430 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16432     error_indicator func(zstring arg)
16433     {
16434         Gadget g {arg};
16435         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16436         // ...
16437         return 0;   // zero indicates "good"
16438     }
16440 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value. To encourage doing so, consider adding a `[[nodiscard]]`.
16442 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16444 ##### Enforcement
16446 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16448 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16450 ##### Reason
16452 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16454 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16456 ##### Note
16458 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16459 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16460 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16462 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16463 say from hardware failures.
16464 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16466 ##### Example
16468     void f(int n)
16469     {
16470         // ...
16471         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16472         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16473         // ...
16474     }
16476 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16478     void f(int n)
16479     {
16480         // ...
16481         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16482         // ...
16483     }
16485 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16487 ##### Enforcement
16489 Awkward
16491 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16493 ##### Reason
16495 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16497 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16499 ##### Note
16501 There are several issues to be addressed:
16503 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16504 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16505 * What do you use as an error indicator?
16507 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16508 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16509 or a pair of values can be returned.
16511 ##### Example
16513     Gadget make_gadget(int n)
16514     {
16515         // ...
16516     }
16518     void user()
16519     {
16520         Gadget g = make_gadget(17);
16521         if (!g.valid()) {
16522                 // error handling
16523         }
16524         // ...
16525     }
16527 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16528 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16530 ##### Example
16532 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16533 In that case, we must return a pair of values.
16534 For example:
16536     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16537     {
16538         // ...
16539     }
16541     void user()
16542     {
16543         auto r = make_gadget(17);
16544         if (!r.second) {
16545                 // error handling
16546         }
16547         Gadget& g = r.first;
16548         // ...
16549     }
16551 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16552 Some people prefer a specific type.
16553 For example:
16555     Gval make_gadget(int n)
16556     {
16557         // ...
16558     }
16560     void user()
16561     {
16562         auto r = make_gadget(17);
16563         if (!r.err) {
16564                 // error handling
16565         }
16566         Gadget& g = r.val;
16567         // ...
16568     }
16570 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16571 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16573 ##### Example
16575 In general, you must clean up before an error exit.
16576 This can be messy:
16578     std::pair<int, error_indicator> user()
16579     {
16580         Gadget g1 = make_gadget(17);
16581         if (!g1.valid()) {
16582             return {0, g1_error};
16583         }
16585         Gadget g2 = make_gadget(31);
16586         if (!g2.valid()) {
16587             cleanup(g1);
16588             return {0, g2_error};
16589         }
16591         // ...
16593         if (all_foobar(g1, g2)) {
16594             cleanup(g2);
16595             cleanup(g1);
16596             return {0, foobar_error};
16597         }
16599         // ...
16601         cleanup(g2);
16602         cleanup(g1);
16603         return {res, 0};
16604     }
16606 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16607 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition (note that the extra scope around `g2` is undesirable but necessary to make the `goto` version compile):
16609     std::pair<int, error_indicator> user()
16610     {
16611         error_indicator err = 0;
16612         int res = 0;
16614         Gadget g1 = make_gadget(17);
16615         if (!g1.valid()) {
16616             err = g1_error;
16617             goto g1_exit;
16618         }
16620         {
16621             Gadget g2 = make_gadget(31);
16622             if (!g2.valid()) {
16623                 err = g2_error;
16624                 goto g2_exit;
16625             }
16627             if (all_foobar(g1, g2)) {
16628                 err = foobar_error;
16629                 goto g2_exit;
16630             }
16632             // ...
16634         g2_exit:
16635             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16636         }
16638     g1_exit:
16639         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16640         return {res, err};
16641     }
16643 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16644 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16645 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16647 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16649 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16651 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16653 ##### Enforcement
16655 Awkward.
16657 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16659 ##### Reason
16661 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16662 When did you last test the return value of `printf()`?
16664 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16666 ##### Example, bad
16668     int last_err;
16670     void f(int n)
16671     {
16672         // ...
16673         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16674         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16675         // ...
16676     }
16678 ##### Note
16680 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16682 ##### Enforcement
16684 Awkward.
16687 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16689 ##### Reason
16691 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16693 ##### Example
16695     int use(int arg)
16696         throw(X, Y)
16697     {
16698         // ...
16699         auto x = f(arg);
16700         // ...
16701     }
16703 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16704 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16705 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16706 The snag is that `f()` might be in a library we do not control and the new exception is not anything that `use()` can do
16707 anything about or is in any way interested in.
16708 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably need to be modified.
16709 This quickly becomes unmanageable.
16710 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16711 This too, quickly becomes unmanageable.
16712 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16713 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16714 In a large code base, this could mean that nobody could update to a new version of a library until the last user was modified.
16715 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16717 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16719 ##### Note
16721 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16722 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16724 ##### Note
16726 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16728 ##### Enforcement
16730 Flag every exception specification.
16732 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16734 ##### Reason
16736 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16738 ##### Example, bad
16740     void f()
16741     {
16742         // ...
16743         try {
16744                 // ...
16745         }
16746         catch (Base& b) { /* ... */ }
16747         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16748         catch (...) { /* ... */ }
16749         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16750     }
16752 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16753 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16755 ##### Enforcement
16757 Flag all "hiding handlers".
16759 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16761 You can't have a race condition on a constant.
16762 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16763 Interfaces that promise "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16765 Constant rule summary:
16767 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16768 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16769 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16770 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16771 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16773 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16775 ##### Reason
16777 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16778 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16780 ##### Example
16782     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16784     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16786 ##### Exception
16788 Function parameters passed by value are rarely mutated, but also rarely declared `const`.
16789 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function parameters.
16791     void f(const char* const p); // pedantic
16792     void g(const int i) { ... }  // pedantic
16794 Note that a function parameter is a local variable so changes to it are local.
16796 ##### Enforcement
16798 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16800 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16802 ##### Reason
16804 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16805 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16807 ##### Example, bad
16809     class Point {
16810         int x, y;
16811     public:
16812         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16813         // ...
16814     };
16816     void f(const Point& pt)
16817     {
16818         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16819     }
16821 ##### Note
16823 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16824 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16825 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16826 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16828 ##### Note
16830 There are code/libraries that offer functions that declare a `T*` even though
16831 those functions do not modify that `T`.
16832 This is a problem for people modernizing code.
16833 You can
16835 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16836 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16837 * provide a wrapper function
16839 Example:
16841     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16842     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16844 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16845 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16847 ##### Note
16849 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16850 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16851 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16853     class Date {
16854     public:
16855         // ...
16856         const string& string_ref() const
16857         {
16858             if (string_val == "") compute_string_rep();
16859             return string_val;
16860         }
16861         // ...
16862     private:
16863         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16864         mutable string string_val;
16865         // ...
16866     };
16868 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16869 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16870 through non-`const` pointers.
16871 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16872 it offers to its users.
16874 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16876 ##### Enforcement
16878 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16880 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16882 ##### Reason
16884  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16885  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16887 ##### Example
16889     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16890     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16892 ##### Note
16894 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16895 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16897 ##### Note
16899 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16901 ##### Enforcement
16903 * Flag a function that does not modify an object passed by pointer or reference to non-`const`
16904 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16906 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16908 ##### Reason
16910  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16912 ##### Example
16914     void f()
16915     {
16916         int x = 7;
16917         const int y = 9;
16919         for (;;) {
16920             // ...
16921         }
16922         // ...
16923     }
16925 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16927 ##### Enforcement
16929 * Flag unmodified non-`const` variables.
16931 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
16933 ##### Reason
16935 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
16937 ##### Example
16939     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
16940     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
16941     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
16943 ##### Note
16945 See F.4.
16947 ##### Enforcement
16949 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
16951 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
16953 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16954 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
16956 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
16957 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
16959 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
16961 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
16962 "Concepts" were standardized in C++20, although they were first made available, in slightly older syntax, in GCC 6.1.
16964 Template use rule summary:
16966 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
16967 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
16968 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
16969 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
16970 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
16972 Concept use rule summary:
16974 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16975 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16976 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
16977 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16978 * ???
16980 Concept definition rule summary:
16982 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16983 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16984 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16985 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16986 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16987 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
16988 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16989 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
16990 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
16991 * ???
16993 Template interface rule summary:
16995 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
16996 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
16997 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
16998 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
16999 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
17000 * [T.46: Require template arguments to be at least semiregular](#Rt-regular)
17001 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
17002 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
17003 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
17005 Template definition rule summary:
17007 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
17008 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
17009 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
17010 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
17011 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
17012 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
17013 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
17014 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
17016 Template and hierarchy rule summary:
17018 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
17019 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
17020 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
17021 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
17022 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
17023 * [T.??: ????](#Rt-???)
17025 Variadic template rule summary:
17027 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
17028 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
17029 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
17030 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
17031 * [T.??: ????](#Rt-???)
17033 Metaprogramming rule summary:
17035 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
17036 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
17037 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
17038 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
17039 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
17040 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
17041 * [T.??: ????](#Rt-???)
17043 Other template rules summary:
17045 * [T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name)
17046 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
17047 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
17048 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
17049 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
17050 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
17051 * [T.??: ????](#Rt-???)
17053 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
17055 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17057 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
17059 ##### Reason
17061 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
17063 ##### Example, bad
17065 Conceptually, the following requirements are wrong because what we want of `T` is more than just the very low-level concepts of "can be incremented" or "can be added":
17067     template<typename T>
17068         requires Incrementable<T>
17069     T sum1(vector<T>& v, T s)
17070     {
17071         for (auto x : v) s += x;
17072         return s;
17073     }
17075     template<typename T>
17076         requires Simple_number<T>
17077     T sum2(vector<T>& v, T s)
17078     {
17079         for (auto x : v) s = s + x;
17080         return s;
17081     }
17083 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
17084 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
17086 ##### Example
17088     template<typename T>
17089         requires Arithmetic<T>
17090     T sum(vector<T>& v, T s)
17091     {
17092         for (auto x : v) s += x;
17093         return s;
17094     }
17096 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
17097 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
17098 can be used for a wide variety of algorithms.
17100 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
17102 ##### Note
17104 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
17105 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
17106 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
17108 ##### Note
17110 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
17111 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
17113 ##### Enforcement
17115 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
17116 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
17118 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
17120 ##### Reason
17122 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
17124 ##### Example
17126 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
17128     template<typename Iter, typename Val>
17129         // requires Input_iterator<Iter>
17130         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17131     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17132     {
17133         // ...
17134     }
17136 ##### Note
17138 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
17139 Don't overabstract.
17141 ##### Enforcement
17143 ??? tough, probably needs a human
17145 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
17147 ##### Reason
17149 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
17150 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
17152 ##### Example
17154     template<typename T>
17155         // requires Regular<T>
17156     class Vector {
17157         // ...
17158         T* elem;   // points to sz Ts
17159         int sz;
17160     };
17162     Vector<double> v(10);
17163     v[7] = 9.9;
17165 ##### Example, bad
17167     class Container {
17168         // ...
17169         void* elem;   // points to size elements of some type
17170         int sz;
17171     };
17173     Container c(10, sizeof(double));
17174     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
17176 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
17178 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
17180 **Exceptions**: If you need an ABI-stable interface, you might have to provide a base implementation and express the (type-safe) template in terms of that.
17181 See [Stable base](#Rt-abi).
17183 ##### Enforcement
17185 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
17187 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
17189 ##### Reason
17191  ???
17193 ##### Example
17195     ???
17197 **Exceptions**: ???
17199 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
17201 ##### Reason
17203 Generic and OO techniques are complementary.
17205 ##### Example
17207 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
17209     class Command {
17210         // pure virtual functions
17211     };
17213     // implementations
17214     template</*...*/>
17215     class ConcreteCommand : public Command {
17216         // implement virtuals
17217     };
17219 ##### Example
17221 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
17222 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
17224     #include <memory>
17226     class Object {
17227     public:
17228         template<typename T>
17229         Object(T&& obj)
17230             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
17232         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
17234     private:
17235         struct Command {
17236             virtual ~Command() {}
17237             virtual int get_id() const = 0;
17238         };
17240         template<typename T>
17241         struct ConcreteCommand final : Command {
17242             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
17243             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
17245         private:
17246             T object_;
17247         };
17249         std::shared_ptr<Command> concept_;
17250     };
17252     class Bar {
17253     public:
17254         int get_id() const { return 1; }
17255     };
17257     struct Foo {
17258     public:
17259         int get_id() const { return 2; }
17260     };
17262     Object o(Bar{});
17263     Object o2(Foo{});
17265 ##### Note
17267 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
17268 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
17269 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
17271 ##### See also
17273 * ref ???
17274 * ref ???
17275 * ref ???
17277 ##### Enforcement
17279 See the reference to more specific rules.
17281 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
17283 Concepts is a C++20 facility for specifying requirements for template arguments.
17284 They are crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
17285 (standard and other).
17287 This section assumes concept support
17289 Concept use rule summary:
17291 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17292 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17293 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
17294 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17295 * ???
17297 Concept definition rule summary:
17299 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17300 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17301 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17302 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17303 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17304 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
17305 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17306 * ???
17308 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
17310 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
17312 ##### Reason
17314 Correctness and readability.
17315 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
17316 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
17317 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
17319 ##### Example
17321     template<typename Iter, typename Val>
17322         requires input_iterator<Iter>
17323                  && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17324     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17325     {
17326         // ...
17327     }
17329 or equivalently and more succinctly:
17331     template<input_iterator Iter, typename Val>
17332         requires equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17333     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17334     {
17335         // ...
17336     }
17338 ##### Note
17340 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17341 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17342 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17344 **References**: TC++PL4
17346 ##### Enforcement
17348 Flag template type arguments without concepts
17350 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17352 ##### Reason
17354  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#S-gsl) and the ISO standard itself)
17355 save us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improve interoperability.
17357 ##### Note
17359 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17361 ##### Example
17363     template<typename T>
17364         // don't define this: sortable is in <iterator>
17365     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17367     void sort(Ordered_container auto& s);
17369 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `sortable` concept in the standard library.
17370 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17371 It is better and simpler just to use `sortable`:
17373     void sort(sortable auto& s);   // better
17375 ##### Note
17377 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17379 ##### Note
17381 Designing a useful concept is challenging.
17383 ##### Enforcement
17385 Hard.
17387 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17388 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17390 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17392 ##### Reason
17394  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17396 ##### Example
17398     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17399     auto& x = v.front();        // bad
17400     String auto& s = v.front(); // good (String is a GSL concept)
17402 ##### Enforcement
17404 * ???
17406 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17408 ##### Reason
17410 Readability. Direct expression of an idea.
17412 ##### Example
17414 To say "`T` is `sortable`":
17416     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17417         requires sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17418     void sort(T&);             // that is sortable"
17420     template<sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
17421     void sort(T&);             // which is Sortable"
17423     void sort(sortable auto&); // Best: "The parameter is Sortable"
17425 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17427 ##### Enforcement
17429 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17430 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17432 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17434 Defining good concepts is non-trivial.
