s/instead follow/follow/ for #2010
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blobb7d975c5eb0359e019058f9468bf6d4a73faca9b
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 ##### Exception
2983 To express shared ownership using `shared_ptr` types, rather than following guidelines F.16-21,
2984 follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner), [R.35](#Rr-sharedptrparam), and [R.36](#Rr-sharedptrparam-const).
2986 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2988 ##### Reason
2990 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2992 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2993 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.
2995 ##### Example
2997     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2999     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
3001     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
3003     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
3005 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
3007 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
3008 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
3009   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).
3010 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
3012 ##### Example
3014     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
3016     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
3017     string& concatenate(string&, const string& suffix);
3019     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
3021 Avoid "esoteric techniques" such as passing arguments as `T&&` "for efficiency".
3022 Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3024 ##### Notes
3026 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
3027 There is no (legitimate) "null reference."
3028 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
3030 ##### Enforcement
3032 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
3033   Suggest using a reference to `const` instead.
3034 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less or equal than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
3035 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
3037 ##### Exception
3039 To express shared ownership using `shared_ptr` types, follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) or [R.36](#Rr-sharedptrparam-const),
3040 depending on whether or not the function unconditionally takes a reference to the argument.
3042 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
3044 ##### Reason
3046 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
3048 ##### Example
3050     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
3052 ##### Note
3054 Some user-defined and standard library types, such as `span<T>` or the iterators
3055 are [cheap to copy](#Rf-in) and may be passed by value, while doing so has
3056 mutable (in-out) reference semantics:
3058     void increment_all(span<int> a)
3059     {
3060       for (auto&& e : a)
3061         ++e;
3062     }
3064 ##### Note
3066 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
3067 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
3069     void f(string& s)
3070     {
3071         s = "New York";  // non-obvious error
3072     }
3074     void g()
3075     {
3076         string buffer = ".................................";
3077         f(buffer);
3078         // ...
3079     }
3081 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).
3082 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
3084 ##### Enforcement
3086 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
3087 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
3089 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
3091 ##### Reason
3093 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.
3095 ##### Example
3097     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3098     {
3099         // usually there might be const accesses of v here
3100         store_somewhere(std::move(v));
3101         // usually no more use of v here; it is moved-from
3102     }
3104 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3105 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3108 ##### Exception
3110 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.
3112 For example:
3114     template<class T>
3115     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3116     {
3117         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3118     }   // p gets destroyed
3120 ##### Exception
3122 If the "will-move-from" parameter is a `shared_ptr` follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) and pass the `shared_ptr` by value.
3124 ##### Enforcement
3126 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3127 * Flag access to moved-from objects.
3128 * Don't conditionally move from objects
3130 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3132 ##### Reason
3134 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.
3136 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.
3138 ##### Example
3140 Usually you forward the entire parameter (or parameter pack, using `...`) exactly once on every static control flow path:
3142     template<class F, class... Args>
3143     inline auto invoke(F f, Args&&... args)
3144     {
3145         return f(forward<Args>(args)...);
3146     }
3148 ##### Example
3150 Sometimes you may forward a composite parameter piecewise, each subobject once on every static control flow path:
3152     template<class PairLike>
3153     inline auto test(PairLike&&... pairlike)
3154     {
3155         // ...
3156         f1(some, args, and, forward<PairLike>(pairlike).first);           // forward .first
3157         f2(and, forward<PairLike>(pairlike).second, in, another, call);   // forward .second
3158     }
3160 ##### Enforcement
3162 * 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, or `std::forward`ing it more than once but qualified with a different data member exactly once on every static path.
3164 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3166 ##### Reason
3168 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3170 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3172 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3174 ##### Example
3176     // OK: return pointers to elements with the value x
3177     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3179     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3180     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3182 ##### Note
3184 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3186 ##### Exceptions
3188 * For non-concrete types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3189 * 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).
3190 * 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).
3192 ##### Example
3194 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
3196     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
3197     {
3198         Matrix res;
3199         // ... fill res with the sum ...
3200         return res;
3201     }
3203     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
3205     y = m3 + m3;         // move assignment
3208 ##### Note
3210 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
3212 ##### Example
3214     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3215         char header[16];
3216         char load[2024 - 16];
3217     };
3219     Package fill();       // Bad: large return value
3220     void fill(Package&);  // OK
3222     int val();            // OK
3223     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3225 ##### Enforcement
3227 * 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.
3229 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3231 ##### Reason
3233 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3234 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.
3235 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3237 ##### Example
3239     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3240     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3241     {
3242         // ...
3243         output_data = something();
3244         return status;
3245     }
3247     // GOOD: self-documenting
3248     tuple<int, string> f(const string& input)
3249     {
3250         // ...
3251         return {status, something()};
3252     }
3254 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3255 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3257     // C++98
3258     result = my_set.insert("Hello");
3259     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3261 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3263     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3264     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3266     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3267     if (success) do_something_with(iter);
3269 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3271     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3273 ##### Exception
3275 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3276 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3277 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3278 For example:
3280     istream& operator>>(istream& in, string& s);    // much like std::operator>>()
3282     for (string s; in >> s; ) {
3283         // do something with line
3284     }
3286 Here, both `s` and `in` are used as in-out parameters.
3287 We pass `in` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3288 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3289 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3290 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3291 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3293 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3295     pair<istream&, string> get_string(istream& in)  // not recommended
3296     {
3297         string s;
3298         in >> s;
3299         return {in, move(s)};
3300     }
3302     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3303         // do something with p.second
3304     }
3306 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3308 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3309 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3310 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3312 ##### Note
3314 In many cases, it can be useful to return a specific, user-defined type.
3315 For example:
3317     struct Distance {
3318         int value;
3319         int unit = 1;   // 1 means meters
3320     };
3322     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3323     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3324     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3325                                         // to people who know measure()
3326     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3328 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3330 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3332 ##### Note
3334 When the tuple to be returned is initialized from local variables that are expensive to copy,
3335 explicit `move` may be helpful to avoid copying:
3337     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3338     {
3339         LargeObject large1 = g(input);
3340         LargeObject large2 = h(input);
3341         // ...
3342         return { move(large1), move(large2) }; // no copies
3343     }
3345 Alternatively,
3347     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3348     {
3349         // ...
3350         return { g(input), h(input) }; // no copies, no moves
3351     }
3353 Note this is different from the `return move(...)` anti-pattern from [ES.56](#Res-move)
3355 ##### Enforcement
3357 * Output parameters should be replaced by return values.
3358   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3360 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3362 ##### Reason
3364 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3365 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.
3367 ##### Example
3369     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3370     {
3371         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3372         return string{p};
3373     }
3375     void print(const vector<int>& r)
3376     {
3377         // r refers to a vector<int>; no check needed
3378     }
3380 ##### Note
3382 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3383 That error is very uncommon.
3385 ##### Note
3387 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3389 ##### Enforcement
3391 * Flag ???
3393 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3395 ##### Reason
3397 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3398 Enables significant tool support.
3400 ##### Note
3402 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3404 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3405 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3406 * Hold the `nullptr`
3407 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3408 * Identify an array with a length specified separately
3409 * Identify a location in an array
3411 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3412 It complicates checking and tool support.
3414 ##### Example
3416     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3417     {
3418         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3419                         // assume it does not or use span<int>
3420         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3421                         // assume it does not or use zstring
3422         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3423                         // assume it does not or use owner
3424     }
3426 better
3428     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3429     {
3430         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3431         cout << s; // OK
3432         delete q;  // OK
3433     }
3435 ##### Note
3437 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3439 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3441 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3443 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3445 ##### Enforcement
3447 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3449 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3451 ##### Reason
3453 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.
3454 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`.
3456 ##### Example
3458 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3459 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3461 Consider:
3463     int length(Record* p);
3465 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3467     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3468     int length(not_null<Record*> p);
3470     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3471     int length(Record* p);
3473 ##### Note
3475 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).
3477 ##### Note
3479 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3481 ##### Enforcement
3483 * (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.
3484 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3485 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3487 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3489 ##### Reason
3491 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3493 ##### Example
3495     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3497     vector<X> vec;
3498     // ...
3499     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3501 ##### Note
3503 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3504 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3505 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3506 `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.
3508 ##### Example
3510 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3512     void f(span<int> s)
3513     {
3514         // range traversal (guaranteed correct)
3515         for (int x : s) cout << x << '\n';
3517         // C-style traversal (potentially checked)
3518         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3520         // random access (potentially checked)
3521         s[7] = 9;
3523         // extract pointers (potentially checked)
3524         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3525     }
3527 ##### Note
3529 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3531 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.