17435 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17436 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
17437 and will not give the full benefits of the mechanism.
17439 Obviously, defining concepts is most useful for code that can use an implementation (e.g., C++20 or later)
17440 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17442 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17444 ##### Reason
17446 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17447 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17448 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17450 ##### Example, bad
17452     template<typename T>
17453     // bad; insufficient
17454     concept Addable = requires(T a, T b) { a+b; };
17456     template<Addable N>
17457     auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17458     {
17459         // ...
17460         return a + b;
17461     }
17463     int x = 7;
17464     int y = 9;
17465     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17467     string xx = "7";
17468     string yy = "9";
17469     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17471 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17472 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17474 ##### Note
17476 The ability to specify meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17478 ##### Example
17480     template<typename T>
17481     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17482     concept Number = requires(T a, T b) { a+b; a-b; a*b; a/b; };
17484     template<Number N>
17485     auto algo(const N& a, const N& b)
17486     {
17487         // ...
17488         return a + b;
17489     }
17491     int x = 7;
17492     int y = 9;
17493     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17495     string xx = "7";
17496     string yy = "9";
17497     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17499 ##### Note
17501 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17503 ##### Enforcement
17505 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17506 * Flag uses of `enable_if` that appear to simulate single-operation `concepts`.
17509 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17511 ##### Reason
17513 Ease of comprehension.
17514 Improved interoperability.
17515 Helps implementers and maintainers.
17517 ##### Note
17519 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17521 ##### Example, bad
17523     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T b) { a-b; };
17525 This makes no semantic sense.
17526 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17528 Examples of complete sets are
17530 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17531 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17533 ##### Note
17535 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17536 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17538     class Minimal {
17539         // ...
17540     };
17542     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17543     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17545     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17546     // no other operators
17548     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17549     {
17550         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17551         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17553         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17554         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17556         x = x + y;          // OK
17557         x += y;             // surprise! error
17558     }
17560 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17561 It could even be less efficient.
17563 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17565 ##### Example
17567     class Convenient {
17568         // ...
17569     };
17571     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17572     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17573     // ... and the other comparison operators ...
17575     Convenient operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17576     // ... and the other arithmetic operators ...
17578     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17579     {
17580         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17581         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17583         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17584         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17586         x = x + y;     // OK
17587         x += y;        // OK
17588     }
17590 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17591 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17593 ##### Enforcement
17595 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17596   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17599 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17601 ##### Reason
17603 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17604 Expressing these semantics in an informal, semi-formal, or formal way makes the concept comprehensible to readers and the effort to express it can catch conceptual errors.
17605 Specifying semantics is a powerful design tool.
17607 ##### Example
17609     template<typename T>
17610         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17611         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17612         concept Number = requires(T a, T b) {
17613             {a + b} -> convertible_to<T>;
17614             {a - b} -> convertible_to<T>;
17615             {a * b} -> convertible_to<T>;
17616             {a / b} -> convertible_to<T>;
17617         };
17619 ##### Note
17621 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17622 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17623 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17625 ##### Note
17627 In this context axioms are Boolean expressions.
17628 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17629 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17630 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17632 ##### Note
17634 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17636 ##### Exception
17638 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17639 Finding good semantics can take effort and time.
17640 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17642     // balancer for a generic binary tree
17643     template<typename Node> concept Balancer = requires(Node* p) {
17644         add_fixup(p);
17645         touch(p);
17646         detach(p);
17647     };
17649 So a `Balancer` must supply at least these operations on a tree `Node`,
17650 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17651 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17653 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17654 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17655 However, it should not be assumed to be stable.
17656 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17658 ##### Enforcement
17660 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17662 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17664 ##### Reason
17666 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17668 ##### Example
17670     template<typename I>
17671     // Note: input_iterator is defined in <iterator>
17672     concept Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17674     template<typename I>
17675     // Note: forward_iterator is defined in <iterator>
17676     concept Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; };
17678 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17679 This decreases the burden on implementers of these types since
17680 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17681 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17683 ##### Enforcement
17685 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17686 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17688 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17690 ##### Reason
17692 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17694 ##### Example
17696     template<typename I>    // iterator providing random access
17697     // Note: random_access_iterator is defined in <iterator>
17698     concept RA_iter = ...;
17700     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17701     // Note: contiguous_iterator is defined in <iterator>
17702     concept Contiguous_iter =
17703         RA_iter<I> && is_contiguous_v<I>;  // using is_contiguous trait
17705 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17707 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17709     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous_v<I>;
17711     template<typename I>
17712     concept Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17714 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17716 ##### Note
17718 Traits can be trait classes or type traits.
17719 These can be user-defined or standard-library ones.
17720 Prefer the standard-library ones.
17722 ##### Enforcement
17724 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17725 * Flag the definition of identical concepts.
17727 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17729 ##### Reason
17731 Clarity. Maintainability.
17732 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17734 ##### Example
17736 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17738     template<typename T>
17739         requires !C<T>    // bad
17740     void f();
17742     template<typename T>
17743         requires C<T>
17744     void f();
17746 This is better:
17748     template<typename T>   // general template
17749         void f();
17751     template<typename T>   // specialization by concept
17752         requires C<T>
17753     void f();
17755 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17756 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17757 version of `f()`, then delete it.
17759     template<typename T>
17760     void f() = delete;
17762 The compiler will select the overload, or emit an appropriate error.
17764 ##### Note
17766 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17768     template<typename T>
17769     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17770     f();
17772     template<typename T>
17773     enable_if<C<T>, void>
17774     f();
17777 ##### Note
17779 Complementary requirements on one requirement is sometimes (wrongly) considered manageable.
17780 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17782     C1<T> && C2<T>
17783     !C1<T> && C2<T>
17784     C1<T> && !C2<T>
17785     !C1<T> && !C2<T>
17787 Now the opportunities for errors multiply.
17789 ##### Enforcement
17791 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17793 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17795 ##### Reason
17797 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17798 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17800 ##### Example
17802 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17804     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17806 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `equality_comparable`,
17807 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17809     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17810         { a == b } -> std::convertible_to<bool>;
17811         { a != b } -> std::convertible_to<bool>;
17812         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17813         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17814     };
17816 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17817 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17819 ##### Enforcement
17823 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17825 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17826 and its implementation.
17827 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17828 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17830 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17832 ##### Reason
17834 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17835 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17837 ##### Example
17839     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17840     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17841     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17842     sort(v, std::greater{});                             // function object
17844     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17845     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17846     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17847     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17849 You can, of course, generalize those functions using `auto` or concepts. For example:
17851     auto y1 = find_if(v, [](totally_ordered auto x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17852     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });                 // hope that the type has a >
17854 ##### Note
17856 Lambdas generate function objects.
17858 ##### Note
17860 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17862 ##### Enforcement
17864 * Flag pointer to function template arguments.
17865 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17868 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17870 ##### Reason
17872 Keep interfaces simple and stable.
17874 ##### Example
17876 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17878     void sort(sortable auto& s)  // sort sequence s
17879     {
17880         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17881         // ...
17882         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17883     }
17885 Should this be rewritten to:
17887     template<sortable S>
17888         requires Streamable<S>
17889     void sort(S& s)  // sort sequence s
17890     {
17891         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17892         // ...
17893         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17894     }
17896 After all, there is nothing in `sortable` that requires `iostream` support.
17897 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17899 ##### Note
17901 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17902 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17903 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17904 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17906 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17907 we might get a late compile-time error.
17909 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17910 we delay checking until instantiation time.
17911 We consider this a worthwhile tradeoff.
17913 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
17915 ##### Note
17917 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17919 ##### Enforcement
17923 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17925 ##### Reason
17927 Improved readability.
17928 Implementation hiding.
17929 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17930 They can also be used to wrap a trait.
17932 ##### Example
17934     template<typename T, size_t N>
17935     class Matrix {
17936         // ...
17937         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
17938         // ...
17939     };
17941 This saves the user of `Matrix` from having to know that its elements are stored in a `vector` and also saves the user from repeatedly typing `typename std::vector<T>::`.
17943 ##### Example
17945     template<typename T>
17946     void user(T& c)
17947     {
17948         // ...
17949         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
17950         // ...
17951     }
17953     template<typename T>
17954     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
17957 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
17959     template<typename T>
17960     void user2(T& c)
17961     {
17962         // ...
17963         Value_type<T> x;
17964         // ...
17965     }
17967 ##### Note
17969 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
17971 ##### Enforcement
17973 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
17974 * ???
17976 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
17978 ##### Reason
17980 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
17981 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
17982 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
17984 ##### Example
17986     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
17988     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
17990     template<typename T>
17991     typedef int (*PFT)(T);      // error
17993     template<typename T>
17994     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
17996 ##### Enforcement
17998 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
18000 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
18002 ##### Reason
18004 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
18006 ##### Example
18008     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
18009     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
18011 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
18013 ##### Note
18015 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
18017 ##### Exception
18019 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
18021     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
18022     list<Record*> lst;
18024 ##### Note
18026 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
18027 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
18028 For example:
18030     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
18032 ##### Enforcement
18034 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
18036 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least semiregular
18038 ##### Reason
18040 Readability.
18041 Preventing surprises and errors.
18042 Most uses support that anyway.
18044 ##### Example
18046     class X {
18047     public:
18048         explicit X(int);
18049         X(const X&);            // copy
18050         X operator=(const X&);
18051         X(X&&) noexcept;        // move
18052         X& operator=(X&&) noexcept;
18053         ~X();
18054         // ... no more constructors ...
18055     };
18057     X x {1};              // fine
18058     X y = x;              // fine
18059     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
18061 ##### Note
18063 Semiregular requires default constructible.
18065 ##### Enforcement
18067 * Flag types used as template arguments that are not at least semiregular.
18069 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
18071 ##### Reason
18073  An unconstrained template argument is a perfect match for anything so such a template can be preferred over more specific types that require minor conversions.
18074  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
18075  Common names make this problem more likely.
18077 ##### Example
18079     namespace Bad {
18080         struct S { int m; };
18081         template<typename T1, typename T2>
18082         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
18083     }
18085     namespace T0 {
18086         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
18088         void test()
18089         {
18090             Bad::S bad{ 1 };
18091             vector<int> v(10);
18092             bool b = 1 == bad;
18093             bool b2 = v.size() == bad;
18094         }
18095     }
18097 This prints `T0` and `Bad`.
18099 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
18100 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
18101 the `==` in `Bad` requires no conversions.
18102 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
18104 ##### Note
18106 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
18107 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
18108 That is, it is highly visible.
18110 ##### Note
18112 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templates from ADL.
18114 Unfortunately this will get many false positives; the standard library violates this widely, by putting many unconstrained templates and types into the single namespace `std`.
18117 ##### Enforcement
18119 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
18122 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
18124 ##### Reason
18126 Because that's the best we can do without direct concept support.
18127 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
18129 ##### Example
18131     template<typename T>
18132     enable_if_t<is_integral_v<T>>
18133     f(T v)
18134     {
18135         // ...
18136     }
18138     // Equivalent to:
18139     template<Integral T>
18140     void f(T v)
18141     {
18142         // ...
18143     }
18145 ##### Note
18147 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
18148 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
18150 ##### Enforcement
18154 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
18156 ##### Reason
18158 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
18160 ##### Example
18162     ???
18164 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
18166 ##### Enforcement
18171 ##### Note
18174 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
18176 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
18177 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
18178 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
18180 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
18182 ##### Reason
18184 Eases understanding.
18185 Minimizes errors from unexpected dependencies.
18186 Eases tool creation.
18188 ##### Example
18190     template<typename C>
18191     void sort(C& c)
18192     {
18193         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
18194     }
18196     template<typename Iter>
18197     Iter algo(Iter first, Iter last)
18198     {
18199         for (; first != last; ++first) {
18200             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
18201             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
18202                                    // helper is chosen based on first and x
18203             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
18204         }
18205     }
18207 ##### Note
18209 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
18211 ##### Note
18213 Having a template operate only on its arguments would be one way of reducing the number of dependencies to a minimum, but that would generally be unmanageable.
18214 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
18215 And don't get us started on macros!
18217 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
18219 ##### Enforcement
18221 ??? Tricky
18223 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
18225 ##### Reason
18227 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
18228 This limits use and typically increases code size.
18230 ##### Example, bad
18232     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18233         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18234     class List {
18235     public:
18236         struct Link {   // does not depend on A
18237             T elem;
18238             Link* pre;
18239             Link* suc;
18240         };
18242         using iterator = Link*;
18244         iterator first() const { return head; }
18246         // ...
18247     private:
18248         Link* head;
18249     };
18251     List<int> lst1;
18252     List<int, My_allocator> lst2;
18254 This looks innocent enough, but now `Link` formally depends on the allocator (even though it doesn't use the allocator). This forces redundant instantiations that can be surprisingly costly in some real-world scenarios.
18255 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
18257     template<typename T>
18258     struct Link {
18259         T elem;
18260         Link* pre;
18261         Link* suc;
18262     };
18264     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18265         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18266     class List2 {
18267     public:
18268         using iterator = Link<T>*;
18270         iterator first() const { return head; }
18272         // ...
18273     private:
18274         Link<T>* head;
18275     };
18277     List2<int> lst1;
18278     List2<int, My_allocator> lst2;
18280 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
18281 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
18282 "The acronym SCARY describes assignments and initializations that are Seemingly erroneous (appearing Constrained by conflicting generic parameters), but Actually work with the Right implementation (unconstrained bY the conflict due to minimized dependencies)."
18284 ##### Note
18286 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
18288 ##### Enforcement
18290 * Flag member types that do not depend on every template parameter
18291 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
18292 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
18294 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
18296 ##### Reason
18298  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
18300 ##### Example
18302     template<typename T>
18303     class Foo {
18304     public:
18305         enum { v1, v2 };
18306         // ...
18307     };
18311     struct Foo_base {
18312         enum { v1, v2 };
18313         // ...
18314     };
18316     template<typename T>
18317     class Foo : public Foo_base {
18318     public:
18319         // ...
18320     };
18322 ##### Note
18324 A more general version of this rule would be
18325 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18326 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18328 ??? What about constants? class statics?
18330 ##### Enforcement
18332 * Flag ???
18334 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18336 ##### Reason
18338 A template defines a general interface.
18339 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18341 ##### Example
18343     ??? string specialization (==)
18345     ??? representation specialization ?
18347 ##### Note
18351 ##### Enforcement
18355 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18357 ##### Reason
18359 * A template defines a general interface.
18360 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18361 * Performance.
18363 ##### Example
18365 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18367     struct pod_tag {};
18368     struct non_pod_tag {};
18370     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
18372     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
18374     template<class Iter>
18375     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
18376     {
18377         // use memmove
18378     }
18380     template<class Iter>
18381     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
18382     {
18383         // use loop calling copy constructors
18384     }
18386     template<class Iter>
18387     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18388     {
18389         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Value_type<Iter>>::tag{})
18390     }
18392     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18393     {
18394         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18395         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18396     }
18398 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18400 ##### Note
18402 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
18404     template<class Iter>
18405         requires Pod<Value_type<Iter>>
18406     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18407     {
18408         // use memmove
18409     }
18411     template<class Iter>
18412     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18413     {
18414         // use loop calling copy constructors
18415     }
18417 ##### Enforcement
18422 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18424 ##### Reason
18426  ???
18428 ##### Example
18430     ???
18432 ##### Enforcement
18436 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18438 ##### Reason
18440 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18442 ##### Example
18444     template<typename T, typename U>
18445     void f(T t, U u)
18446     {
18447         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18448         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18449         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18450     }
18452     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18454 ##### Enforcement
18456 * flag `()` initializers
18457 * flag function-style casts
18460 ### <a name="Rt-customization"></a>T.69: Inside a template, don't make an unqualified non-member function call unless you intend it to be a customization point
18462 ##### Reason
18464 * Provide only intended flexibility.
18465 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18467 ##### Example
18469 There are three major ways to let calling code customize a template.
18471     template<class T>
18472         // Call a member function
18473     void test1(T t)
18474     {
18475         t.f();    // require T to provide f()
18476     }
18478     template<class T>
18479     void test2(T t)
18480         // Call a non-member function without qualification
18481     {
18482         f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18483     }
18485     template<class T>
18486     void test3(T t)
18487         // Invoke a "trait"
18488     {
18489         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18490                               // to get non-default functions/types
18491     }
18493 A trait is usually a type alias to compute a type,
18494 a `constexpr` function to compute a value,
18495 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18497 ##### Note
18499 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18500 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18501 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18502 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18505 ##### Enforcement
18507 * In a template, flag an unqualified call to a non-member function that passes a variable of dependent type when there is a non-member function of the same name in the template's namespace.
18510 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18512 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18513 for object-oriented programming.
18514 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18516 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18518 ##### Reason
18520 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18522 ##### Example, bad
18524     template<typename T>
18525     struct Container {         // an interface
18526         virtual T* get(int i);
18527         virtual T* first();
18528         virtual T* next();
18529         virtual void sort();
18530     };
18532     template<typename T>
18533     class Vector : public Container<T> {
18534     public:
18535         // ...
18536     };
18538     Vector<int> vi;
18539     Vector<string> vs;
18541 It is probably a bad idea to define a `sort` as a member function of a container, but it is not unheard of and it makes a good example of what not to do.
18543 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18544 Similar for `vector<string>::sort()`.
18545 Unless those two functions are called that's code bloat.
18546 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18548 ##### Note
18550 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18551 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18553 ##### Enforcement
18555 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18557 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18559 ##### Reason
18561 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18563 ##### Example
18565 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18567     void maul(Fruit* p)
18568     {
18569         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18570         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18571     }
18573     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18575     maul(aa);
18576     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18577     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18579 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18580 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18581 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18582 Never write such code.
18584 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18586 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18588     void maul2(Fruit* p)
18589     {
18590         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18591     }
18593     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18595     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18596     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18598     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18600 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18602 ##### Enforcement
18604 * Detect this horror!
18606 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18608 ##### Reason
18610  ???
18612 ##### Example
18614     ???
18616 ##### Enforcement
18620 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18622 ##### Reason
18624 C++ does not support that.
18625 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18626 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18628 ##### Example, don't
18630     class Shape {
18631         // ...
18632         template<class T>
18633         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18634     };
18636 ##### Note
18638 We need a rule because people keep asking about this
18640 ##### Alternative
18642 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18644 ##### Enforcement
18646 The compiler handles that.
18648 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18650 ##### Reason
18652 Improve stability of code.
18653 Avoid code bloat.
18655 ##### Example
18657 It could be a base class:
18659     struct Link_base {   // stable
18660         Link_base* suc;
18661         Link_base* pre;
18662     };
18664     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18665     struct Link : Link_base {
18666         T val;
18667     };
18669     struct List_base {
18670         Link_base* first;   // first element (if any)
18671         int sz;             // number of elements
18672         void add_front(Link_base* p);
18673         // ...
18674     };
18676     template<typename T>
18677     class List : List_base {
18678     public:
18679         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18680         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18681         // ...
18682     };
18684     List<int> li;
18685     List<string> ls;
18687 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18688 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18690 Instead of using a separate "base" type, another common technique is to specialize for `void` or `void*` and have the general template for `T` be just the safely-encapsulated casts to and from the core `void` implementation.
18692 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18694 ##### Enforcement
18698 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18702 ### <a name="Rt-variadic"></a>T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types
18704 ##### Reason
18706 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18708 ##### Example
18710     ??? printf
18712 ##### Enforcement
18714 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18716 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18718 ##### Reason
18720  ???
18722 ##### Example
18724     ??? beware of move-only and reference arguments
18726 ##### Enforcement
18730 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18732 ##### Reason
18734  ???
18736 ##### Example
18738     ??? forwarding, type checking, references
18740 ##### Enforcement
18744 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18746 ##### Reason
18748 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18750 ##### Example
18752     ???
18754 ##### Enforcement
18758 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18760 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18762 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18763 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18764 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18766 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18768 ##### Reason
18770 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18771 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18772 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18773 For example, if you really need AST manipulation at compile time (e.g., for optional matrix operation folding) there might be no other way in C++.
18775 ##### Example, bad
18777     ???
18779 ##### Example, bad
18781     enable_if
18783 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18785 ##### Example
18787     ??? good
18789 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18791 ##### Note
18793 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18795 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18797 ##### Reason
18799 Where C++20 is not available, we need to emulate them using TMP.
18800 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18802 ##### Example
18804     template<typename Iter>
18805         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18806     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18808     template<typename Iter>
18809         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18810     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18812 ##### Note
18814 Such code is much simpler using concepts:
18816     void advance(random_access_iterator auto p, int n) { p += n; }
18818     void advance(forward_iterator auto p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18820 ##### Enforcement
18824 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18826 ##### Reason
18828 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18830 ##### Note
18832 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18834 ##### Example
18836     ??? big object / small object optimization
18838 ##### Enforcement
18842 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18844 ##### Reason
18846 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18847 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18849 ##### Note
18851 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18853 ##### Example
18855     template<typename T>
18856         // requires Number<T>
18857     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18858     {
18859         T res = 1;
18860         while (n--) res *= v;
18861         return res;
18862     }
18864     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18866 ##### Enforcement
18868 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18870 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18872 ##### Reason
18874 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18876 ##### Example
18878     ???
18880 ##### Enforcement
18884 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18886 ##### Reason
18888 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18889 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18891 ##### Example
18893     ???
18895 ##### Enforcement
18899 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18901 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name
18903 See [F.10](#Rf-name)
18905 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18907 See [F.11](#Rf-lambda)
18909 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18911 ##### Reason
18913 Improved readability.
18915 ##### Example
18917     ???
18919 ##### Enforcement
18923 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
18925 ##### Reason
18927 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18929 ##### Example
18931 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18933     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18934         // ...
18935     }
18937     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18938         // ...
18939     }
18941 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18943 ##### Example
18945 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18947     class Base {
18948     public:
18949         Bar f();
18950         Bar g();
18951     };
18953     class Derived1 : public Base {
18954     public:
18955         Bar h();
18956     };
18958     class Derived2 : public Base {
18959     public:
18960         Bar j();
18961     };
18963     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
18964     void my_func(Derived1& param)
18965     {
18966         use(param.f());
18967         use(param.g());
18968     }
18970     // good, uses only Base interface so only commit to that
18971     void my_func(Base& param)
18972     {
18973         use(param.f());
18974         use(param.g());
18975     }
18977 ##### Enforcement
18979 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
18980 * Flag `x.size() == 0` when `x.empty()` or `x.is_empty()` is available. Emptiness works for more containers than size(), because some containers don't know their size or are conceptually of unbounded size.
18981 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
18983 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
18985 ##### Reason
18987 You can't partially specialize a function template per language rules. You can fully specialize a function template but you almost certainly want to overload instead -- because function template specializations don't participate in overloading, they don't act as you probably wanted. Rarely, you should actually specialize by delegating to a class template that you can specialize properly.
18989 ##### Example
18991     ???
18993 **Exceptions**: If you do have a valid reason to specialize a function template, just write a single function template that delegates to a class template, then specialize the class template (including the ability to write partial specializations).
18995 ##### Enforcement
18997 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
19000 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
19002 ##### Reason
19004 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users' pain.
19006 ##### Example
19008     class X {
19009     public:
19010         X() = delete;
19011         X(const X&) = default;
19012         X(X&&) = default;
19013         X& operator=(const X&) = default;
19014         // ...
19015     };
19017 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
19019     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
19020     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
19023 ##### Enforcement
19025 Not feasible.
19027 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
19029 C and C++ are closely related languages.
19030 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
19031 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
19033 C rule summary:
19035 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
19036 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
19037 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
19039 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
19041 ##### Reason
19043 C++ provides better type checking and more notational support.
19044 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
19046 ##### Example
19048     char ch = 7;
19049     void* pv = &ch;
19050     int* pi = pv;   // not C++
19051     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
19053 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
19054 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
19056 ##### Enforcement
19058 Use a C++ compiler.
19060 ### <a name="Rcpl-subset"></a>CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++
19062 ##### Reason
19064 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
19066 ##### Example
19068     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
19069     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
19070     int* p3 = new int[10];                                   // not C
19071     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
19073 ##### Enforcement
19075 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
19077   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
19079 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
19081 ##### Reason
19083 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
19085 ##### Example
19087 For example, to use a 3rd party C library or C systems interface, define the low-level interface in the common subset of C and C++ for better type checking.
19088 Whenever possible encapsulate the low-level interface in an interface that follows the C++ guidelines (for better abstraction, memory safety, and resource safety) and use that C++ interface in C++ code.
19090 ##### Example
19092 You can call C from C++:
19094     // in C:
19095     double sqrt(double);
19097     // in C++:
19098     extern "C" double sqrt(double);
19100     sqrt(2);
19102 ##### Example
19104 You can call C++ from C:
19106     // in C:
19107     X call_f(struct Y*, int);
19109     // in C++:
19110     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
19111     {
19112         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
19113     }
19115 ##### Enforcement
19117 None needed
19119 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
19121 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
19122 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
19124 Source file rule summary:
19126 * [SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files if your project doesn't already follow another convention](#Rs-file-suffix)
19127 * [SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
19128 * [SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
19129 * [SF.4: Include header files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
19130 * [SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
19131 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
19132 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
19133 * [SF.8: Use `#include` guards for all header files](#Rs-guards)
19134 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
19135 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
19136 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
19137 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
19139 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
19140 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
19141 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
19143 ### <a name="Rs-file-suffix"></a>SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files if your project doesn't already follow another convention
19145 See [NL.27](#Rl-file-suffix)
19147 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions
19149 ##### Reason
19151 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
19153 ##### Example
19155     // file.h:
19156     namespace Foo {
19157         int x = 7;
19158         int xx() { return x+x; }
19159     }
19161     // file1.cpp:
19162     #include <file.h>
19163     // ... more ...
19165      // file2.cpp:
19166     #include <file.h>
19167     // ... more ...
19169 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
19171 **Alternative formulation**: A header file must contain only:
19173 * `#include`s of other header files (possibly with include guards)
19174 * templates
19175 * class definitions
19176 * function declarations
19177 * `extern` declarations
19178 * `inline` function definitions
19179 * `constexpr` definitions
19180 * `const` definitions
19181 * `using` alias definitions
19182 * ???
19184 ##### Enforcement
19186 Check the positive list above.
19188 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files
19190 ##### Reason
19192 Maintainability. Readability.
19194 ##### Example, bad
19196     // bar.cpp:
19197     void bar() { cout << "bar\n"; }
19199     // foo.cpp:
19200     extern void bar();
19201     void foo() { bar(); }
19203 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19204 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19206 ##### Enforcement
19208 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19210 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include header files before other declarations in a file
19212 ##### Reason
19214 Minimize context dependencies and increase readability.
19216 ##### Example
19218     #include <vector>
19219     #include <algorithm>
19220     #include <string>
19222     // ... my code here ...
19224 ##### Example, bad
19226     #include <vector>
19228     // ... my code here ...
19230     #include <algorithm>
19231     #include <string>
19233 ##### Note
19235 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19237 ##### Note
19239 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19240 (as in the example labeled "bad").
19241 However
19243 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19244 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19245 * full protection and flexibility require modules.
19247 **See also**:
19249 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19250 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19252 ##### Enforcement
19254 Easy.
19256 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface
19258 ##### Reason
19260 This enables the compiler to do an early consistency check.
19262 ##### Example, bad
19264     // foo.h:
19265     void foo(int);
19266     int bar(long);
19267     int foobar(int);
19269     // foo.cpp:
19270     void foo(int) { /* ... */ }
19271     int bar(double) { /* ... */ }
19272     double foobar(int);
19274 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19276 ##### Example
19278     // foo.h:
19279     void foo(int);
19280     int bar(long);
19281     int foobar(int);
19283     // foo.cpp:
19284     #include "foo.h"
19286     void foo(int) { /* ... */ }
19287     int bar(double) { /* ... */ }
19288     double foobar(int);   // error: wrong return type
19290 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19291 The argument-type error for `bar` cannot be caught until link time because of the possibility of overloading, but systematic use of `.h` files increases the likelihood that it is caught earlier by the programmer.
19293 ##### Enforcement
19297 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)
19299 ##### Reason
19301  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19302  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19303  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19305 ##### Example
19307     #include <string>
19308     #include <vector>
19309     #include <iostream>
19310     #include <memory>
19311     #include <algorithm>
19313     using namespace std;
19315     // ...
19317 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19318 could be distracting.
19320 ##### Example
19322 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19324     #include <cmath>
19325     using namespace std;
19327     int g(int x)
19328     {
19329         int sqrt = 7;
19330         // ...
19331         return sqrt(x); // error
19332     }
19334 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19335 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19337 ##### Note
19339 A `.cpp` file is a form of local scope.
19340 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19341 an N-line function containing a `using namespace X`,
19342 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19344 ##### Note
19346 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19348 ##### Enforcement
19350 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
19352 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19354 ##### Reason
19356 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives. It also makes `#include`d headers order-dependent as they might have different meaning when included in different orders.
19358 ##### Example
19360     // bad.h
19361     #include <iostream>
19362     using namespace std; // bad
19364     // user.cpp
19365     #include "bad.h"
19367     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19369     int main()
19370     {
19371         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19372     }
19374 ##### Note
19376 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19377 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19378 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19380 ##### Enforcement
19382 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19384 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all header files
19386 ##### Reason
19388 To avoid files being `#include`d several times.
19390 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19391 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19392 the header file is part of.