3533 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3535 ##### Enforcement
3537 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3539 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3541 ##### Reason
3543 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3544 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3546 If you don't need null termination, use `string_view`.
3548 ##### Example
3550 Consider:
3552     int length(const char* p);
3554 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3556     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3557     int length(zstring p);
3559     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3560     int length(not_null<zstring> p);
3562 ##### Note
3564 `zstring` does not represent ownership.
3566 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3568 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3570 ##### Reason
3572 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3574 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3576 ##### Example
3578     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3579     {
3580         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3581         switch (kind) {
3582         case kCircle:
3583             return make_unique<Circle>(is);
3584         case kTriangle:
3585             return make_unique<Triangle>(is);
3586         // ...
3587         }
3588     }
3590 ##### Note
3592 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).
3594 ##### Enforcement
3596 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3598 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3600 ##### Reason
3602 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3604 ##### Example
3606     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3608     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3609     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3610     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3611     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3613     // detach threads
3614     // last thread to finish deletes the image
3616 ##### Note
3618 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3619 `shared_ptr` is for shared ownership.
3621 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3623 ##### Alternative
3625 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3627 ##### Enforcement
3629 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3631 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3633 ##### Reason
3635 That's what pointers are good for.
3636 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3638 ##### Example
3640     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3641     {
3642         if (!t || t->name == s) return t;
3643         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3644         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3645         return nullptr;
3646     }
3648 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3649 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3651 ##### Note
3653 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3654 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](???).
3656 ##### Note
3658 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3660 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3662 ##### Enforcement
3664 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3665 Only owners should be deleted.
3666 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3667 Only owners should be responsible for deletion.
3669 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3671 ##### Reason
3673 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3675 ##### Example, bad
3677 After the return from a function its local objects no longer exist:
3679     int* f()
3680     {
3681         int fx = 9;
3682         return &fx;  // BAD
3683     }
3685     void g(int* p)   // looks innocent enough
3686     {
3687         int gx;
3688         cout << "*p == " << *p << '\n';
3689         *p = 999;
3690         cout << "gx == " << gx << '\n';
3691     }
3693     void h()
3694     {
3695         int* p = f();
3696         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3697         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3698     }
3700 Here on one popular implementation I got the output:
3702     *p == 999
3703     gx == 999
3705 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`.
3707 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3708 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3709 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3710 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3712 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3714 ##### Note
3716 This applies to references as well:
3718     int& f()
3719     {
3720         int x = 7;
3721         // ...
3722         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3723     }
3725 ##### Note
3727 This applies only to non-`static` local variables.
3728 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3730 ##### Example, bad
3732 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3734     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3736     template<class T>
3737     void steal(T x)
3738     {
3739         glob = x();  // BAD
3740     }
3742     void f()
3743     {
3744         int i = 99;
3745         steal([&] { return &i; });
3746     }
3748     int main()
3749     {
3750         f();
3751         cout << *glob << '\n';
3752     }
3754 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3755 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3757 ##### Note
3759 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.
3761 ##### Note
3763 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3764 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3766 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3768 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3769 It can be detected/prevented with similar techniques.
3771 ##### Enforcement
3773 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3774 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3776 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3778 ##### Reason
3780 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3782 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3783 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3785 ##### Example
3787     class Car
3788     {
3789         array<wheel, 4> w;
3790         // ...
3791     public:
3792         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3793         // ...
3794     };
3796     void use()
3797     {
3798         Car c;
3799         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3800     }
3802 ##### Enforcement
3804 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3806 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3808 ##### Reason
3810 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3811 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3813 ##### Example
3815 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3817     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3818     foo(x);                 // Undefined behavior
3820 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3821 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3823 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3826 ##### Example
3828 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3829 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3830 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3831 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&&`).
3833 Assume that `F` returns by value:
3835     template<class F>
3836     auto&& wrapper(F f)
3837     {
3838         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3839         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3840     }
3842 Better:
3844     template<class F>
3845     auto wrapper(F f)
3846     {
3847         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3848         return f();          // OK
3849     }
3852 ##### Exception
3854 `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 `&&`.
3856 ##### Enforcement
3858 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3860 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3862 ##### Reason
3864 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3865 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3867 ##### Example
3869         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3871         int main()
3872         {
3873             std::cout << "This is the way to do it\n";
3874         }
3876 ##### Note
3878 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3879 Note that despite its non-void return type, the main function does not require an explicit return statement.
3881 ##### Enforcement
3883 * The compiler should do it
3884 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3886 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3888 ##### Reason
3890 The convention for operator overloads (especially on concrete types) is for
3891 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3892 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3893 principle of "do as the ints do."
3895 ##### Note
3897 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3898 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.
3900 ##### Example
3902     class Foo
3903     {
3904      public:
3905         ...
3906         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3907         {
3908           // Copy members.
3909           ...
3910           return *this;
3911         }
3912     };
3914 ##### Enforcement
3916 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3917 value) of any assignment operator.
3919 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3921 ##### Reason
3923 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3925 ##### Example, bad
3927     S f()
3928     {
3929       S result;
3930       return std::move(result);
3931     }
3933 ##### Example, good
3935     S f()
3936     {
3937       S result;
3938       return result;
3939     }
3941 ##### Enforcement
3943 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3945 ### <a name="Rf-return-const"></a>F.49: Don't return `const T`
3947 ##### Reason
3949 It is not recommended to return a `const` value.
3950 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3952 ##### Example
3954     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3956     void g(vector<int>& vx)
3957     {
3958         // ...
3959         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3960         // ...
3961         vx = fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3962         // ...
3963     }
3965 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3966 The argument against is that it prevents (very frequent) use of move semantics.
3968 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
3970 ##### Enforcement
3972 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3975 ### <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)
3977 ##### Reason
3979 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.
3981 ##### Example
3983     // writing a function that should only take an int or a string
3984     // -- overloading is natural
3985     void f(int);
3986     void f(const string&);
3988     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3989     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3990     vector<work> v = lots_of_work();
3991     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3992         pool.run([=, &v] {
3993             /*
3994             ...
3995             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3996             ...
3997             */
3998         });
3999     }
4000     pool.join();
4002 ##### Exception
4004 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.
4006 ##### Enforcement
4008 * 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.
4010 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
4012 ##### Reason
4014 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
4015 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
4016 The use of default arguments can avoid code replication.
4018 ##### Note
4020 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
4021 For example:
4023     void print(const string& s, format f = {});
4025 as opposed to
4027     void print(const string& s);  // use default format
4028     void print(const string& s, format f);
4030 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:
4032     void print(const char&);
4033     void print(int);
4034     void print(zstring);
4036 ##### See also
4039 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
4041 ##### Enforcement
4043 * 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.)
4045 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
4047 ##### Reason
4049 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.
4051 ##### Discussion
4053 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
4055 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.
4057 ##### Note
4059 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.
4061 ##### Example
4063 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):
4065     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
4066     {
4067         socket.send(message);
4068     });
4070 ##### Example
4072 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.
4074     void send_packets(buffers& bufs)
4075     {
4076         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
4077         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
4078         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
4079         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
4080     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
4082 ##### Enforcement
4084 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.)
4086 ### <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
4088 ##### Reason
4090 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.
4092 ##### Example, bad
4094     int local = 42;
4096     // Want a reference to local.
4097     // Note, that after program exits this scope,
4098     // local no longer exists, therefore
4099     // process() call will have undefined behavior!
4100     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
4102 ##### Example, good
4104     int local = 42;
4105     // Want a copy of local.
4106     // Since a copy of local is made, it will
4107     // always be available for the call.
4108     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
4110 ##### Note
4112 If a non-local pointer must be captured, consider using `unique_ptr`; this handles both lifetime and synchronization.
4114 If the `this` pointer must be captured, consider using `[*this]` capture, which creates a copy of the entire object.
4116 ##### Enforcement
4118 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
4119 * (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
4121 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
4123 ##### Reason
4125 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.
4127 ##### Example
4129     class My_class {
4130         int x = 0;
4131         // ...
4133         void f()
4134         {
4135             int i = 0;
4136             // ...
4138             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
4139             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
4140             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
4142             x = 42;
4143             lambda(); // calls use(0, 42);
4144             x = 43;
4145             lambda(); // calls use(0, 43);
4147             // ...
4149             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
4151             // ...
4152         }
4153     };
4155 ##### Note
4157 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.
4159 ##### Enforcement
4161 * Flag any lambda capture-list that specifies a capture-default (e.g., `=` or `&`) and also captures `this` (whether explicitly such as `[&, this]` or via default capture such as `[=]` and a use of `this` in the body)
4163 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
4165 ##### Reason
4167 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
4168 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
4169 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.
4171 ##### Example
4173     int sum(...)
4174     {
4175         // ...
4176         while (/*...*/)
4177             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4178         // ...
4179     }
4181     sum(3, 2); // ok
4182     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4184     template<class ...Args>
4185     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4186     {
4187         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4188     }
4190     sum(3, 2); // ok: 5
4191     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4193 ##### Alternatives
4195 * overloading
4196 * variadic templates
4197 * `variant` arguments
4198 * `initializer_list` (homogeneous)
4200 ##### Note
4202 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.
4204 ##### Enforcement
4206 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4207 * 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)]]`.
4210 ### <a name="F-nesting"></a>F.56: Avoid unnecessary condition nesting
4212 ##### Reason
4214 Shallow nesting of conditions makes the code easier to follow. It also makes the intent clearer.
4215 Strive to place the essential code at outermost scope, unless this obscures intent.
4217 ##### Example
4219 Use a guard-clause to take care of exceptional cases and return early.
4221     // Bad: Deep nesting
4222     void foo() {
4223         ...
4224         if (x) {
4225             computeImportantThings(x);
4226         }
4227     }
4229     // Bad: Still a redundant else.
4230     void foo() {
4231         ...
4232         if (!x) {
4233             return;
4234         }
4235         else {
4236             computeImportantThings(x);
4237         }
4238     }
4240     // Good: Early return, no redundant else
4241     void foo() {
4242         ...
4243         if (!x)
4244             return;
4246         computeImportantThings(x);
4247     }
4249 ##### Example
4251     // Bad: Unnecessary nesting of conditions
4252     void foo() {
4253         ...
4254         if (x) {
4255             if (y) {
4256                 computeImportantThings(x);
4257             }
4258         }
4259     }
4261     // Good: Merge conditions + return early
4262     void foo() {
4263         ...
4264         if (!(x && y))
4265             return;
4267         computeImportantThings(x);
4268     }
4270 ##### Enforcement
4272 Flag a redundant `else`.
4273 Flag a functions whose body is simply a conditional statement enclosing a block.
4276 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4278 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4279 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4281 Class rule summary:
4283 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4284 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4285 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4286 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4287 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4288 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4289 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4290 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4292 Subsections:
4294 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4295 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4296 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4297 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4298 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4299 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4300 * [C.union: Unions](#SS-union)
4302 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4304 ##### Reason
4306 Ease of comprehension.
4307 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4309 ##### Example
4311     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4312     void draw(Point from, Point to);          // better
4314 ##### Note
4316 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4318 ##### Note
4320 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4322 ##### Enforcement
4324 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4326 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4328 ##### Reason
4330 Readability.
4331 Ease of comprehension.
4332 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4333 This is a useful convention.
4335 ##### Note
4337 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4338 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4339 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4341 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4343 ##### Example
4345     struct Pair {  // the members can vary independently
4346         string name;
4347         int volume;
4348     };
4350 but:
4352     class Date {
4353     public:
4354         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4355         Date(int yy, Month mm, char dd);
4356         // ...
4357     private:
4358         int y;
4359         Month m;
4360         char d;    // day
4361     };
4363 ##### Note
4365 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4366 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4367 This effectively means the definer need to define an invariant.
4369 **See also**:
4371 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4372 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4373 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4374 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4376 ##### Enforcement
4378 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4380 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4382 ##### Reason
4384 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4386 ##### Example
4388     class Date {
4389     public:
4390         Date();
4391         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4392         Date(int yy, Month mm, char dd);
4394         int day() const;
4395         Month month() const;
4396         // ...
4397     private:
4398         // ... some representation ...
4399     };
4401 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4403 ##### Note
4405 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4406 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.
4407 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4408 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4410 ##### Enforcement
4414 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4416 ##### Reason
4418 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.
4420 ##### Example
4422     class Date {
4423         // ... relatively small interface ...
4424     };
4426     // helper functions:
4427     Date next_weekday(Date);
4428     bool operator==(Date, Date);
4430 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4432 ##### Note
4434 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4436 ##### Exception
4438 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4439 In particular, members of an abstract class rarely do.
4441 Note [multi-methods](https://web.archive.org/web/20200605021759/https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4443 ##### Exception
4445 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4447 ##### Exception
4449 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4451     class Foobar {
4452     public:
4453         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4454         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4455         // ...
4456     private:
4457         // ...
4458     };
4460 ##### Exception
4462 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4464     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4466 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4468 ##### Enforcement
4470 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4471 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4472 * Ignore `virtual` functions.
4473 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4474 * Ignore functions returning `this`.
4476 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4478 ##### Reason
4480 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.
4481 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.
4483 ##### Example
4485     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4487         class Time { /* ... */ };
4488         class Date { /* ... */ };
4490         // helper functions:
4491         bool operator==(Date, Date);
4492         Date next_weekday(Date);
4493         // ...
4494     }
4496 ##### Note
4498 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4500 ##### Enforcement
4502 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4504 ### <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
4506 ##### Reason
4508 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4510 ##### Example, bad
4512     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4514 ##### Example, good
4516     struct Data { /*...*/ };
4517     Data data{ /*...*/ };
4519 ##### Enforcement
4521 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4523 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4525 ##### Reason
4527 Readability.
4528 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4529 This is a useful convention.
4531 ##### Example, bad
4533     struct Date {
4534         int d, m;
4536         Date(int i, Month m);
4537         // ... lots of functions ...
4538     private:
4539         int y;  // year
4540     };
4542 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4543 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4544 The private data is hidden far from the public data.
4545 The data is split in different parts of the class declaration.
4546 Different parts of the data have different access.
4547 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4549 ##### Note
4551 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4553 ##### Enforcement
4555 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4557 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4559 ##### Reason
4561 Encapsulation.
4562 Information hiding.
4563 Minimize the chance of unintended access.
4564 This simplifies maintenance.
4566 ##### Example
4568     template<typename T, typename U>
4569     struct pair {
4570         T a;
4571         U b;
4572         // ...
4573     };
4575 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4576 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4577 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4578 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4579 For example:
4581     class Distance {
4582     public:
4583         // ...
4584         double meters() const { return magnitude*unit; }
4585         void set_unit(double u)
4586         {
4587                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4588                 // ... change magnitude appropriately ...
4589                 unit = u;
4590         }
4591         // ...
4592     private:
4593         double magnitude;
4594         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4595     };
4597 ##### Note
4599 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.
4600 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4602 ##### Example
4604 A class can provide two interfaces to its users.
4605 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4606 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4608     class Foo {
4609     public:
4610         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4611         // ...
4612     protected:
4613         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4614         // ...
4615     private:
4616         // ... data ...
4617     };
4619     class Dir : public Foo {
4620         //...
4621         int mem(int x, int y)
4622         {
4623             /* ... do something ... */
4624             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4625         }
4626     };
4628     void user(Foo& x)
4629     {
4630         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4631         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4632         // ...
4633     }
4635 ##### Note
4637 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4639 ##### Note
4641 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members; see [NL.16](#Rl-order).
4643 ##### Enforcement
4645 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4646 * Flag mixtures of `public` and `private` data
4648 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4650 Concrete type rule summary:
4652 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4653 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4654 * [C.12: Don't make data members `const` or references](#Rc-constref)
4657 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4659 ##### Reason
4661 A concrete type is fundamentally simpler than a type in a class hierarchy:
4662 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4663 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4665 ##### Example
4667     class Point1 {
4668         int x, y;
4669         // ... operations ...
4670         // ... no virtual functions ...
4671     };
4673     class Point2 {
4674         int x, y;
4675         // ... operations, some virtual ...
4676         virtual ~Point2();
4677     };
4679     void use()
4680     {
4681         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4682         Point1 p12 {p11};    // a copy
4684         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4685         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4686         // ...
4687     }
4689 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.
4690 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4692 ##### Note
4694 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4696 ##### Note
4698 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4699 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4700 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4701 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.
4704 ##### Enforcement
4709 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4711 ##### Reason
4713 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4715 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.
4717 ##### Example
4719     struct Bundle {
4720         string name;
4721         vector<Record> vr;
4722     };
4724     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4725     {
4726         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4727     }
4729     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4730     Bundle b2 = b1;
4731     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4732     b2.name = "the other bundle";
4733     if (b1 == b2) error("No!");
4735 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`.
4737 ##### Note
4739 For structs intended to be shared with C code, defining `operator==` may not be feasible.
4741 ##### Note
4743 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),
4744 so they can't be regular; instead, they tend to be move-only.