19394 ##### Example
19396     // file foobar.h:
19397     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19398     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19399     // ... declarations ...
19400     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19402 ##### Enforcement
19404 Flag `.h` files without `#include` guards.
19406 ##### Note
19408 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19409 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19410 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19411 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19413 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19415 ##### Reason
19417 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19418 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19419 available).
19421 ##### Note
19423 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19425 ##### Example, bad
19427     // file1.h:
19428     #include "file2.h"
19430     // file2.h:
19431     #include "file3.h"
19433     // file3.h:
19434     #include "file1.h"
19436 ##### Enforcement
19438 Flag all cycles.
19441 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19443 ##### Reason
19445 Avoid surprises.
19446 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19447 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19449 ##### Example, bad
19451     #include <iostream>
19452     using namespace std;
19454     void use()
19455     {
19456         string s;
19457         cin >> s;               // fine
19458         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19459         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19460             // ...
19461         }
19462     }
19464 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19465 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19466 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19467 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`").
19469 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19471 ##### Example, good
19473     #include <iostream>
19474     #include <string>
19475     using namespace std;
19477     void use()
19478     {
19479         string s;
19480         cin >> s;               // fine
19481         getline(cin, s);        // fine
19482         if (s == "surprise") {  // fine
19483             // ...
19484         }
19485     }
19487 ##### Note
19489 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19490 For example:
19492     // basic_std_lib.h:
19494     #include <string>
19495     #include <map>
19496     #include <iostream>
19497     #include <random>
19498     #include <vector>
19500 a user can now get that set of declarations with a single `#include`
19502     #include "basic_std_lib.h"
19504 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19506 ##### Enforcement
19508 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19509 No really good solution is possible until we have modules.
19511 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19513 ##### Reason
19515 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19516 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19517 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19519 ##### Example
19521     #include "helpers.h"
19522     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19524 ##### Note
19526 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19528 ##### Note
19530 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19532 ##### Enforcement
19534 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19536 ### <a name="Rs-incform"></a>SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else
19538 ##### Reason
19540 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19541 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19542 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19544 Nevertheless, the guidance is to use the quoted form for including files that exist at a relative path to the file containing the `#include` statement (from within the same component or project) and to use the angle bracket form everywhere else, where possible. This encourages being clear about the locality of the file relative to files that include it, or scenarios where the different search algorithm is required. It makes it easy to understand at a glance whether a header is being included from a local relative file versus a standard library header or a header from the alternate search path (e.g. a header from another library or a common set of includes).
19546 ##### Example
19548     // foo.cpp:
19549     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19550     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19551     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19552     #include "foo_utils/utils.h"     // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19553     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19555 ##### Note
19557 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors due to picking up the wrong file by incorrectly specifying the scope when it is included. For example, in a typical case where the `#include ""` search algorithm might search for a file existing at a local relative path first, then using this form to refer to a file that is not locally relative could mean that if a file ever comes into existence at the local relative path (e.g. the including file is moved to a new location), it will now be found ahead of the previous include file and the set of includes will have been changed in an unexpected way.
19559 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19561 ##### Enforcement
19563 A test should identify whether headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19565 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19567 ##### Reason
19569  ???
19571 ##### Example
19573     ???
19575 ##### Enforcement
19579 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19581 ##### Reason
19583 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19585 ##### Example
19587     // file foo.h:
19588     namespace
19589     {
19590         const double x = 1.234;  // bad
19592         double foo(double y)     // bad
19593         {
19594             return y + x;
19595         }
19596     }
19598     namespace Foo
19599     {
19600         const double x = 1.234; // good
19602         inline double foo(double y)        // good
19603         {
19604             return y + x;
19605         }
19606     }
19608 ##### Enforcement
19610 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19612 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19614 ##### Reason
19616 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19617 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19619 ##### Example; bad
19621     static int f();
19622     int g();
19623     static bool h();
19624     int k();
19626 ##### Example; good
19628     namespace {
19629         int f();
19630         bool h();
19631     }
19632     int g();
19633     int k();
19635 ##### Example
19637 An API class and its members can't live in an unnamed namespace; but any "helper" class or function that is defined in an implementation source file should be at an unnamed namespace scope.
19639     ???
19641 ##### Enforcement
19643 * ???
19645 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19647 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19648 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19650 The standard library has steadily grown over the years.
19651 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19652 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19654 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19656 C++ Standard Library component summary:
19658 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19659 * [SL.str: String](#SS-string)
19660 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19661 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19662 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19663 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19665 Standard-library rule summary:
19667 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19668 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19669 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19670 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19671 * ???
19673 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19675 ##### Reason
19677 Save time. Don't re-invent the wheel.
19678 Don't replicate the work of others.
19679 Benefit from other people's work when they make improvements.
19680 Help other people when you make improvements.
19682 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19684 ##### Reason
19686 More people know the standard library.
19687 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19690 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19692 ##### Reason
19694 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19695 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19697 ##### Example
19699     ???
19701 ##### Enforcement
19703 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19705 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19707 ##### Reason
19709 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19711 ##### Note
19713 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19714 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19716 Summary of more specific rules:
19718 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19721 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19725 Container rule summary:
19727 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19728 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19729 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19730 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19732 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19734 ##### Reason
19736 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19737 For a fixed-length array, use `std::array`, which does not degenerate to a pointer when passed to a function and does know its size.
19738 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19739 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19741 ##### Example
19743     int v[SIZE];                        // BAD
19745     std::array<int, SIZE> w;            // ok
19747 ##### Example
19749     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19750     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19752     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19754 ##### Note
19756 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19758 ##### Note
19760 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19761 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19762 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19763 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19765 ##### Enforcement
19767 * Flag declaration of a C array inside a function or class that also declares an STL container (to avoid excessive noisy warnings on legacy non-STL code). To fix: At least change the C array to a `std::array`.
19769 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19771 ##### Reason
19773 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19775 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19776 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19777 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19779 Usually you need to add and remove elements from the container, so use `vector` by default; if you don't need to modify the container's size, use `array`.
19781 Even when other containers seem more suited, such as `map` for O(log N) lookup performance or a `list` for efficient insertion in the middle, a `vector` will usually still perform better for containers up to a few KB in size.
19783 ##### Note
19785 `string` should not be used as a container of individual characters. A `string` is a textual string; if you want a container of characters, use `vector</*char_type*/>` or `array</*char_type*/>` instead.
19787 ##### Exceptions
19789 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19791 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19793 * If you want a dictionary-style lookup container that guarantees O(K) or O(log N) lookups, the container will be larger (more than a few KB) and you perform frequent inserts so that the overhead of maintaining a sorted `vector` is infeasible, go ahead and use an `unordered_map` or `map` instead.
19795 ##### Note
19797 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19798 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19800     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19801     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19803 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19805 ##### Enforcement
19807 * Flag a `vector` whose size never changes after construction (such as because it's `const` or because no non-`const` functions are called on it). To fix: Use an `array` instead.
19809 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19811 ##### Reason
19813 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19815 ##### Note
19817 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19818 Standard types such as `vector` can be modified to perform bounds-checks under the bounds profile (in a compatible way, such as by adding contracts), or used with `at()`.
19820 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19821 For example:
19823 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19824 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19826 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19828 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19829 For example
19831 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19833 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19835 ##### Example, bad
19837     void f()
19838     {
19839         array<int, 10> a, b;
19840         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19841         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19842     }
19844 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidates than `memset()`.
19846 ##### Example, good
19848     void f()
19849     {
19850         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19851         a.fill(0);
19852         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19853         fill(b, 0);                     // std::ranges::fill()
19855         if ( a == b ) {
19856           // ...
19857         }
19858     }
19860 ##### Example
19862 If code is using an unmodified standard library, then there are still workarounds that enable use of `std::array` and `std::vector` in a bounds-safe manner. Code can call the `.at()` member function on each class, which will result in an `std::out_of_range` exception being thrown. Alternatively, code can call the `at()` free function, which will result in fail-fast (or a customized action) on a bounds violation.
19864     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19865     {
19866         v[0] = a[0];        // BAD
19867         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19868         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19870         v.at(0) = a[i];     // BAD
19871         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19872         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19873     }
19875 ##### Enforcement
19877 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19878 ??? insert link to a list of banned functions
19880 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19883 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
19885 ##### Reason
19887 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
19889 ##### Note
19891 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
19893 ##### Example
19895     struct base {
19896         virtual void update() = 0;
19897     };
19899     struct derived : public base {
19900         void update() override {}
19901     };
19904     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
19905     {
19906         memset(&a, 0, sizeof(derived));
19907         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
19908         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
19909     }
19911 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
19913     void g(derived& a, derived& b)
19914     {
19915         a = {};    // default initialize
19916         b = a;     // copy
19917         if (a == b) do_something(a, b);
19918     }
19920 ##### Enforcement
19922 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
19924 **TODO Notes**:
19926 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
19927 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
19928 * For existing stdlib functions and types like `vector` that are not fully bounds-checked, the goal is for these features to be bounds-checked when called from code with the bounds profile on, and unchecked when called from legacy code, possibly using contracts (concurrently being proposed by several WG21 members).
19932 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
19934 Text manipulation is a huge topic.
19935 `std::string` doesn't cover all of it.
19936 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
19937 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
19939 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
19941 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
19942 We don't consider ???
19944 String summary:
19946 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
19947 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
19948 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
19949 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
19950 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
19952 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
19953 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
19954 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
19956 **See also**:
19958 * [F.24 span](#Rf-range)
19959 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
19962 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
19964 ##### Reason
19966 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
19968 ##### Example
19970     vector<string> read_until(const string& terminator)
19971     {
19972         vector<string> res;
19973         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19974             res.push_back(s);
19975         return res;
19976     }
19978 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
19979 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
19981 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
19983     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
19984     {
19985         vector<string> res;
19986         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19987             res.push_back(s);
19988         return res;
19989     }
19991 ##### Example, bad
19993 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
19995     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
19996         // return s1 + '.' + s2
19997     {
19998         int l1 = strlen(s1);
19999         int l2 = strlen(s2);
20000         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
20001         strcpy(p, s1, l1);
20002         p[l1] = '.';
20003         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
20004         p[l1 + l2 + 1] = 0;
20005         return p;
20006     }
20008 Did we get that right?
20009 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
20010 Will this code pass a security review?
20012 ##### Note
20014 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
20015 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
20017 ##### Enforcement
20021 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
20023 ##### Reason
20025 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
20026 those sequences are allocated and stored.
20028 ##### Example
20030     vector<string> read_until(string_view terminator);
20032     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
20033     {
20034         auto v1 = read_until(p);
20035         auto v2 = read_until(s);
20036         auto v3 = read_until(ss);
20037         // ...
20038     }
20040 ##### Note
20042 `std::string_view` (C++17) is read-only.
20044 ##### Enforcement
20048 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
20050 ##### Reason
20052 Readability.
20053 Statement of intent.
20054 A plain `char*` can be a pointer to a single character, a pointer to an array of characters, a pointer to a C-style (zero-terminated) string, or even to a small integer.
20055 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
20057 ##### Example
20059     void f1(const char* s); // s is probably a string
20061 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
20063     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
20064     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
20065     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
20067 ##### Note
20069 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
20071 ##### Note
20073 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
20075 ##### Note
20077 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
20078 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
20079 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
20080 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible.
20082 ##### Enforcement
20084 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20085 * Flag uses of `delete` on a `char*`
20086 * Flag uses of `free()` on a `char*`
20088 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
20090 ##### Reason
20092 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
20094 ##### Example, bad
20096     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
20098     void print(const char* p)
20099     {
20100         cout << p << '\n';
20101     }
20103     void use()
20104     {
20105         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
20106     }
20108 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
20110 ##### Alternative
20112 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
20114 ##### Enforcement
20116 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20118 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
20120 ##### Reason
20122 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
20123 and disables valuable optimizations.
20125 ##### Example
20127     ???
20129 ##### Note
20131 C++17
20133 ##### Enforcement
20138 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
20140 ##### Reason
20142 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
20144 ##### Example
20146     ???
20148 ##### Note
20152 ##### Enforcement
20156 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
20158 ##### Reason
20160 `std::string_view` is read-only.
20162 ##### Example
20166 ##### Note
20170 ##### Enforcement
20172 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
20174 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
20176 ##### Reason
20178 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
20180 ##### Example
20182     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
20183     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
20184     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
20185     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
20189 ##### Enforcement
20194 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
20196 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
20197 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
20198 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
20199 and user-defined extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
20201 Iostream rule summary:
20203 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
20204 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
20205 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
20206 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
20207 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
20208 * [???](#???)
20210 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
20212 ##### Reason
20214 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
20215 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
20217 ##### Example
20219     char c;
20220     char buf[128];
20221     int i = 0;
20222     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20223         buf[i++] = c;
20224     if (i == 128) {
20225         // ... handle too long string ....
20226     }
20228 Better (much simpler and probably faster):
20230     string s;
20231     s.reserve(128);
20232     cin >> s;
20234 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20236 ##### Enforcement
20241 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20243 ##### Reason
20245 Errors are typically best handled as soon as possible.
20246 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20248 ##### Example
20250     ???
20252 ##### Enforcement
20256 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20258 ##### Reason
20260 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20262 ##### Example
20264     // write a complex number:
20265     complex<double> z{ 3, 4 };
20266     cout << z << '\n';
20268 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20270 ##### Example
20272     // read a file of complex numbers:
20273     for (complex<double> z; cin >> z; )
20274         v.push_back(z);
20276 ##### Exception
20278 ??? performance ???
20280 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20282 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20283 flexibility of formatting and performance.
20284 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilience against security violations,
20285 implicit memory management, and `locale` handling.
20287 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20289 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20290 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20291 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20293 ##### Enforcement
20295 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20297 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20299 ##### Reason
20301 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20302 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20304 ##### Example
20306     int main()
20307     {
20308         ios_base::sync_with_stdio(false);
20309         // ... use iostreams ...
20310     }
20312 ##### Enforcement
20316 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20318 ##### Reason
20320 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20321 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20322 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20324 ##### Example
20326     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20327     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20329 ##### Note
20331 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20332 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20334 ##### Note
20336 For string streams (specifically `ostringstream`), the insertion of an `endl` is entirely equivalent
20337 to the insertion of a `'\n'` character, but also in this case, `endl` might be significantly slower.
20339 `endl` does *not* take care of producing a platform specific end-of-line sequence (like "\r\n" on
20340 Windows). So for a string stream, `s << endl` just inserts a *single* character, `'\n'`.
20342 ##### Note
20344 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20345 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20347 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20349 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20350 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20352 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20354 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20355 outputting time in various units.
20356 It provides clocks for registering `time_points`.
20358 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20362 C Standard Library rule summary:
20364 * [S.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20365 * [???](#???)
20366 * [???](#???)
20368 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20370 ##### Reason
20372 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20374 ##### Enforcement
20376 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20380 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20382 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20384 Architectural rule summary:
20386 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20387 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20388 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20389 * [???](#???)