4746 ##### Enforcement
4751 ### <a name="Rc-constref"></a>C.12: Don't make data members `const` or references
4753 ##### Reason
4755 They are not useful, and make types difficult to use by making them either uncopyable or partially uncopyable for subtle reasons.
4757 ##### Example; bad
4759     class bad {
4760         const int i;    // bad
4761         string& s;      // bad
4762         // ...
4763     };
4765 The `const` and `&` data members make this class "only-sort-of-copyable" -- copy-constructible but not copy-assignable.
4767 ##### Note
4769 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.
4771 ##### Enforcement
4773 Flag a data member that is `const`, `&`, or `&&`.
4777 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4779 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4780 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4782 These are *default operations*:
4784 * a default constructor: `X()`
4785 * a copy constructor: `X(const X&)`
4786 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4787 * a move constructor: `X(X&&)`
4788 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4789 * a destructor: `~X()`
4791 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4793 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4794 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4796 Set of default operations rules:
4798 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4799 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4800 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4802 Destructor rules:
4804 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4805 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4806 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4807 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4808 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4809 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4810 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4812 Constructor rules:
4814 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4815 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4816 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4817 * [C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor](#Rc-default0)
4818 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4819 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4820 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4821 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4822 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4823 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4824 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4825 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4826 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4828 Copy and move rules:
4830 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4831 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4832 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4833 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4834 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4835 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4836 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4837 * [C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move](#Rc-copy-virtual)
4839 Other default operations rules:
4841 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4842 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4843 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4844 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4845 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4846 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4847 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4848 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4849 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4850 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4852 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4854 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4855 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4857 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4859 ##### Reason
4861 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4863 ##### Example
4865     struct Named_map {
4866     public:
4867         // ... no default operations declared ...
4868     private:
4869         string name;
4870         map<int, int> rep;
4871     };
4873     Named_map nm;        // default construct
4874     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4876 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4878 ##### Note
4880 This is known as "the rule of zero".
4882 ##### Enforcement
4884 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4885 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`.
4887 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4889 ##### Reason
4891 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.
4893 Declaring any copy/move/destructor function,
4894 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4895 of a move constructor and move assignment operator.
4896 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4897 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4898 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4899 So as soon as any of these are declared, the others should
4900 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4901 into more expensive copies, or making a class move-only.
4903 ##### Example, bad
4905     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4906     public:
4907         // ...
4908         // ... no copy or move operations ...
4909         ~M2() { delete[] rep; }
4910     private:
4911         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4912     };
4914     void use()
4915     {
4916         M2 x;
4917         M2 y;
4918         // ...
4919         x = y;   // the default assignment
4920         // ...
4921     }
4923 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).
4925 ##### Note
4927 This is known as "the rule of five."
4929 ##### Note
4931 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4932 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4934 ##### Example, good
4936 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4937 defined as defaulted.
4939     class AbstractBase {
4940     public:
4941         virtual ~AbstractBase() = default;
4942         // ...
4943     };
4945 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4946 make the copy and move operations protected or `=delete`d, and add a `clone`:
4948     class ClonableBase {
4949     public:
4950         virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4951         virtual ~ClonableBase() = default;
4952         CloneableBase() = default;
4953         ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4954         ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4955         ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4956         ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4957         // ... other constructors and functions ...
4958     };
4960 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4961 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4962 makes it more obvious to the reader.
4964 ##### Note
4966 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4968 ##### Note
4970 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4972 ##### Note
4974 Writing these functions can be error-prone.
4975 Note their argument types:
4977     class X {
4978     public:
4979         // ...
4980         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4981         X(const X&) = default;             // copy constructor
4982         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4983         X(X&&) = default;                  // move constructor
4984         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4985     };
4987 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.
4988 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4990 ##### Enforcement
4992 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
4994 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4996 ##### Reason
4998 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4999 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.
5001 ##### Example, bad
5003     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
5004         class Impl {
5005             // ...
5006         };
5007         shared_ptr<Impl> p;
5008     public:
5009         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
5010         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
5011         // ...
5012     };
5014 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
5016 ##### Enforcement
5018 * (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.
5019 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
5020 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
5021 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
5023 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
5025 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
5026 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);
5027 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
5028 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
5030 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
5032 ##### Reason
5034 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
5035 If the default destructor is sufficient, use it.
5036 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
5038 ##### Example
5040     template<typename A>
5041     struct final_action {   // slightly simplified
5042         A act;
5043         final_action(A a) : act{a} {}
5044         ~final_action() { act(); }
5045     };
5047     template<typename A>
5048     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
5049     {
5050         return final_action<A>{act};
5051     }
5053     void test()
5054     {
5055         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
5056         // ...
5057         if (something) return;   // act done here
5058         // ...
5059     } // act done here
5061 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
5063 ##### Note
5065 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
5067 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
5068 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
5070 ##### Example, bad
5072     class Foo {   // bad; use the default destructor
5073     public:
5074         // ...
5075         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
5076     private:
5077         string s;
5078         int i;
5079         vector<int> vi;
5080     };
5082 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
5084 ##### Note
5086 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
5088 ##### Enforcement
5090 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
5092 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
5094 ##### Reason
5096 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
5098 ##### Note
5100 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
5102 ##### Example
5104     class X {
5105         ifstream f;   // might own a file
5106         // ... no default operations defined or =deleted ...
5107     };
5109 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
5111 ##### Example, bad
5113     class X2 {     // bad
5114         FILE* f;   // might own a file
5115         // ... no default operations defined or =deleted ...
5116     };
5118 `X2` might leak a file handle.
5120 ##### Note
5122 What about a socket that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
5123 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
5124 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5125 See [discussion](#Sd-never-fail).
5126 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5127 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
5128 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5130 ##### Note
5132 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
5133 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
5134 For example:
5136     Preprocessor pp { /* ... */ };
5137     Parser p { pp, /* ... */ };
5138     Type_checker tc { p, /* ... */ };
5140 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
5142 ##### Enforcement
5144 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
5145   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
5146 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
5147   (e.g., look into the constructors).
5149 ### <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
5151 ##### Reason
5153 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
5155 ##### Example
5157     class legacy_class
5158     {
5159         foo* m_owning;   // Bad: change to unique_ptr<T> or owner<T*>
5160         bar* m_observer; // OK: keep
5161     }
5163 The only way to determine ownership may be code analysis.
5165 ##### Note
5167 Ownership should be clear in new code (and refactored legacy code) according to [R.20](#Rr-owner) for owning
5168 pointers and [R.3](#Rr-ptr) for non-owning pointers.  References should never own [R.4](#Rr-ref).
5170 ##### Enforcement
5172 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
5174 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
5176 ##### Reason
5178 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
5180 ##### Example
5182 A pointer member could represent a resource.
5183 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
5184 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
5186     template<typename T>
5187     class Smart_ptr {
5188         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5189         // ...
5190     public:
5191         // ... no user-defined default operations ...
5192     };
5194     void use(Smart_ptr<int> p1)
5195     {
5196         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
5197         auto p2 = p1;
5198     }
5200 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
5202     template<typename T>
5203     class Smart_ptr2 {
5204         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5205         // ...
5206     public:
5207         // ... no user-defined copy operations ...
5208         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
5209     };
5211     void use(Smart_ptr2<int> p1)
5212     {
5213         auto p2 = p1;   // error: double deletion
5214     }
5216 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:
5218     template<typename T>
5219     class Smart_ptr3 {
5220         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
5221         // ...
5222     public:
5223         // ...
5224         // ... copy and move operations ...
5225         ~Smart_ptr3() { delete p; }
5226     };
5228     void use(Smart_ptr3<int> p1)
5229     {
5230         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
5231     }
5233 ##### Note
5235 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.
5237 ##### Note
5239 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
5240 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
5242 ##### Enforcement
5244 * A class with a pointer data member is suspect.
5245 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
5248 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
5250 ##### Reason
5252 To prevent undefined behavior.
5253 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.
5254 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.
5255 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
5257 ##### Discussion
5259 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
5261 ##### Example, bad
5263     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
5264         virtual void f();
5265     };
5267     struct D : Base {
5268         string s {"a resource needing cleanup"};
5269         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
5270         // ...
5271     };
5273     void use()
5274     {
5275         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5276         // ...
5277     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5279 ##### Note
5281 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5282 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5284 ##### Note
5286 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5288     class X {
5289         ~X();   // private destructor
5290         // ...
5291     };
5293     void use()
5294     {
5295         X a;                        // error: cannot destroy
5296         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5297     }
5299 ##### Exception
5301 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.
5304 ##### Enforcement
5306 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5307 * 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.
5309 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5311 ##### Reason
5313 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5314 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5316 ##### Example
5318     class X {
5319     public:
5320         ~X() noexcept;
5321         // ...
5322     };
5324     X::~X() noexcept
5325     {
5326         // ...
5327         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5328         // ...
5329     }
5331 ##### Note
5333 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5334 None have succeeded to come up with a general scheme.
5335 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5336 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5337 See [discussion](#Sd-never-fail).
5338 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5339 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5341 ##### Note
5343 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5345 ##### Note
5347 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5348 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5349 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5350 Consider the "my connection will not close" example.
5351 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.
5352 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5354 ##### Note
5356 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5357 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5359 ##### Enforcement
5361 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5363 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5365 ##### Reason
5367  [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.
5369 ##### Note
5371 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.
5373 ##### Example
5375 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5377     struct X {
5378         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5379         // ...
5380         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5381     };
5383 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5385 ##### Note
5387 Why not then declare all destructors noexcept?
5388 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5390 ##### Enforcement
5392 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5394 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5396 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5398 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5400 ##### Reason
5402 That's what constructors are for.
5404 ##### Example
5406     class Date {  // a Date represents a valid date
5407                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5408         Date(int dd, int mm, int yy)
5409             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5410         {
5411             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5412         }
5413         // ...
5414     private:
5415         int d, m, y;
5416     };
5418 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5420 ##### Note
5422 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5424     struct Rec {
5425         string s;
5426         int i {0};
5427         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5428         Rec(int ii) :i{ii} {}
5429     };
5431     Rec r1 {7};
5432     Rec r2 {"Foo bar"};
5434 ##### Note
5436 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5438     struct Rec2{
5439         string s;
5440         int i;
5441         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5442     };
5444     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5445     Rec2 r2 {"Bar"};
5447 The `Rec2` constructor is redundant.
5448 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5450 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5452 ##### Enforcement
5454 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5456 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5458 ##### Reason
5460 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5462 ##### Example, bad
5464     class X1 {
5465         FILE* f;   // call init() before any other function
5466         // ...
5467     public:
5468         X1() {}
5469         void init();   // initialize f
5470         void read();   // read from f
5471         // ...
5472     };
5474     void f()
5475     {
5476         X1 file;
5477         file.read();   // crash or bad read!
5478         // ...
5479         file.init();   // too late
5480         // ...
5481     }
5483 Compilers do not read comments.
5485 ##### Exception
5487 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5489 ##### Enforcement
5491 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5492 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5494 ##### Note
5496 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5497 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5499 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5501 ##### Reason
5503 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5505 ##### Example
5507     class X2 {
5508         FILE* f;
5509         // ...
5510     public:
5511         X2(const string& name)
5512             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5513         {
5514             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5515             // ...
5516         }
5518         void read();      // read from f
5519         // ...
5520     };
5522     void f()
5523     {
5524         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5525         file.read();      // fine
5526         // ...
5527     }
5529 ##### Example, bad
5531     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5532         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5533         bool valid;
5534         // ...
5535     public:
5536         X3(const string& name)
5537             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5538         {
5539             if (f) valid = true;
5540             // ...
5541         }
5543         bool is_valid() { return valid; }
5544         void read();   // read from f
5545         // ...
5546     };
5548     void f()
5549     {
5550         X3 file {"Heraclides"};
5551         file.read();   // crash or bad read!
5552         // ...
5553         if (file.is_valid()) {
5554             file.read();
5555             // ...
5556         }
5557         else {
5558             // ... handle error ...
5559         }
5560         // ...
5561     }
5563 ##### Note
5565 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.
5566 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5568 ##### Exception
5570 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.
5571 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5573 ##### Alternative
5575 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5576 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5578 ##### Note
5580 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5581 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5582 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)
5584 ##### Enforcement
5588 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor
5590 ##### Reason
5592 That is, ensure that if a concrete class is copyable it also satisfies the rest of "semiregular."
5594 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5595 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5597 ##### Example
5599     class Date { // BAD: no default constructor
5600     public:
5601         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5602         // ...
5603     };
5605     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5606     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5608 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.
5609 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.
5611 `Date` is chosen to encourage thought:
5612 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.
5613 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5614 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5616     class Date {
5617     public:
5618         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5619         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5620         // ...
5621     private:
5622         int dd {1};
5623         int mm {1};
5624         int yyyy {1970};
5625         // ...
5626     };
5628     vector<Date> vd1(1000);
5630 ##### Note
5632 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5634     struct X {
5635         string s;
5636         vector<int> v;
5637     };
5639     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5641 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5643     struct X {
5644         string s;
5645         int i;
5646     };
5648     void f()
5649     {
5650         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5652         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5653         ++x.i;
5654     }
5656 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5657 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5658 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5659 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5661     struct X {
5662         string s;
5663         int i {};   // default initialize (to 0)
5664     };
5666 ##### Notes
5668 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5670 For example, a base class should not be copyable, and so does not necessarily need a default constructor:
5672     // Shape is an abstract base class, not a copyable type.
5673     // It might or might not need a default constructor.
5674     struct Shape {
5675         virtual void draw() = 0;
5676         virtual void rotate(int) = 0;
5677         // =delete copy/move functions
5678         // ...
5679     };
5681 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:
5683     // std::lock_guard is not a copyable type.
5684     // It does not have a default constructor.
5685     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5686     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5688 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5689 (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:
5691     // std::ofstream is not a copyable type.
5692     // It does happen to have a default constructor
5693     // that goes along with a special "not open" state.
5694     ofstream out {"Foobar"};
5695     // ...
5696     out << log(time, transaction);
5698 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.
5700 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5702 ##### Enforcement
5704 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5705 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5708 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5710 ##### Reason
5712 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5714 ##### Example, problematic
5716     template<typename T>
5717     // elem points to space-elem element allocated using new
5718     class Vector0 {
5719     public:
5720         Vector0() :Vector0{0} {}
5721         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5722         // ...
5723     private:
5724         own<T*> elem;
5725         T* space;
5726         T* last;
5727     };
5729 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5730 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5731 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5733 ##### Example
5735     template<typename T>
5736     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5737     class Vector1 {
5738     public:
5739         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5740         Vector1() noexcept {}
5741         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5742         // ...
5743     private:
5744         own<T*> elem {};
5745         T* space {};
5746         T* last {};
5747     };
5749 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5750 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5752 ##### Enforcement
5754 * Flag throwing default constructors
5756 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5758 ##### Reason
5760 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5762 ##### Example, bad
5764     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5765         string s;
5766         int i;
5767     public:
5768         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5769         // ...
5770     };
5772 ##### Example
5774     class X2 {
5775         string s {"default"};
5776         int i {1};
5777     public:
5778         // use compiler-generated default constructor
5779         // ...
5780     };
5782 ##### Enforcement
5784 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5786 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5788 ##### Reason
5790 To avoid unintended conversions.
5792 ##### Example, bad
5794     class String {
5795     public:
5796         String(int);   // BAD
5797         // ...
5798     };
5800     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5802 ##### Exception
5804 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5806     class Complex {
5807     public:
5808         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5809         // ...
5810     };
5812     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5814 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5816 ##### Note
5818 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.
5820 ##### Enforcement
5822 (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".
5824 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5826 ##### Reason
5828 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5830 ##### Example, bad
5832     class Foo {
5833         int m1;
5834         int m2;
5835     public:
5836         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5837         // ...
5838     };
5840     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5842 ##### Enforcement
5844 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5846 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5848 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5850 ##### Reason
5852 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.
5854 ##### Example, bad
5856     class X {   // BAD
5857         int i;
5858         string s;
5859         int j;
5860     public:
5861         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5862         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5863         // ...
5864     };
5866 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.
5868 ##### Example
5870     class X2 {
5871         int i {666};
5872         string s {"qqq"};
5873         int j {0};
5874     public:
5875         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5876         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5877         // ...
5878     };
5880 **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:
5882     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5883         int i;
5884         string s;
5885         int j;
5886     public:
5887         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5888             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5889         // ...
5890     };
5892 ##### Enforcement
5894 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5895 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer might be more appropriate.
5897 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5899 ##### Reason
5901 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5903 ##### Example, good
5905     class A {   // Good
5906         string s1;
5907     public:
5908         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5909         // ...
5910     };
5912 ##### Example, bad
5914     class B {   // BAD
5915         string s1;
5916     public:
5917         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5918         // ...
5919     };
5921     class C {   // UGLY, aka very bad
5922         int* p;
5923     public:
5924         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5925         // ...