20390 * [???](#???)
20391 * [???](#???)
20392 * [???](#???)
20393 * [???](#???)
20394 * [???](#???)
20396 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20398 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20400 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20402 ##### Reason
20404 ##### Note
20406 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20407 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20408 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20411 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20413 ##### Reason
20415 * A cycle complicates the build process.
20416 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20418 ##### Note
20420 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20421 For example:
20423     ???
20425 However, a library should not depend on another that depends on it.
20428 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20430 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20431 We know perfectly well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20432 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20434 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20435 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20436 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20437 such "wisdom" might be based on decades-old information or experiences from languages with very different properties than C++
20438 (e.g., C or Java).
20440 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20442 Non-rule summary:
20444 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20445 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20446 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20447 * [NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20448 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20449 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20450 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20451 * ???
20453 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20455 ##### Reason
20457 The "all declarations on top" rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
20458 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20460 ##### Example, bad
20462     int use(int x)
20463     {
20464         int i;
20465         char c;
20466         double d;
20468         // ... some stuff ...
20470         if (x < i) {
20471             // ...
20472             i = f(x, d);
20473         }
20474         if (i < x) {
20475             // ...
20476             i = g(x, c);
20477         }
20478         return i;
20479     }
20481 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20482 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20483 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20486 ##### Alternative
20488 * [Always initialize an object](#Res-always)
20489 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20491 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20493 ##### Reason
20495 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20496 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20498 ##### Example
20500     template<class T>
20501     //  requires Number<T>
20502     string sign(T x)
20503     {
20504         if (x < 0)
20505             return "negative";
20506         if (x > 0)
20507             return "positive";
20508         return "zero";
20509     }
20511 to use a single return only we would have to do something like
20513     template<class T>
20514     //  requires Number<T>
20515     string sign(T x)        // bad
20516     {
20517         string res;
20518         if (x < 0)
20519             res = "negative";
20520         else if (x > 0)
20521             res = "positive";
20522         else
20523             res = "zero";
20524         return res;
20525     }
20527 This is both longer and likely to be less efficient.
20528 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20529 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20531 ##### Example
20533     int index(const char* p)
20534     {
20535         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20536         // ... do a lookup to find the index for p
20537         return i;
20538     }
20540 If we applied the rule, we'd get something like
20542     int index2(const char* p)
20543     {
20544         int i;
20545         if (!p)
20546             i = -1;  // error indicator
20547         else {
20548             // ... do a lookup to find the index for p
20549         }
20550         return i;
20551     }
20553 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20554 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20556 ##### Alternative
20558 * Keep functions short and simple
20559 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20561 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20563 ##### Reason
20565 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20567 * exceptions are inefficient
20568 * exceptions lead to leaks and errors
20569 * exception performance is not predictable
20570 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20572 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20573 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20574 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20575 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20577 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20578 and in the context of these guidelines.
20579 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20580 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20581 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20583 Consider the major objections to exceptions in turn
20585 * Exceptions are inefficient:
20586 Compared to what?
20587 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20588 In particular, do not compare a program that immediately terminates on seeing an error to a program
20589 that carefully cleans up resources before logging an error.
20590 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20591 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20592 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20593 insight into the problem under discussion.
20594 * Exceptions lead to leaks and errors.
20595 They do not.
20596 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20597 you have a problem whatever you do.
20598 If your system consists of a million lines of such code,
20599 you probably will not be able to use exceptions,
20600 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20601 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20602 * Exception performance is not predictable.
20603 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20604 you need tools to back up such guarantees.
20605 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20606 * The exception-handling run-time support takes up too much space.
20607 This can be the case in small (usually embedded) systems.
20608 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20609 and what failure to catch an error would cost.
20611 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20613 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20615 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20616 * They cannot be forgotten or ignored
20617 * They can be used systematically
20619 Remember
20621 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20622 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20623 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20624 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20626 ##### Example
20628     ???
20630 ##### Alternative
20632 * [RAII](#Re-raii)
20633 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20635 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file
20637 ##### Reason
20639 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20640 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20642 ##### Example
20644     ???
20646 ##### Alternative
20648 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20650 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20652 ##### Reason
20654 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20655 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20656 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20658 ##### Example, bad
20660     // Old conventional style: many problems
20662     class Picture
20663     {
20664         int mx;
20665         int my;
20666         int * data;
20667     public:
20668         // main problem: constructor does not fully construct
20669         Picture(int x, int y)
20670         {
20671             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20672                             // rather than in member initializer
20673             my = y;
20674             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20675                             // rather than in member initializer
20676         }
20678         ~Picture()
20679         {
20680             Cleanup();
20681         }
20683         // ...
20685         // bad: two-phase initialization
20686         bool Init()
20687         {
20688             // invariant checks
20689             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20690                 return false;
20691             }
20692             if (data) {
20693                 return false;
20694             }
20695             data = (int*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20696             return data != nullptr;
20697         }
20699         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20700         void Cleanup()
20701         {
20702             if (data) free(data);
20703             data = nullptr;
20704         }
20705     };
20707     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20708     // this will fail..
20709     if (!picture.Init()) {
20710         puts("Error, invalid picture");
20711     }
20712     // now have an invalid picture object instance.
20714 ##### Example, good
20716     class Picture
20717     {
20718         int mx;
20719         int my;
20720         vector<int> data;
20722         static int check_size(int size)
20723         {
20724             // invariant check
20725             Expects(size > 0);
20726             return size;
20727         }
20729     public:
20730         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20731         Picture(int x, int y)
20732             : mx(check_size(x))
20733             , my(check_size(y))
20734             // now we know x and y have a valid size
20735             , data(mx * my) // will throw std::bad_alloc on error
20736         {
20737             // picture is ready-to-use
20738         }
20740         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20742         // ...
20743     };
20745     Picture picture1(100, 100);
20746     // picture is ready-to-use here...
20748     // not a valid size for y,
20749     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20750     Picture picture2(100, 0);
20751     // not reach here...
20753 ##### Alternative
20755 * Always establish a class invariant in a constructor.
20756 * Don't define an object before it is needed.
20758 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20760 ##### Reason
20762 `goto` is error-prone.
20763 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20765 ##### Example, bad
20767     void do_something(int n)
20768     {
20769         if (n < 100) goto exit;
20770         // ...
20771         int* p = (int*) malloc(n);
20772         // ...
20773         if (some_error) goto_exit;
20774         // ...
20775     exit:
20776         free(p);
20777     }
20779 and spot the bug.
20781 ##### Alternative
20783 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20784 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20786 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20788 ##### Reason
20790 `protected` data is a source of errors.
20791 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20792 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20794 ##### Example
20796     ???
20798 ##### Alternative
20800 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20803 # <a name="S-references"></a>RF: References
20805 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20806 Many
20808 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20809 * are written by C++ novices
20810 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20811 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20812 * are written to preserve decades old code bases
20813 * aim at a single application domain
20814 * are downright counterproductive
20815 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20817 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20818 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20820 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20821 Fundamentally, because affordable languages (and their tool chains) also serve people with needs that differ from yours and serve more needs than you have today.
20822 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20823 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20825 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20826 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20827 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20829 Reference sections:
20831 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20832 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20833 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20834 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20835 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20836 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20837 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20839 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20841 * [AUTOSAR Guidelines for the use of the C++14 language in critical and safety-related systems v17.10](https://www.autosar.org/fileadmin/user_upload/standards/adaptive/17-10/AUTOSAR_RS_CPP14Guidelines.pdf)
20842 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20843   ???.
20844 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20845   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20846 * Facebook: ???
20847 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20848   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20849 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20850   Geared toward C++17 and (also) older code bases. Google experts are now actively collaborating here on helping to improve these Guidelines, and hopefully to merge efforts so these can be a modern common set they could also recommend.
20851 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20852   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20853   For flight control software.
20854   For hard-real-time.
20855   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20856   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20857   No exception is allowed to be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
20858   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20859   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20860   Recommended, but note its very specific focus.
20861 * [MISRA C++ 2008: Guidelines for the use of the C++ language in critical systems](https://www.misra.org.uk/Buyonline/tabid/58/Default.aspx).
20862 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
20863   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20864   As such, it is restrictive.
20865 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20866   ???.
20867 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20868   ???.
20869 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/x/Wnw-BQ).
20870   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20871   Many of their rules apply generally.
20872 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20873 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20874   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20875 * ???
20877 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20879 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20880 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20881 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20882 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20883 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20884 * [SuttAlex05](#SuttAlex05) Sutter and Alexandrescu: *C++ Coding Standards*. Addison-Wesley 2005. More a set of meta-rules than a set of rules. Pre-C++11.
20885 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20886   LCSD05. October 2005.
20887 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20888   Addison Wesley 2014.
20889   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20890 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20891   Addison Wesley 2013.
20892   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20893 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20894   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20895   Mostly low-level naming and layout rules.
20896   Primarily a teaching tool.
20898 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20900 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20901 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20902 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20903 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20904 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20905 A textbook for beginners and relative novices.
20907 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20909 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20910 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20911 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20912 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20913 * [Adobe open source](https://opensource.adobe.com/)
20914 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20915 * Sutter's Mill?
20916 * ???
20918 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20920 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20921 * Bjarne Stroustrup: [The Essence of C++: With Examples in C++84, C++98, C++11, and C++14](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Opening-Keynote-Bjarne-Stroustrup). 2013
20922 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20923 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20924 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20925 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
20926 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20927 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20928 * CppCon 15
20929 * ??? C++ Next
20930 * ??? Meting C++
20931 * ??? more ???
20933 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
20935 * ISO C++ Standard C++11.
20936 * ISO C++ Standard C++14.
20937 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
20938 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
20939 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20940 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
20943 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
20945 This section contains materials that have been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
20947 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
20948 * Stroustrup, Sutter, and Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf). A paper with lots of examples.
20949 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
20950 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
20951 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
20952 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
20953 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
20954 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
20955 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
20956 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
20958 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
20960 Contributions to this list would be most welcome.
20962 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
20964 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
20966 * Peter Juhl
20967 * Neil MacIntosh
20968 * Axel Naumann
20969 * Andrew Pardoe
20970 * Gabriel Dos Reis
20971 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
20972 * Sergey Zubkov
20974 and see the contributor list on the github.
20976 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
20978 Ideally, we would follow all of the guidelines.
20979 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
20980 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
20981 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
20982 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
20984 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
20985 of problems first and leave the rest until later.
20986 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
20987 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
20988 We call such a set of related guidelines a "profile".
20989 We aim for such a set of guidelines to be coherent so that they together help us reach a specific goal, such as "absence of range errors"
20990 or "static type safety."
20991 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
20992 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
20994 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset of rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
20995 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
20996 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
20998 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
20999 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
21000 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
21001 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
21002 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
21004 Profiles summary:
21006 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
21007 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
21008 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
21010 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
21011 Candidates include:
21013 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
21014 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
21015 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
21016 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
21017 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
21019 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
21021 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
21023     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
21024     {
21025         // ...
21026     }
21028 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
21029 Obviously, suppression should be very rare.
21031 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
21033 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
21034 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
21036 For the purposes of this section,
21037 type-safety is defined to be the property that a variable is not used in a way that doesn't obey the rules for the type of its definition.
21038 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
21039 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21041 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
21043 Type safety profile summary:
21045 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
21047   1. <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Don't use `reinterpret_cast`; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21048   2. <a name="Pro-type-arithmeticcast"></a>Don't use `static_cast` for arithmetic types; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
21049   3. <a name="Pro-type-identitycast"></a>Don't cast between pointer types where the source type and the target type are the same; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
21050   4. <a name="Pro-type-implicitpointercast"></a>Don't cast between pointer types when the conversion could be implicit; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
21051 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
21052 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
21053 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
21054 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
21055 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
21056 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
21057 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
21058 [always initialize](#Res-always).
21059 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
21060 [always initialize](#Res-always),
21061 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
21062 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
21063 * <a name="Pro-type-unon"></a>Type.7: Avoid naked union:
21064 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
21065 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
21066 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
21068 ##### Impact
21070 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
21071 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
21072 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21073 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
21076 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
21078 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
21079 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
21080 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
21082 We define bounds-safety to be the property that a program does not use an object to access memory outside of the range that was allocated for it.
21083 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
21084 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
21086 Bounds safety profile summary:
21088 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
21089 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21090 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
21091 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21092 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
21093 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21094 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
21095 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
21097 ##### Impact
21099 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
21100 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
21101 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
21102 Even if an out-of-bounds access is "just a read", it can lead to invariant violations (when the accessed isn't of the assumed type)
21103 and "mysterious values."
21106 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
21108 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
21109 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
21110 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
21112 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
21114 Lifetime safety profile summary:
21116 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
21117 [detect or avoid](#Res-deref).
21119 ##### Impact
21121 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
21123 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
21124 * eliminates a major source of potential security violations
21125 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
21126 * increases confidence in correctness of code
21127 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
21130 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
21132 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
21133 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
21135 The Core Guidelines support library is defined in namespace `gsl` and the names might be aliases for standard library or other well-known library names. Using the (compile-time) indirection through the `gsl` namespace allows for experimentation and for local variants of the support facilities.
21137 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
21138 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
21139 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
21141 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
21142 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
21143 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
21145 Some of the GSL types listed below might not be supported in the library you use due to technical reasons such as limitations in the current versions of C++.
21146 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
21148 Summary of GSL components:
21150 * [GSL.view: Views](#SS-views)
21151 * [GSL.owner](#SS-ownership)
21152 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
21153 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
21154 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
21156 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
21158 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
21160 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
21162 These types allow the user to distinguish between owning and non-owning pointers and between pointers to a single object and pointers to the first element of a sequence.
21164 These "views" are never owners.
21166 References are never owners (see [R.4](#Rr-ref)). Note: References have many opportunities to outlive the objects they refer to (returning a local variable by reference, holding a reference to an element of a vector and doing `push_back`, binding to `std::max(x, y + 1)`, etc). The Lifetime safety profile aims to address those things, but even so `owner<T&>` does not make sense and is discouraged.
21168 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
21170 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
21171 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
21173 The "raw-pointer" notation (e.g. `int*`) is assumed to have its most common meaning; that is, a pointer points to an object, but does not own it.
21174 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
21176 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
21178 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
21179 Reasons for that include:
21181 * Cost of conversion.
21182 * The pointer is used with an ABI.
21183 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
21185 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
21187 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
21189 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
21191 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
21192   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
21194 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
21195 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
21197 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
21199 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
21200 A `char*` that points to more than one `char` but is not a C-style string (e.g., a pointer into an input buffer) should be represented by a `span`.
21202 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
21203 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
21205 Logically, those last two aliases are not needed, but we are not always logical, and they make the distinction between a pointer to one `char` and a pointer to a C-style string explicit.