5926     };
5928 ##### Example, better still
5930 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5931 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5933     class D {   // Good
5934         string s1;
5935     public:
5936         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5937         // ...
5938     };
5940 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5942 ##### Reason
5944 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.
5946 ##### Note
5948 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.
5950 ##### Example, bad
5952     class B {
5953     public:
5954         B()
5955         {
5956             /* ... */
5957             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5958             /* ... */
5959         }
5961         virtual void f() = 0;
5962     };
5964 ##### Example
5966     class B {
5967     protected:
5968         class Token {};
5970     public:
5971         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5972         virtual void f() = 0;
5974         template<class T>
5975         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5976         {
5977             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5978             p->post_initialize();
5979             return p;
5980         }
5982     protected:
5983         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5984             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5985     };
5987     class D : public B {                 // some derived class
5988     protected:
5989         class Token {};
5991     public:
5992         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
5993         void f() override { /* ...  */ };
5995     protected:
5996         template<class T>
5997         friend shared_ptr<T> B::create();
5998     };
6000     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
6002 `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.
6003 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
6005 ##### Note
6007 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
6009 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
6011 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
6013 ##### Reason
6015 To avoid repetition and accidental differences.
6017 ##### Example, bad
6019     class Date {   // BAD: repetitive
6020         int d;
6021         Month m;
6022         int y;
6023     public:
6024         Date(int dd, Month mm, year yy)
6025             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6026             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6028         Date(int dd, Month mm)
6029             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
6030             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6031         // ...
6032     };
6034 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
6036 ##### Example
6038     class Date2 {
6039         int d;
6040         Month m;
6041         int y;
6042     public:
6043         Date2(int dd, Month mm, year yy)
6044             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6045             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6047         Date2(int dd, Month mm)
6048             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
6049         // ...
6050     };
6052 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
6054 ##### Enforcement
6056 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
6058 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
6060 ##### Reason
6062 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
6064 ##### Example
6066 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
6068     class Rec {
6069         // ... data and lots of nice constructors ...
6070     };
6072     class Oper : public Rec {
6073         using Rec::Rec;
6074         // ... no data members ...
6075         // ... lots of nice utility functions ...
6076     };
6078 ##### Example, bad
6080     struct Rec2 : public Rec {
6081         int x;
6082         using Rec::Rec;
6083     };
6085     Rec2 r {"foo", 7};
6086     int val = r.x;   // uninitialized
6088 ##### Enforcement
6090 Make sure that every member of the derived class is initialized.
6092 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
6094 Concrete types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
6095 Resource handles might or might not be copyable.
6096 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
6098 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
6100 ##### Reason
6102 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
6104 ##### Example
6106     class Foo {
6107     public:
6108         Foo& operator=(const Foo& x)
6109         {
6110             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
6111             auto tmp = x;
6112             swap(tmp); // see C.83
6113             return *this;
6114         }
6115         // ...
6116     };
6118     Foo a;
6119     Foo b;
6120     Foo f();
6122     a = b;    // assign lvalue: copy
6123     a = f();  // assign rvalue: potentially move
6125 ##### Note
6127 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
6129 ##### Example
6131 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:
6133     template<typename T>
6134     class Vector {
6135     public:
6136         Vector& operator=(const Vector&);
6137         // ...
6138     private:
6139         T* elem;
6140         int sz;
6141     };
6143     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
6144     {
6145         if (a.sz > sz) {
6146             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
6147             return *this;
6148         }
6149         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
6150         if (a.sz < sz) {
6151             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
6152         }
6153         return *this;
6154     }
6156 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).
6158 **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&)`.
6159 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
6161 ##### Enforcement
6163 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6164 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6165 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
6166   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
6168 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
6170 ##### Reason
6172 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
6173 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).
6175 ##### Example
6177     class X {   // OK: value semantics
6178     public:
6179         X();
6180         X(const X&);     // copy X
6181         void modify();   // change the value of X
6182         // ...
6183         ~X() { delete[] p; }
6184     private:
6185         T* p;
6186         int sz;
6187     };
6189     bool operator==(const X& a, const X& b)
6190     {
6191         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
6192     }
6194     X::X(const X& a)
6195         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
6196     {
6197         copy(a.p, a.p + sz, p);
6198     }
6200     X x;
6201     X y = x;
6202     if (x != y) throw Bad{};
6203     x.modify();
6204     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
6206 ##### Example
6208     class X2 {  // OK: pointer semantics
6209     public:
6210         X2();
6211         X2(const X2&) = default; // shallow copy
6212         ~X2() = default;
6213         void modify();          // change the pointed-to value
6214         // ...
6215     private:
6216         T* p;
6217         int sz;
6218     };
6220     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
6221     {
6222         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
6223     }
6225     X2 x;
6226     X2 y = x;
6227     if (x != y) throw Bad{};
6228     x.modify();
6229     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
6231 ##### Note
6233 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.
6235 ##### Enforcement
6237 (Not enforceable)
6239 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
6241 ##### Reason
6243 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
6245 ##### Example
6247 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
6249     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
6250     v = v;
6251     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
6253 ##### Note
6255 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
6257     struct Bar {
6258         vector<pair<int, int>> v;
6259         map<string, int> m;
6260         string s;
6261     };
6263     Bar b;
6264     // ...
6265     b = b;   // correct and efficient
6267 ##### Note
6269 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)).
6271     class Foo {
6272         string s;
6273         int i;
6274     public:
6275         Foo& operator=(const Foo& a);
6276         // ...
6277     };
6279     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6280     {
6281         if (this == &a) return *this;
6282         s = a.s;
6283         i = a.i;
6284         return *this;
6285     }
6287 This is obviously safe and apparently efficient.
6288 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6289 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).
6290 Consider:
6292     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6293     {
6294         s = a.s;
6295         i = a.i;
6296         return *this;
6297     }
6299 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6301 ##### Enforcement
6303 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6305 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`
6307 ##### Reason
6309 It is simple and efficient.
6311 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6313 ##### Enforcement
6315 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6317 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6318 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6319 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6321 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6323 ##### Reason
6325 That is the generally assumed semantics.
6326 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6328 ##### Example
6330     class X {   // OK: value semantics
6331     public:
6332         X();
6333         X(X&& a) noexcept;  // move X
6334         X& operator=(X&& a) noexcept; // move-assign X
6335         void modify();     // change the value of X
6336         // ...
6337         ~X() { delete[] p; }
6338     private:
6339         T* p;
6340         int sz;
6341     };
6343     X::X(X&& a) noexcept
6344         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6345     {
6346         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6347         a.sz = 0;
6348     }
6350     void use()
6351     {
6352         X x{};
6353         // ...
6354         X y = std::move(x);
6355         x = X{};   // OK
6356     } // OK: x can be destroyed
6358 ##### Note
6360 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6361 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6362 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6363 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6364 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6365 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6367 ##### Note
6369 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6371 ##### Enforcement
6373 (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.
6375 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6377 ##### Reason
6379 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.
6381 ##### Example
6383     class Foo {
6384         string s;
6385         int i;
6386     public:
6387         Foo& operator=(Foo&& a);
6388         // ...
6389     };
6391     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6392     {
6393         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6394         s = std::move(a.s);
6395         i = a.i;
6396         return *this;
6397     }
6399 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.
6401 ##### Note
6403 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).
6405 ##### Note
6407 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.
6409 ##### Example
6411 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6413     // move from other.ptr to this->ptr
6414     T* temp = other.ptr;
6415     other.ptr = nullptr;
6416     delete ptr; // in self-move, this->ptr is also null; delete is a no-op
6417     ptr = temp; // in self-move, the original ptr is restored
6419 ##### Enforcement
6421 * (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`.
6422 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6424 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6426 ##### Reason
6428 A throwing move violates most people's reasonable assumptions.
6429 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6431 ##### Example
6433     template<typename T>
6434     class Vector {
6435     public:
6436         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6437         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6438         // ...
6439     private:
6440         T* elem;
6441         int sz;
6442     };
6444 These operations do not throw.
6446 ##### Example, bad
6448     template<typename T>
6449     class Vector2 {
6450     public:
6451         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6452         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6453         // ...
6454     private:
6455         T* elem;
6456         int sz;
6457     };
6459 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6461 ##### Enforcement
6463 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6465 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move
6467 ##### Reason
6469 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.
6471 If the class has no data, `=delete` the copy/move functions. Otherwise, make them protected.
6473 ##### Example, bad
6475     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6476     public:
6477         virtual char m() { return 'B'; }
6478         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6479     };
6481     class D : public B {
6482     public:
6483         char m() override { return 'D'; }
6484         // ...
6485     };
6487     void f(B& b)
6488     {
6489         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6490     }
6492     D d;
6493     f(d);
6495 ##### Example
6497     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6498     public:
6499         B() = default;
6500         B(const B&) = delete;
6501         B& operator=(const B&) = delete;
6502         virtual char m() { return 'B'; }
6503         // ...
6504     };
6506     class D : public B {
6507     public:
6508         char m() override { return 'D'; }
6509         // ...
6510     };
6512     void f(B& b)
6513     {
6514         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6515     }
6517     D d;
6518     f(d);
6520 ##### Note
6522 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6524 ##### Exception
6526 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6528 ##### Enforcement
6530 * Flag a polymorphic class with a public copy operation.
6531 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6533 ## C.other: Other default operation rules
6535 In addition to the operations for which the language offers default implementations,
6536 there are a few operations that are so foundational that specific rules for their definition are needed:
6537 comparisons, `swap`, and `hash`.
6539 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6541 ##### Reason
6543 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6545 ##### Example
6547     class Tracer {
6548         string message;
6549     public:
6550         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6551         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6553         Tracer(const Tracer&) = default;
6554         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6555         Tracer(Tracer&&) = default;
6556         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6557     };
6559 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6561 ##### Example, bad
6563     class Tracer2 {
6564         string message;
6565     public:
6566         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6567         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6569         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6570         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6571         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6572         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6573     };
6575 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6577 ##### Enforcement
6579 (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
6581 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6583 ##### Reason
6585 In a few cases, a default operation is not desirable.
6587 ##### Example
6589     class Immortal {
6590     public:
6591         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6592         // ...
6593     };
6595     void use()
6596     {
6597         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6598         Immortal* p = new Immortal{};
6599         delete p;       // error: cannot destroy *p
6600     }
6602 ##### Example
6604 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:
6606     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6607     public:
6608         // ...
6609         constexpr unique_ptr() noexcept;
6610         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6611         // ...
6612         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6613         // ...
6614         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6615         // ...
6616     };
6618     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6620     void f()
6621     {
6622         unique_ptr<int> pi {};
6623         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6624         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6625     }
6627 Note that deleted functions should be public.
6629 ##### Enforcement
6631 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.
6633 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6635 ##### Reason
6637 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6638 This can be most confusing.
6639 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6641 ##### Example, bad
6643     class Base {
6644     public:
6645         virtual void f() = 0;   // not implemented
6646         virtual void g();       // implemented with Base version
6647         virtual void h();       // implemented with Base version
6648         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6649     };
6651     class Derived : public Base {
6652     public:
6653         void g() override;   // provide Derived implementation
6654         void h() final;      // provide Derived implementation
6656         Derived()
6657         {
6658             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6659             f();
6661             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6662             g();
6664             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6665             Derived::g();
6667             // ok, no qualification needed, h is final
6668             h();
6669         }
6670     };
6672 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6674 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6676 ##### Note
6678 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6679 The semantics of such calls is type safe.
6680 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6682 ##### Enforcement
6684 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6686 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6688 ##### Reason
6690 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).
6692 ##### Example, good
6694     class Foo {
6695     public:
6696         void swap(Foo& rhs) noexcept
6697         {
6698             m1.swap(rhs.m1);
6699             std::swap(m2, rhs.m2);
6700         }
6701     private:
6702         Bar m1;
6703         int m2;
6704     };
6706 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6708     void swap(Foo& a, Foo& b)
6709     {
6710         a.swap(b);
6711     }
6713 ##### Enforcement
6715 * Non-trivially copyable types should provide a member swap or a free swap overload.
6716 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6718 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6720 ##### Reason
6722  `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.
6724 ##### Example, bad
6726     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6727     {
6728         auto tmp = x;   // copy elements
6729         x = y;
6730         y = tmp;
6731     }
6733 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.
6735 ##### Enforcement
6737 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6739 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6741 ##### Reason
6743  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6744 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6746 ##### Enforcement
6748 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6750 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6752 ##### Reason
6754 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6755 `==` is a fundamental operation and programmers should be able to use it without fear of failure.
6757 ##### Example
6759     struct X {
6760         string name;
6761         int number;
6762     };
6764     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6765         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6766     }
6768 ##### Example, bad
6770     class B {
6771         string name;
6772         int number;
6773         bool operator==(const B& a) const {
6774             return name == a.name && number == a.number;
6775         }
6776         // ...
6777     };
6779 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6781 ##### Note
6783 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6784 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6786 ##### Note
6788 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6790 ##### Enforcement
6792 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6793 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6795 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6797 ##### Reason
6799 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6801 ##### Example, bad
6803     class B {
6804         string name;
6805         int number;
6806     public:
6807         virtual bool operator==(const B& a) const
6808         {
6809              return name == a.name && number == a.number;
6810         }
6811         // ...
6812     };
6814 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6816     class D : public B {
6817         char character;
6818     public:
6819         virtual bool operator==(const D& a) const
6820         {
6821             return B::operator==(a) && character == a.character;
6822         }
6823         // ...
6824     };
6826     B b = ...
6827     D d = ...
6828     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6829     d == b;    // compares name and number, ignores d's character
6830     D d2;
6831     d == d2;   // compares name, number, and character
6832     B& b2 = d2;
6833     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6835 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6837 ##### Note
6839 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6841 ##### Enforcement
6843 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6845 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6847 ##### Reason
6849 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6850 It's a standard-library requirement.
6852 ##### Example, bad
6854     template<>
6855     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6856         using result_type = size_t;
6857         using argument_type = My_type;
6859         size_t operator()(const My_type & x) const
6860         {
6861             size_t xs = x.s.size();
6862             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6863             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6864         }
6865     };
6867     int main()
6868     {
6869         unordered_map<My_type, int> m;
6870         My_type mt{ "asdfg" };
6871         m[mt] = 7;
6872         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6873     }
6875 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6876 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6878 ##### Enforcement
6880 * Flag throwing `hash`es.
6882 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6884 ##### Reason
6886 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.
6887 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.
6889 ##### Example, good
6891     struct base {
6892         virtual void update() = 0;
6893         std::shared_ptr<int> sp;
6894     };
6896     struct derived : public base {
6897         void update() override {}
6898     };
6900 ##### Example, bad
6902     void init(derived& a)
6903     {
6904         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6905     }
6907 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6909 ##### Example, bad
6911     void copy(derived& a, derived& b)
6912     {
6913         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6914     }
6916 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6918 ##### Enforcement
6920 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`.
6922 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6924 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6925 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6927 Summary of container rules:
6929 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6930 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6931 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6932 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6933 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6934 * ???
6935 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6937 **See also**: [Resources](#S-resource)
6940 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6942 ##### Reason
6944 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6946 ##### Note
6948 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6949 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6950 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6952 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6954 ##### Example
6956     // simplified (e.g., no allocators):
6958     template<typename T>
6959     class Sorted_vector {
6960         using value_type = T;
6961         // ... iterator types ...
6963         Sorted_vector() = default;
6964         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6965         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6966         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6967         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6968         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6969         ~Sorted_vector() = default;
6971         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6972         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6974         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6975         // no non-const direct access to preserve order
6977         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6978         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6980         // ... cbegin(), cend() ...
6981     private:
6982         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6983     };
6985     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6986     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6987     // ...
6989 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6990 That's not uncommon.
6991 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6992 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6993 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6994 From that base, the container can be expanded as needed.
6995 Here, special constructors from `std::vector` were added.
6997 ##### Enforcement
7001 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
7003 ##### Reason
7005 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
7006 Familiarity.
7008 ##### Note
7010 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
7011 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
7013 ##### Example
7015     void f(const Sorted_vector<string>& v)
7016     {
7017         Sorted_vector<string> v2 {v};
7018         if (v != v2)
7019             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
7020         // ...
7021     }
7023 ##### Enforcement
7027 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
7029 ##### Reason
7031 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
7032 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
7033 resource management problems.
7035 ##### Example
7037     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
7038     {
7039         vector<int> v;
7040         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
7041         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
7042         return sv;
7043     }
7045 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
7047 ##### Enforcement
7051 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
7053 ##### Reason
7055 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
7056 Familiarity.
7058 ##### Example
7060     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
7062 ##### Enforcement
7066 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
7068 ##### Reason
7070 To make it `Regular`.
7072 ##### Example
7074     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
7076 ##### Enforcement
7080 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
7082 ##### Reason
7084 That's what is expected from pointers.
7085 Familiarity.
7087 ##### Example
7089     ???