21206 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `span<char>`, or if that is impossible because of ABI issues a `char*`, rather than a `zstring`.
21209 Use `not_null<zstring>` for C-style strings that cannot be `nullptr`. ??? Do we need a name for `not_null<zstring>`? or is its ugliness a feature?
21211 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
21213 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
21214 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
21215 * `stack_array<T>`    // A stack-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter. The elements are mutable unless `T` is a `const` type.
21216 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter.
21217   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
21219 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
21221 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21222                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
21223                 // `Expects` is under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
21224 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21226 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21227 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21228 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21229 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21231 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21233 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21234 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21235 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` with no signedness promotions, or it throws `narrowing_error` (e.g., `narrow<unsigned>(-42)` throws)
21236 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21237 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21238 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21239 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21241 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21243 These concepts (type predicates) are borrowed from
21244 Andrew Sutton's Origin library,
21245 the Range proposal,
21246 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21247 Many of them are very similar to what became part of the ISO C++ standard in C++20.
21249 * `String`
21250 * `Number`
21251 * `Boolean`
21252 * `Range`              // in C++20, `std::ranges::range`
21253 * `Sortable`           // in C++20, `std::sortable`
21254 * `EqualityComparable` // in C++20, `std::equality_comparable`
21255 * `Convertible`        // in C++20, `std::convertible_to`
21256 * `Common`             // in C++20, `std::common_with`
21257 * `Integral`           // in C++20, `std::integral`
21258 * `SignedIntegral`     // in C++20, `std::signed_integral`
21259 * `SemiRegular`        // in C++20, `std::semiregular`
21260 * `Regular`            // in C++20, `std::regular`
21261 * `TotallyOrdered`     // in C++20, `std::totally_ordered`
21262 * `Function`           // in C++20, `std::invocable`
21263 * `RegularFunction`    // in C++20, `std::regular_invocable`
21264 * `Predicate`          // in C++20, `std::predicate`
21265 * `Relation`           // in C++20, `std::relation`
21266 * ...
21268 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21270 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21271 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21272 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21274 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout suggestions
21276 Consistent naming and layout are helpful.
21277 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21278 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21279 Also, most real-world projects include code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21280 After many requests for guidance from users, we present a set of rules that you might use if you have no better ideas, but the real aim is consistency, rather than any particular rule set.
21281 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21283 Naming and layout rules:
21285 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21286 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21287 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21288 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21289 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21290 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21291 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21292 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21293 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21294 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21295 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21296 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21297 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21298 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21299 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21300 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21301 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21302 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21303 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21304 * [NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rl-file-suffix)
21306 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21307 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21308 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21310 We have had comments to the effect that naming and layout are so personal and/or arbitrary that we should not try to "legislate" them.
21311 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21312 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21314 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21316 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21317 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21319 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21321 ##### Reason
21323 Compilers do not read comments.
21324 Comments are less precise than code.
21325 Comments are not updated as consistently as code.
21327 ##### Example, bad
21329     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21331 ##### Enforcement
21333 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21335 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21337 ##### Reason
21339 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21341 ##### Example
21343     void stable_sort(Sortable& c)
21344         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21345         // their original relative order
21346     {
21347         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21348     }
21350 ##### Note
21352 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21354 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21356 ##### Reason
21358 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21360 ##### Note
21362 Use intelligible English.
21363 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21364 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21365 Aim for professionalism, not "cool."
21367 ##### Enforcement
21369 not possible.
21371 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21373 ##### Reason
21375 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21377 ##### Example, bad
21379     int i;
21380     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21381     if (i == j)
21382         return i;
21384 ##### Note
21386 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21388     if (i < 0) error("negative argument");
21390     if (i < 0)
21391         error("negative argument");
21393 ##### Enforcement
21395 Use a tool.
21397 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21399 ##### Rationale
21401 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21402 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21403 Minimize unintentional conversions.
21405 ##### Example, bad
21407     void print_int(int i);
21408     void print_string(const char*);
21410     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21411     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21413 ##### Example, good
21415     void print(int i);
21416     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21418     print(1);              // clear, automatic type matching
21419     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21421 ##### Note
21423 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21425     printS  // print a std::string
21426     prints  // print a C-style string
21427     printi  // print an int
21429 Requiring techniques like Hungarian notation to encode a type has been used in untyped languages, but is generally unnecessary and actively harmful in a strongly statically-typed language like C++, because the annotations get out of date (the warts are just like comments and rot just like them) and they interfere with good use of the language (use the same name and overload resolution instead).
21431 ##### Note
21433 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21435     auto p = new User();
21436     auto p = make_unique<User>();
21437     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21438     //       just generally to say "this is an indirection"
21440     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21441     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21442     //       just generally to say "this is a count of something"
21444 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21446 ##### Note
21448 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21450     struct S {
21451         int m_;
21452         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21453     };
21455 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21457 ##### Note
21459 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21460 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21462     typename<typename T>
21463     class HashTable {   // maps string to T
21464         // ...
21465     };
21467     HashTable<int> index;
21469 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21471 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21473 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21475 ##### Example
21477     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21479     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21481     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21483     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21485     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21487 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21489 ##### Enforcement
21493 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21495 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
21497 ##### Note
21499 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21500 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21502 ##### Example
21504 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21506 * `int`
21507 * `vector`
21508 * `my_map`
21510 Avoid double underscores `__`.
21512 ##### Example
21514 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21515 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21517 * `int`
21518 * `vector`
21519 * `My_map`
21521 ##### Example
21523 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21525 * `int`
21526 * `vector`
21527 * `MyMap`
21528 * `myMap`
21530 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21532 ##### Note
21534 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21536     int mtbf {12};
21537     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21539 ##### Enforcement
21541 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21543 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21545 ##### Reason
21547 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21549 ##### Example
21551     void f()
21552     {
21553         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21554         int v[SIZE];
21555     }
21557 ##### Note
21559 This rule applies to non-macro symbolic constants:
21561     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21563 ##### Enforcement
21565 * Flag macros with lower-case letters
21566 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21568 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21570 ##### Reason
21572 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21574 ##### Note
21576 This rule is a default to use only if you have a choice.
21577 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21578 The need for consistency beats personal taste.
21580 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21581 This rule was added after many requests for guidance.
21583 ##### Example
21585 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21586 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21588 * `int`
21589 * `vector`
21590 * `My_map`
21592 ##### Enforcement
21594 Impossible.
21596 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21598 ##### Reason
21600 Readability.
21602 ##### Example
21604 Use digit separators to avoid long strings of digits
21606     auto c = 299'792'458; // m/s2
21607     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21608     auto ss_number = 123'456'7890;
21610 ##### Example
21612 Use literal suffixes where clarification is needed
21614     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21615     auto world = "world";   // a C-style string
21616     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21618 ##### Note
21620 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21621 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21622 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21624 ##### Enforcement
21626 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21628 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21630 ##### Reason
21632 Too much space makes the text larger and distracts.
21634 ##### Example, bad
21636     #include < map >
21638     int main(int argc, char * argv [ ])
21639     {
21640         // ...
21641     }
21643 ##### Example
21645     #include <map>
21647     int main(int argc, char* argv[])
21648     {
21649         // ...
21650     }
21652 ##### Note
21654 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21656 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21657 This rule was added after many requests for guidance.
21659 ##### Note
21661 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21663 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21665 ##### Reason
21667 A conventional order of members improves readability.
21669 When declaring a class use the following order
21671 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21672 * constructors, assignments, destructor
21673 * functions
21674 * data
21676 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21678 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21679 This rule was added after many requests for guidance.
21681 ##### Example
21683     class X {
21684     public:
21685         // interface
21686     protected:
21687         // unchecked function for use by derived class implementations
21688     private:
21689         // implementation details
21690     };
21692 ##### Example
21694 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21695 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21697     class X {
21698     public:
21699         // interface
21700     protected:
21701         // unchecked function for use by derived class implementations
21702     private:
21703         // implementation details (types, functions, and data)
21704     };
21706 ##### Example, bad
21708 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21710     class X {   // bad
21711     public:
21712         void f();
21713     public:
21714         int g();
21715         // ...
21716     };
21718 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21719 However, using macros obscures what is being expressed anyway.
21721 ##### Enforcement
21723 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21725 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21727 ##### Reason
21729 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21731 ##### Note
21733 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21735 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21736 This rule was added after many requests for guidance.
21738 ##### Example
21740     struct Cable {
21741         int x;
21742         // ...
21743     };
21745     double foo(int x)
21746     {
21747         if (0 < x) {
21748             // ...
21749         }
21751         switch (x) {
21752         case 0:
21753             // ...
21754             break;
21755         case amazing:
21756             // ...
21757             break;
21758         default:
21759             // ...
21760             break;
21761         }
21763         if (0 < x)
21764             ++x;
21766         if (x < 0)
21767             something();
21768         else
21769             something_else();
21771         return some_value;
21772     }
21774 Note the space between `if` and `(`
21776 ##### Note
21778 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21780 ##### Note
21782 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21784 ##### Note
21786 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21788 ##### Note
21790 Do not capitalize function names.
21792 ##### Enforcement
21794 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21796 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21798 ##### Reason
21800 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21801 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21803 ##### Example
21805     T& operator[](size_t);   // OK
21806     T &operator[](size_t);   // just strange
21807     T & operator[](size_t);   // undecided
21809 ##### Note
21811 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21812 This rule was added after many requests for guidance.
21814 ##### Enforcement
21816 Impossible in the face of history.
21819 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21821 ##### Reason
21823 Readability.
21824 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21825 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21827 ##### Example
21829     int oO01lL = 6; // bad
21831     int splunk = 7;
21832     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21834 ##### Enforcement
21838 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21840 ##### Reason
21842 Readability.
21843 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21845 ##### Example
21847     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21848     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21850 ##### Enforcement
21852 Easy.
21854 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21856 ##### Reason
21858 Readability.
21859 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21861 ##### Note
21863 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21866 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21868 ##### Reason
21870 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21872 ##### Example
21874     void f(void);   // bad
21876     void g();       // better
21878 ##### Note
21880 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21881 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21883     int f();
21884     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21886 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21888 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21890 ##### Reason
21892 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21893 Consistency in large code bases.
21895 ##### Example
21897     const int x = 7;    // OK
21898     int const y = 9;    // bad
21900     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21901     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21903 ##### Note
21905 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21906 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21908 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21910 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21911 This rule was added after many requests for guidance.
21913 ##### Enforcement
21915 Flag `const` used as a suffix for a type.
21917 ### <a name="Rl-file-suffix"></a>NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
21919 ##### Reason
21921 It's a longstanding convention.
21922 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
21924 ##### Note
21926 This convention reflects a common use pattern:
21927 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
21928 and it's easier to name all headers `.h` instead of having different extensions for just those headers that are intended to be shared with C.
21929 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
21930 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
21932 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
21933 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
21934 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
21935 even though the actual extension might be different.
21937 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
21939 ##### Example
21941     // foo.h:
21942     extern int a;   // a declaration
21943     extern void foo();
21945     // foo.cpp:
21946     int a;   // a definition
21947     void foo() { ++a; }
21949 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
21951 ##### Example, bad
21953     // foo.h:
21954     int a;   // a definition
21955     void foo() { ++a; }
21957 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
21959 ##### Enforcement
21961 * Flag non-conventional file names.
21962 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
21964 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
21966 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
21968 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
21970 See the <a href="#S-abstract">top of this page</a>. This is an open-source project to maintain modern authoritative guidelines for writing C++ code using the current C++ Standard. The guidelines are designed to be modern, machine-enforceable wherever possible, and open to contributions and forking so that organizations can easily incorporate them into their own corporate coding guidelines.
21972 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
21974 It was announced by [Bjarne Stroustrup in his CppCon 2015 opening keynote, "Writing Good C++14"](https://isocpp.org/blog/2015/09/stroustrup-cppcon15-keynote). See also the [accompanying isocpp.org blog post](https://isocpp.org/blog/2015/09/bjarne-stroustrup-announces-cpp-core-guidelines), and for the rationale of the type and memory safety guidelines see [Herb Sutter's follow-up CppCon 2015 talk, "Writing Good C++14 ... By Default"](https://isocpp.org/blog/2015/09/sutter-cppcon15-day2plenary).
21976 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
21978 The initial primary authors and maintainers are Bjarne Stroustrup and Herb Sutter, and the guidelines so far were developed with contributions from experts at CERN, Microsoft, Morgan Stanley, and several other organizations. At the time of their release, the guidelines are in a "0.6" state, and contributions are welcome. As Stroustrup said in his announcement: "We need help!"
21980 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
21982 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
21984 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
21986 By contributing a lot first and having the consistent quality of your contributions recognized. See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
21988 ### <a name="Faq-iso"></a>FAQ.6: Have these guidelines been approved by the ISO C++ standards committee? Do they represent the consensus of the committee?
21990 No. These guidelines are outside the standard. They are intended to serve the standard, and be maintained as current guidelines about how to use the current Standard C++ effectively. We aim to keep them in sync with the standard as that is evolved by the committee.
21992 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
21994 Because `isocpp` is the Standard C++ Foundation; the committee's repositories are under [github.com/*cplusplus*](https://github.com/cplusplus). Some neutral organization has to own the copyright and license to make it clear this is not being dominated by any one person or vendor. The natural entity is the Foundation, which exists to promote the use and up-to-date understanding of modern Standard C++ and the work of the committee. This follows the same pattern that isocpp.org did for the [C++ FAQ](https://isocpp.org/faq), which was initially the work of Bjarne Stroustrup, Marshall Cline, and Herb Sutter and contributed to the open project in the same way.
21996 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
21998 No. These guidelines are about how to best use modern standard C++ and write code assuming you have a modern conforming compiler.
22000 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
22002 No. These guidelines are about how to best use modern Standard C++, and they limit themselves to recommending only those features.
22004 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
22006 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
22008 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
22010 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
22011 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
22013 Avoid other HTML tags and other extensions.
22015 Note: We are not yet consistent with this style.
22017 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
22019 The GSL is the small set of types and aliases specified in these guidelines. As of this writing, their specification herein is too sparse; we plan to add a WG21-style interface specification to ensure that different implementations agree, and to propose as a contribution for possible standardization, subject as usual to whatever the committee decides to accept/improve/alter/reject.
22021 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
22023 No. That is just a first implementation contributed by Microsoft. Other implementations by other vendors are encouraged, as are forks of and contributions to that implementation. As of this writing one week into the public project, at least one GPLv3 open-source implementation already exists. We plan to produce a WG21-style interface specification to ensure that different implementations agree.
22025 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
22027 We are reluctant to bless one particular implementation because we do not want to make people think there is only one, and inadvertently stifle parallel implementations. And if these guidelines included an actual implementation, then whoever contributed it could be mistakenly seen as too influential. We prefer to follow the long-standing approach of the committee, namely to specify interfaces, not implementations. But at the same time we want at least one implementation available; we hope for many.
22029 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
22031 Because we want to use them immediately, and because they are temporary in that we want to retire them as soon as types that fill the same needs exist in the standard library.
22033 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
22035 No. The GSL exists only to supply a few types and aliases that are not currently in the standard library. If the committee decides on standardized versions (of these or other types that fill the same need) then they can be removed from the GSL.
22037 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `span<char>` different from the `string_view` in the Library Fundamentals 1 Technical Specification and C++17 Working Paper? Why not just use the committee-approved `string_view`?
22039 The consensus on the taxonomy of views for the C++ Standard Library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". If you only need a read-only view of characters that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++17, use C++17 `std::string_view`. Otherwise, if you need a read-write view that does not need guaranteed bounds-checking and you have C++20, use C++20 `std::span<char>`. Otherwise, use `gsl::span<char>`.
22041 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
22043 No. `owner` owns, is an alias, and can be applied to any indirection type. The main intent of `observer_ptr` is to signify a *non*-owning pointer.
22045 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
22047 No. `stack_array` is guaranteed to be allocated on the stack. Although a `std::array` contains its storage directly inside itself, the `array` object can be put anywhere, including the heap.
22049 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
22051 No. `dyn_array` is not resizable, and is a safe way to refer to a heap-allocated fixed-size array. Unlike `vector`, it is intended to replace array-`new[]`. Unlike the `dynarray` that has been proposed in the committee, this does not anticipate compiler/language magic to somehow allocate it on the stack when it is a member of an object that is allocated on the stack; it simply refers to a "dynamic" or heap-based array.
22053 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
22055 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
22057 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
22059 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
22061 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
22063 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
22065 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
22067 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
22069 Ideally, we follow all rules in all code.
22070 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
22072 * application code written before the guidelines were formulated or known
22073 * libraries written to older/different standards
22074 * code written under "unusual" constraints
22075 * code that we just haven't gotten around to modernizing
22077 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
22078 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
22080 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
22081 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
22082 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
22083 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
22084 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
22085 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
22087 The purpose of modernizing code is to simplify adding new functionality, to ease maintenance, and to increase performance (throughput or latency), and to better utilize modern hardware.
22088 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
22089 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
22090 The cost reductions must outweigh the risks.
22092 But how?
22094 There is no one approach to modernizing code.
22095 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
22096 Here are some (very general) ideas:
22098 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
22099   In most circumstances, it is also impossible.
22100 * We could convert a code base module for module, but any rules that affects interfaces (especially ABIs), such as [use `span`](#SS-views), cannot be done on a per-module basis.
22101 * We could convert code "bottom up" starting with the rules we estimate will give the greatest benefits and/or the least trouble in a given code base.
22102 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
22103   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
22104   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
22106 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
22107 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
22109 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
22110 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
22112 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
22114 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
22115 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
22117 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
22119 Member variables are always initialized in the order they are declared in the class definition, so write them in that order in the constructor initialization list. Writing them in a different order just makes the code confusing because it won't run in the order you see, and that can make it hard to see order-dependent bugs.
22121     class Employee {
22122         string email, first, last;
22123     public:
22124         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
22125         // ...
22126     };
22128     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
22129       : first(firstName),
22130         last(lastName),
22131         // BAD: first and last not yet constructed
22132         email(first + "." + last + "@acme.com")
22133     {}
22135 In this example, `email` will be constructed before `first` and `last` because it is declared first. That means its constructor will attempt to use `first` and `last` too soon -- not just before they are set to the desired values, but before they are constructed at all.
22137 If the class definition and the constructor body are in separate files, the long-distance influence that the order of member variable declarations has over the constructor's correctness will be even harder to spot.
22139 **References**:
22141 [\[Cline99\]](#Cline99) §22.03-11, [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §52-53, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Lakos96\]](#Lakos96) §10.3.5, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §13, [\[Murray93\]](#Murray93) §2.1.3, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §47
22143 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
22147 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
22149 If your design wants virtual dispatch into a derived class from a base class constructor or destructor for functions like `f` and `g`, you need other techniques, such as a post-constructor -- a separate member function the caller must invoke to complete initialization, which can safely call `f` and `g` because in member functions virtual calls behave normally. Some techniques for this are shown in the References. Here's a non-exhaustive list of options:
22151 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
22152 * *Post-initialize lazily:* Do it during the first call of a member function. A Boolean flag in the base class tells whether or not post-construction has taken place yet.
22153 * *Use virtual base class semantics:* Language rules dictate that the constructor of the most-derived class decides which base constructor will be invoked; you can use that to your advantage. (See [\[Taligent94\]](#Taligent94).)
22154 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
22156 Here is an example of the last option:
22158     class B {
22159     public:
22160         B()
22161         {
22162             /* ... */
22163             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
22164             /* ... */
22165         }
22167         virtual void f() = 0;
22168     };
22170     class B {
22171     protected:
22172         class Token {};
22174     public:
22175         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22176         // protected access level is gained by requiring a Token.
22177         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
22178         virtual void f() = 0;
22180         template<class T>
22181         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
22182         {
22183             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
22184             p->post_initialize();
22185             return p;
22186         }
22188     protected:
22189         virtual void post_initialize()   // called right after construction
22190             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
22191         }
22192     };
22195     class D : public B {                 // some derived class
22196     protected:
22197         class Token {};
22199     public:
22200         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22201         // protected access level is gained by requiring a Token.
22202         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
22203         void f() override { /* ...  */ };
22205     protected:
22206         template<class T>
22207         friend shared_ptr<T> B::create();
22208     };
22210     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
22212 This design requires the following discipline:
22214 * Derived classes such as `D` must not expose a publicly callable constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `post_initialize`.
22215 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
22216 * `D` must define a constructor with the same parameters that `B` selected. Defining several overloads of `create` can assuage this problem, however; and the overloads can even be templated on the argument types.
22218 If the requirements above are met, the design guarantees that `post_initialize` has been called for any fully constructed `B`-derived object. `post_initialize` doesn't need to be virtual; it can, however, invoke virtual functions freely.
22220 In summary, no post-construction technique is perfect. The worst techniques dodge the whole issue by simply asking the caller to invoke the post-constructor manually. Even the best require a different syntax for constructing objects (easy to check at compile time) and/or cooperation from derived class authors (impossible to check at compile time).
22222 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
22224 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
22226 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class be allowed? If yes, then `base`'s destructor must be public in order to be callable, and virtual otherwise calling it results in undefined behavior. Otherwise, it should be protected so that only derived classes can invoke it in their own destructors, and non-virtual since it doesn't need to behave virtually.
22228 ##### Example
22230 The common case for a base class is that it's intended to have publicly derived classes, and so calling code is just about sure to use something like a `shared_ptr<base>`:
22232     class Base {
22233     public:
22234         ~Base();                   // BAD, not virtual
22235         virtual ~Base();           // GOOD
22236         // ...
22237     };
22239     class Derived : public Base { /* ... */ };
22241     {
22242         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
22243         // ...
22244     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
22246 In rarer cases, such as policy classes, the class is used as a base class for convenience, not for polymorphic behavior. It is recommended to make those destructors protected and non-virtual:
22248     class My_policy {
22249     public:
22250         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
22251     protected:
22252         ~My_policy();              // GOOD
22253         // ...
22254     };
22256     template<class Policy>
22257     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
22259 ##### Note
22261 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
22263 For a base class `Base`, calling code might try to destroy derived objects through pointers to `Base`, such as when using a `unique_ptr<Base>`. If `Base`'s destructor is public and non-virtual (the default), it can be accidentally called on a pointer that actually points to a derived object, in which case the behavior of the attempted deletion is undefined. This state of affairs has led older coding standards to impose a blanket requirement that all base class destructors must be virtual. This is overkill (even if it is the common case); instead, the rule should be to make base class destructors virtual if and only if they are public.
22265 To write a base class is to define an abstraction (see Items 35 through 37). Recall that for each member function participating in that abstraction, you need to decide:
22267 * Whether it should behave virtually or not.
22268 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
22270 As described in Item 39, for a normal member function, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` non-virtually (but possibly with virtual behavior if it invokes virtual functions, such as in the NVI or Template Method patterns), virtually, or not at all. The NVI pattern is a technique to avoid public virtual functions.
22272 Destruction can be viewed as just another operation, albeit with special semantics that make non-virtual calls dangerous or wrong. For a base class destructor, therefore, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` virtually or not at all; "non-virtually" is not an option. Hence, a base class destructor is virtual if it can be called (i.e., is public), and non-virtual otherwise.
22274 Note that the NVI pattern cannot be applied to the destructor because constructors and destructors cannot make deep virtual calls. (See Items 39 and 55.)
22276 Corollary: When writing a base class, always write a destructor explicitly, because the implicitly generated one is public and non-virtual. You can always `=default` the implementation if the default body is fine and you're just writing the function to give it the proper visibility and virtuality.
22278 ##### Exception
22280 Some component architectures (e.g., COM and CORBA) don't use a standard deletion mechanism, and foster different protocols for object disposal. Follow the local patterns and idioms, and adapt this guideline as appropriate.
22282 Consider also this rare case:
22284 * `B` is both a base class and a concrete class that can be instantiated by itself, and so the destructor must be public for `B` objects to be created and destroyed.
22285 * Yet `B` also has no virtual functions and is not meant to be used polymorphically, and so although the destructor is public it does not need to be virtual.
22287 Then, even though the destructor has to be public, there can be great pressure to not make it virtual because as the first virtual function it would incur all the run-time type overhead when the added functionality should never be needed.
22289 In this rare case, you could make the destructor public and non-virtual but clearly document that further-derived objects must not be used polymorphically as `B`'s. This is what was done with `std::unary_function`.
22291 In general, however, avoid concrete base classes (see Item 35). For example, `unary_function` is a bundle-of-typedefs that was never intended to be instantiated standalone. It really makes no sense to give it a public destructor; a better design would be to follow this Item's advice and give it a protected non-virtual destructor.
22293 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 50, [\[Cargill92\]](#Cargill92) pp. 77-79, 207, [\[Cline99\]](#Cline99) §21.06, 21.12-13, [\[Henricson97\]](#Henricson97) pp. 110-114, [\[Koenig97\]](#Koenig97) Chapters 4, 11, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §14, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §12.4.2, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §27, [\[Sutter04\]](#Sutter04) §18
22295 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22299 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22301 Never allow an error to be reported from a destructor, a resource deallocation function (e.g., `operator delete`), or a `swap` function using `throw`. It is nearly impossible to write useful code if these operations can fail, and even if something does go wrong it nearly never makes any sense to retry. Specifically, types whose destructors might throw an exception are flatly forbidden from use with the C++ Standard Library. Most destructors are now implicitly `noexcept` by default.
22303 ##### Example
22305     class Nefarious {
22306     public:
22307         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22308         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22309         // ...
22310     };
22312 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22315         void test(string& s)
22316         {
22317             Nefarious n;          // trouble brewing
22318             string copy = s;      // copy the string
22319         } // destroy copy and then n
22321     Here, copying `s` could throw, and if that throws and if `n`'s destructor then also throws, the program will exit via `std::terminate` because two exceptions can't be propagated simultaneously.
22323 2. Classes with `Nefarious` members or bases are also hard to use safely, because their destructors must invoke `Nefarious`' destructor, and are similarly poisoned by its bad behavior:
22326         class Innocent_bystander {
22327             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22328             // ...
22329         };
22331         void test(string& s)
22332         {
22333             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22334             string copy2 = s;      // copy the string
22335         } // destroy copy and then i
22337     Here, if constructing `copy2` throws, we have the same problem because `i`'s destructor now also can throw, and if so we'll invoke `std::terminate`.
22339 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22342         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22344 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22347         void test()
22348         {
22349             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate()
22350         }
22352     The behavior of arrays is undefined in the presence of destructors that throw because there is no reasonable rollback behavior that could ever be devised. Just think: What code can the compiler generate for constructing an `arr` where, if the fourth object's constructor throws, the code has to give up and in its cleanup mode tries to call the destructors of the already-constructed objects ... and one or more of those destructors throws? There is no satisfactory answer.
22354 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22357         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22359     The standard library forbids all destructors used with it from throwing. You can't store `Nefarious` objects in standard containers or use them with any other part of the standard library.
22361 ##### Note
22363 These are key functions that must not fail because they are necessary for the two key operations in transactional programming: to back out work if problems are encountered during processing, and to commit work if no problems occur. If there's no way to safely back out using no-fail operations, then no-fail rollback is impossible to implement. If there's no way to safely commit state changes using a no-fail operation (notably, but not limited to, `swap`), then no-fail commit is impossible to implement.
22365 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22367 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3)
22369 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard-library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §17.4.4.8(3)
22371 Deallocation functions, including specifically overloaded `operator delete` and `operator delete[]`, fall into the same category, because they too are used during cleanup in general, and during exception handling in particular, to back out of partial work that needs to be undone.
22372 Besides destructors and deallocation functions, common error-safety techniques rely also on `swap` operations never failing -- in this case, not because they are used to implement a guaranteed rollback, but because they are used to implement a guaranteed commit. For example, here is an idiomatic implementation of `operator=` for a type `T` that performs copy construction followed by a call to a no-fail `swap`:
22374     T& T::operator=(const T& other)
22375     {
22376         auto temp = other;
22377         swap(temp);
22378         return *this;
22379     }
22381 (See also Item 56. ???)
22383 Fortunately, when releasing a resource, the scope for failure is definitely smaller. If using exceptions as the error reporting mechanism, make sure such functions handle all exceptions and other errors that their internal processing might generate. (For exceptions, simply wrap everything sensitive that your destructor does in a `try/catch(...)` block.) This is particularly important because a destructor might be called in a crisis situation, such as failure to allocate a system resource (e.g., memory, files, locks, ports, windows, or other system objects).
22385 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22387 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 51; [\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
22389 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22391 ##### Reason
22393  ???
22395 ##### Note
22397 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22399 ##### Note
22401 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22403 ##### Example
22405     class X {
22406     public:
22407         X(const X&) { /* stuff */ }
22409         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22411         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22413         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22415         // ...
22416     };
22418     X x1;
22419     X x2 = x1; // ok
22420     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22422 If you define a destructor, you should not use the compiler-generated copy or move operation; you probably need to define or suppress copy and/or move.
22424     class X {
22425         HANDLE hnd;
22426         // ...
22427     public:
22428         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22429         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22430     };
22432     X x1;
22433     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22434     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22436 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22438     class X {
22439         string s; // defines more efficient move operations
22440         // ... other data members ...
22441     public:
22442         X(const X&) { /* stuff */ }
22443         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22445         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22446         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22447     };
22449     X test()
22450     {
22451         X local;
22452         // ...
22453         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22454     }
22456 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22458 ##### Note
22460 If you need to define any of these five functions, it means you need it to do more than its default behavior -- and the five are asymmetrically interrelated. Here's how:
22462 * If you write/disable either of the copy constructor or the copy assignment operator, you probably need to do the same for the other: If one does "special" work, probably so should the other because the two functions should have similar effects. (See Item 53, which expands on this point in isolation.)
22463 * If you explicitly write the copying functions, you probably need to write the destructor: If the "special" work in the copy constructor is to allocate or duplicate some resource (e.g., memory, file, socket), you need to deallocate it in the destructor.
22464 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a non-trivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
22466 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22468 Prefer compiler-generated (including `=default`) special members; only these can be classified as "trivial", and at least one major standard library vendor heavily optimizes for classes having trivial special members. This is likely to become common practice.
22470 **Exceptions**: When any of the special functions are declared only to make them non-public or virtual, but without special semantics, it doesn't imply that the others are needed.
22471 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22472 In a class holding a reference, you likely need to write the copy constructor and the assignment operator, but the default destructor already does the right thing. (Note that using a reference member is almost always wrong.)
22474 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22476 Resource management rule summary:
22478 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22479 * [Never return or throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22480 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22481 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22482 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22483 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22484 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22485 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22487 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22489 ##### Reason
22491 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22493 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22495 ##### Example
22497     template<class T>
22498     class Vector {
22499     private:
22500         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22501         int sz;
22502         // ...
22503     };
22505 This class is a resource handle. It manages the lifetime of the `T`s. To do so, `Vector` must define or delete [the set of special operations](???) (constructors, a destructor, etc.).
22507 ##### Example
22509     ??? "odd" non-memory resource ???
22511 ##### Enforcement
22513 The basic technique for preventing leaks is to have every resource owned by a resource handle with a suitable destructor. A checker can find "naked `new`s". Given a list of C-style allocation functions (e.g., `fopen()`), a checker can also find uses that are not managed by a resource handle. In general, "naked pointers" can be viewed with suspicion, flagged, and/or analyzed. A complete list of resources cannot be generated without human input (the definition of "a resource" is necessarily too general), but a tool can be "parameterized" with a resource list.
22515 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never return or throw while holding a resource not owned by a handle
22517 ##### Reason
22519 That would be a leak.
22521 ##### Example
22523     void f(int i)
22524     {
22525         FILE* f = fopen("a file", "r");
22526         ifstream is { "another file" };
22527         // ...
22528         if (i == 0) return;
22529         // ...
22530         fclose(f);
22531     }
22533 If `i == 0` the file handle for `a file` is leaked. On the other hand, the `ifstream` for `another file` will correctly close its file (upon destruction). If you must use an explicit pointer, rather than a resource handle with specific semantics, use a `unique_ptr` or a `shared_ptr` with a custom deleter:
22535     void f(int i)
22536     {
22537         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22538         // ...
22539         if (i == 0) return;
22540         // ...
22541     }
22543 Better:
22545     void f(int i)
22546     {
22547         ifstream input {"a file"};
22548         // ...
22549         if (i == 0) return;
22550         // ...
22551     }
22553 ##### Enforcement
22555 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22556 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22557 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22558 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22560 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22562 ##### Reason
22564 To be able to distinguish owners from views.
22566 ##### Note
22568 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22570 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22572 ##### Reason
22574 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22576 ##### Example
22578     string* bad()   // really bad
22579     {
22580         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22581         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22582         return &v[0];
22583     }
22585     void use()
22586     {
22587         string* p = bad();
22588         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22589         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22590         string x = *p;
22591         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22592         *p = "Evil!";
22593     }
22595 The `string`s of `v` are destroyed upon exit from `bad()` and so is `v` itself. The returned pointer points to unallocated memory on the free store. This memory (pointed into by `p`) might have been reallocated by the time `*p` is executed. There might be no `string` to read and a write through `p` could easily corrupt objects of unrelated types.
22597 ##### Enforcement
22599 Most compilers already warn about simple cases and have the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
22601 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22603 ##### Reason
22605 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22607 ##### Example
22609     template<typename T> class Vector {
22610         // ...
22611         T* elem;   // point to sz elements of type T
22612         int sz;
22613     };
22615 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22617 ##### Reason
22619 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22621 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22623 ##### Example
22625     vector<int> get_large_vector()
22626     {
22627         return ...;
22628     }
22630     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22632 ##### Exception
22634 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22636 ##### Enforcement
22638 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22640 ### <a name="Cr-handle"></a>Discussion: If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
22642 ##### Reason
22644 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22646 ##### Example
22648     ??? Messing with pointers
22650 ##### Note
22652 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22654     template<typename T> struct Named {
22655         string name;
22656         T value;
22657     };
22659 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22661 ##### Enforcement
22663 In general, a tool cannot know if a class is a resource handle. However, if a class has some of [the default operations](#SS-ctor), it should have all, and if a class has a member that is a resource handle, it should be considered as resource handle.
22665 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22667 ##### Reason
22669 It is common to need an initial set of elements.
22671 ##### Example
22673     template<typename T> class Vector {
22674     public:
22675         Vector(std::initializer_list<T>);
22676         // ...
22677     };
22679     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22681 ##### Enforcement
22683 When is a class a container? ???
22685 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22687 This section contains a list of tools that directly support adoption of the C++ Core Guidelines. This list is not intended to be an exhaustive list of tools
22688 that are helpful in writing good C++ code. If a tool is designed specifically to support and links to the C++ Core Guidelines it is a candidate for inclusion.
22690 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22692 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22694 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22696 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22698 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22700 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22701 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22703 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22705 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22706 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22707   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22708 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22709 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22710 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22711 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22712 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22713 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22714 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22715   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22716 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22717 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22718 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22719 * *base class*: a type that is intended to be derived from (e.g., has a non-`final` virtual function), and objects of the type are intended to be used only indirectly (e.g., by pointer). \[In strict terms, "base class" could be defined as "something we derived from" but we are specifying in terms of the class designer's intent.\] Typically a base class has one or more virtual functions.
22720 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22721 * *bug*: an error in a program.
22722 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22723 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22724 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22725 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22726 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22727   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22728 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22729 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22730 * *concrete type*: a type that is not a base class, and objects of the type are intended to be used directly (not only by pointer/indirection), its size is known, it can typically be allocated anywhere the programmer wants (e.g., stack or statically).
22731 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22732 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22733   Typically a constructor establishes an invariant and often acquires resources needed for an object to be used (which are then typically released by a destructor).
22734 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22735 * *copy*: an operation that makes two objects have values that compare equal. See also move.
22736 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22737   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22738   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22739 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22740   Ideally, cost should be a function of complexity.
22741 * *customization point*: ???
22742 * *data*: values used in a computation.
22743 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22744 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22745 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22746   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22747 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22748 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22749 * *destructor*: an operation that is implicitly invoked (called) when an object is destroyed (e.g., at the end of a scope). Often, it releases resources.
22750 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22751 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22752 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22753 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22754 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22755 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22756 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22757 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22758   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22759 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22760 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22761 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22762 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22763   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22764 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22765 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22766 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22767 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22768   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22769 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22770 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22771 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22772 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22773 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22774 * *invariant*: something that must be always true at a given point (or points) of a program; typically used to describe the state (set of values) of an object or the state of a loop before entry into the repeated statement.
22775 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22776 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22777 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22778 * *library*: a collection of types, functions, classes, etc. implementing a set of facilities (abstractions) meant to be potentially used as part of more than one program.
22779 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22780 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22781 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22782 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22783 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22784 * *move-only type*: a concrete type that is movable but not copyable.
22785 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22786 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22787 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22788 * *object file*: a file containing object code.
22789 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22790 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22791 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22792 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22793 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22794 * *override*: defining a function in a derived class with the same name and argument types as a virtual function in the base class, thus making the function callable through the interface defined by the base class.
22795 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22796 * *paradigm*: a somewhat pretentious term for design or programming style; often used with the (erroneous) implication that there exists a paradigm that is superior to all others.
22797 * *parameter*: a declaration of an explicit input to a function or a template. When called, a function can access the arguments passed through the names of its parameters.
22798 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22799 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22800 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22801 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22802 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22803 * *programming language*: a language for expressing programs.
22804 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22805 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22806 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22807 * *range*: a sequence of values that can be described by a start point and an end point. For example, `[0:5)` means the values 0, 1, 2, 3, and 4.
22808 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22809 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22810 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22811 * *regular*: a semiregular type that is equality-comparable (see `std::regular` concept). After a copy, the copied object compares equal to the original object. A regular type behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22812 In particular, an object of a regular type can be copied and the result of a copy is a separate object that compares equal to the original. See also *semiregular type*.
22813 * *requirement*: (1) a description of the desired behavior of a program or part of a program; (2) a description of the assumptions a function or template makes of its arguments.
22814 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22815 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22816 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22817 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22818 * *semiregular*: a concrete type that is copyable (including movable) and default-constructible (see `std::semiregular` concept). The result of a copy is an independent object with the same value as the original. A semiregular type behaves roughly like a built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22819 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22820 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22821 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22822 * *source file*: a file containing source code.
22823 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22824 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22825 * *state*: a set of values.
22826 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22827 * *string*: a sequence of characters.
22828 * *style*: a set of techniques for programming leading to a consistent use of language features; sometimes used in a very restricted sense to refer just to low-level rules for naming and appearance of code.
22829 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22830 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22831 * *system*: (1) a program or a set of programs for performing a task on a computer; (2) a shorthand for "operating system", that is, the fundamental execution environment and tools for a computer.
22832 * *TS*: [Technical Specification](https://www.iso.org/deliverables-all.html?type=ts), A Technical Specification addresses work still under technical development, or where it is believed that there will be a future, but not immediate, possibility of agreement on an International Standard. A Technical Specification is published for immediate use, but it also provides a means to obtain feedback. The aim is that it will eventually be transformed and republished as an International Standard.
22833 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22834 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22835 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22836 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22837 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22838 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22839 * *unit*: (1) a standard measure that gives meaning to a value (e.g., km for a distance); (2) a distinguished (e.g., named) part of a larger whole.
22840 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22841 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22842 * *value type*: a term some people use to mean a regular or semiregular type.
22843 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22844 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22845 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22847 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22849 This is our to-do list.
22850 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22851 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22853 * No long-distance friendship
22854 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22855 * Namespaces
22856 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22857 * How granular should namespaces be? All classes/functions designed to work together and released together (as defined in Sutter/Alexandrescu) or something narrower or wider?
22858 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22859 * Avoid implicit conversions
22860 * Const member functions should be thread safe ... aka, but I don't really change the variable, just assign it a value the first time it's called ... argh
22861 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22862 * Anyone writing a public interface which takes or returns `void*` should have their toes set on fire. That one has been a personal favorite of mine for a number of years. :)
22863 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22864 * Use `auto`
22865 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22866 * Don't overabstract
22867 * Never pass a pointer down the call stack
22868 * falling through a function bottom
22869 * Should there be guidelines to choose between polymorphisms? YES. classic (virtual functions, reference semantics) vs. Sean Parent style (value semantics, type-erased, kind of like `std::function`)  vs. CRTP/static? YES Perhaps even vs. tag dispatch?
22870 * should virtual calls be banned from ctors/dtors in your guidelines? YES. A lot of people ban them, even though I think it's a big strength of C++ that they are ??? -preserving (D disappointed me so much when it went the Java way). WHAT WOULD BE A GOOD EXAMPLE?
22871 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22872 * And speaking of `std::bind`, Stephen T. Lavavej criticizes it so much I'm starting to wonder if it is indeed going to fade away in future. Should lambdas be recommended instead?
22873 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22874 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22876         void bad()
22877         {
22878             int* p = new int[700];
22879             int* q = &p[7];
22880             delete p;
22882             vector<int> v(700);
22883             int* q2 = &v[7];
22884             v.resize(900);
22886             // ... use q and q2 ...
22887         }
22889 * LSP
22890 * private inheritance vs/and membership
22891 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22893 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22894 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22895 * Join your threads! (because of `std::terminate` in destructor if not joined or detached ... is there a good reason to detach threads?) -- ??? could support library provide a RAII wrapper for `std::thread`?
22896 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22897 * When using a `condition_variable`, always protect the condition by a mutex (atomic bool whose value is set outside of the mutex is wrong!), and use the same mutex for the condition variable itself.
22898 * Never use `atomic_compare_exchange_strong` with `std::atomic<user-defined-struct>` (differences in padding matter, while `compare_exchange_weak` in a loop converges to stable padding)
22899 * individual `shared_future` objects are not thread-safe: two threads cannot wait on the same `shared_future` object (they can wait on copies of a `shared_future` that refer to the same shared state)
22900 * individual `shared_ptr` objects are not thread-safe: different threads can call non-`const` member functions on *different* `shared_ptr`s that refer to the same shared object, but one thread cannot call a non-`const` member function of a `shared_ptr` object while another thread accesses that same `shared_ptr` object (if you need that, consider `atomic_shared_ptr` instead)
22902 * rules for arithmetic
22904 # Bibliography
22906 * <a name="Abrahams01"></a>
22907   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22908 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22909   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22910 * <a name="Cplusplus03"></a>
22911   \[C++03]:           ISO/IEC 14882:2003(E), Programming Languages — C++ (updated ISO and ANSI C++ Standard including the contents of (C++98) plus errata corrections).
22912 * <a name="Cargill92"></a>
22913   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22914 * <a name="Cline99"></a>
22915   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22916 * <a name="Dewhurst03"></a>
22917   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22918 * <a name="Henricson97"></a>
22919   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22920 * <a name="Koenig97"></a>
22921   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
22922 * <a name="Lakos96"></a>
22923   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
22924 * <a name="Meyers96"></a>
22925   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
22926 * <a name="Meyers97"></a>
22927   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
22928 * <a name="Meyers01"></a>
22929   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
22930 * <a name="Meyers05"></a>
22931   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
22932 * <a name="Meyers15"></a>
22933   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
22934 * <a name="Murray93"></a>
22935   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
22936 * <a name="Stroustrup94"></a>
22937   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
22938 * <a name="Stroustrup00"></a>
22939   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
22940 * <a name="Stroustrup05"></a>
22941   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
22942 * <a name="Stroustrup13"></a>
22943   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
22944 * <a name="Stroustrup14"></a>
22945   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
22946   Addison Wesley 2014.
22947 * <a name="Stroustrup15"></a>
22948   \[Stroustrup15]:    B. Stroustrup, Herb Sutter, and G. Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Introduction%20to%20type%20and%20resource%20safety.pdf).
22949 * <a name="SuttHysl04b"></a>
22950   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. [Collecting Shared Objects](https://web.archive.org/web/20120926011837/http://www.drdobbs.com/collecting-shared-objects/184401839) (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
22951 * <a name="SuttAlex05"></a>
22952   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
22953 * <a name="Sutter00"></a>
22954   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
22955 * <a name="Sutter02"></a>
22956   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
22957 * <a name="Sutter04"></a>
22958   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
22959 * <a name="Taligent94"></a>
22960   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).