7091 ##### Enforcement
7095 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
7097 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
7098 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
7099 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
7101 Summary:
7103 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
7104 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
7105 * [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)
7106 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
7107 * [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)
7108 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7110 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
7112 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
7113 Typically base classes act as interfaces.
7114 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
7116 Class hierarchy rule summary:
7118 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
7119 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
7120 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
7122 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
7124 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor](#Rh-abstract-ctor)
7125 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
7126 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
7127 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
7128 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment](#Rh-copy)
7129 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
7130 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
7131 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
7132 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
7133 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
7134 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
7135 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
7136 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
7137 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
7138 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
7140 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
7142 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
7143 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
7144 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
7145 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
7146 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
7147 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
7148 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
7149 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
7150 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
7152 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
7154 ##### Reason
7156 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.
7158 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.
7160 ##### Example
7162     class DrawableUIElement {
7163     public:
7164         virtual void render() const = 0;
7165         // ...
7166     };
7168     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
7169     public:
7170         virtual void onClick() = 0;
7171         // ...
7172     };
7174     class PushButton : public AbstractButton {
7175         void render() const override;
7176         void onClick() override;
7177         // ...
7178     };
7180     class Checkbox : public AbstractButton {
7181     // ...
7182     };
7184 ##### Example, bad
7186 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
7188     template<typename T>
7189     class Container {
7190     public:
7191         // list operations:
7192         virtual T& get() = 0;
7193         virtual void put(T&) = 0;
7194         virtual void insert(Position) = 0;
7195         // ...
7196         // vector operations:
7197         virtual T& operator[](int) = 0;
7198         virtual void sort() = 0;
7199         // ...
7200         // tree operations:
7201         virtual void balance() = 0;
7202         // ...
7203     };
7205 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
7206 Thus the base class becomes an implementation burden.
7207 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
7208 it might throw an exception instead.
7209 Thus users have to resort to run-time checking and/or
7210 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
7212 ##### Enforcement
7214 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
7215 * 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`.
7217 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
7219 ##### Reason
7221 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
7222 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
7224 ##### Example
7226     class My_interface {
7227     public:
7228         // ...only pure virtual functions here ...
7229         virtual ~My_interface() {}   // or =default
7230     };
7232 ##### Example, bad
7234     class Goof {
7235     public:
7236         // ...only pure virtual functions here ...
7237         // no virtual destructor
7238     };
7240     class Derived : public Goof {
7241         string s;
7242         // ...
7243     };
7245     void use()
7246     {
7247         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
7248         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7249         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7250     } // leak
7252 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
7253 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
7256 ##### Enforcement
7258 * 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.
7260 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
7262 ##### Reason
7264 Such as on an ABI (link) boundary.
7266 ##### Example
7268     struct Device {
7269         virtual ~Device() = default;
7270         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
7271         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
7272     };
7274     class D1 : public Device {
7275         // ... data ...
7277         void write(span<const char> outbuf) override;
7278         void read(span<char> inbuf) override;
7279     };
7281     class D2 : public Device {
7282         // ... different data ...
7284         void write(span<const char> outbuf) override;
7285         void read(span<char> inbuf) override;
7286     };
7288 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7289 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`.
7291 ##### Enforcement
7293     ???
7295 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7297 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor
7299 ##### Reason
7301 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7303 ##### Example
7305     class Shape {
7306     public:
7307         // no user-written constructor needed in abstract base class
7308         virtual Point center() const = 0;    // pure virtual
7309         virtual void move(Point to) = 0;
7310         // ... more pure virtual functions...
7311         virtual ~Shape() {}                 // destructor
7312     };
7314     class Circle : public Shape {
7315     public:
7316         Circle(Point p, int rad);           // constructor in derived class
7317         Point center() const override { return x; }
7318     };
7320 ##### Exception
7322 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7323 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7324   (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.
7326 ##### Enforcement
7328 Flag abstract classes with constructors.
7330 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7332 ##### Reason
7334 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).
7336 ##### Example, bad
7338     struct B {
7339         virtual int f() = 0;
7340         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7341     };
7343     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7344     struct D : B {
7345         string s {"default"};
7346         // ...
7347     };
7349     void use()
7350     {
7351         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7352         // ...
7353     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7355 ##### Note
7357 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`.
7359 ##### Enforcement
7361 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7362 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7364 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7366 ##### Reason
7368 Readability.
7369 Detection of mistakes.
7370 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.
7372 It's simple and clear:
7374 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7375 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7376 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7378 ##### Example, bad
7380     struct B {
7381         void f1(int);
7382         virtual void f2(int) const;
7383         virtual void f3(int);
7384         // ...
7385     };
7387     struct D : B {
7388         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7389         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7390         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7391         // ...
7392     };
7394 ##### Example, good
7396     struct Better : B {
7397         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7398         void f2(int) const override;
7399         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7400         // ...
7401     };
7403 #### Discussion
7405 We want to eliminate two particular classes of errors:
7407 * **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)
7408 * **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)
7410 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7412 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7414 ##### Enforcement
7416 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7417 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7418 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7420 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7422 ##### Reason
7424 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7425 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7426 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7428 ##### Note
7430 Definition:
7432 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7433 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7434 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7435 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7437 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7439 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7440 and bad habits die hard.
7441 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7443 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7445 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7446 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7447 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7448 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7451 ##### Example, bad
7453     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7454     public:
7455         Shape();
7456         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7458         Point center() const { return cent; }
7459         Color color() const { return col; }
7461         virtual void rotate(int) = 0;
7462         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7464         virtual void redraw();
7466         // ...
7467     private:
7468         Point cent;
7469         Color col;
7470     };
7472     class Circle : public Shape {
7473     public:
7474         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7476         // ...
7477     private:
7478         int rad;
7479     };
7481     class Triangle : public Shape {
7482     public:
7483         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7484         // ...
7485     };
7487 Problems:
7489 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7490 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7491 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7492 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7494 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7495 we have defined `move()` once and for all, for all derived classes.
7496 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7497 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7499 ##### Example
7501 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7503     class Shape {  // pure interface
7504     public:
7505         virtual Point center() const = 0;
7506         virtual Color color() const = 0;
7508         virtual void rotate(int) = 0;
7509         virtual void move(Point p) = 0;
7511         virtual void redraw() = 0;
7513         // ...
7514     };
7516 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7518     class Circle : public Shape {
7519     public:
7520         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7522         Point center() const override { return cent; }
7523         Color color() const override { return col; }
7525         // ...
7526     private:
7527         Point cent;
7528         int rad;
7529         Color col;
7530     };
7532 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7533 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7535 ##### Example, dual hierarchy
7537 How can we gain the benefit of stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7538 One popular technique is dual hierarchies.
7539 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7541 First we devise a hierarchy of interface classes:
7543     class Shape {   // pure interface
7544     public:
7545         virtual Point center() const = 0;
7546         virtual Color color() const = 0;
7548         virtual void rotate(int) = 0;
7549         virtual void move(Point p) = 0;
7551         virtual void redraw() = 0;
7553         // ...
7554     };
7556     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7557     public:
7558         virtual int radius() = 0;
7559         // ...
7560     };
7562 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7564     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7565     public:
7566         // constructors, destructor
7567         // ...
7568         Point center() const override { /* ... */ }
7569         Color color() const override { /* ... */ }
7571         void rotate(int) override { /* ... */ }
7572         void move(Point p) override { /* ... */ }
7574         void redraw() override { /* ... */ }
7576         // ...
7577     };
7579 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7580 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7582     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7583     public:
7584         // constructors, destructor
7586         int radius() override { /* ... */ }
7587         // ...
7588     };
7590 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7592     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7593     public:
7594         // ...
7595     };
7597     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7598     public:
7599         // constructors, destructor
7600         // ...
7601     }
7603 There are now two hierarchies:
7605 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7606 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7608 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7610     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7611       ^                     ^               ^
7612       |                     |               |
7613     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7615 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7617 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7619     void work_with_shape(Shape&);
7621     int user()
7622     {
7623         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7624         // ...
7625         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7626         // ...
7627         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7628         // ...
7629     }
7631 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7632 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7634 ##### Note
7636 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7638 ##### Note
7640 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and freestanding functions
7641 (in an implementation namespace).
7642 Base classes give a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7643 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7645 ##### Enforcement
7647 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7648 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7649 * ???
7652 ### <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
7654 ##### Reason
7656 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).
7658 ##### Example
7660     class B {
7661     public:
7662         B() = default;
7663         virtual ~B() = default;
7664         virtual gsl::owner<B*> clone() const = 0;
7665     protected:
7666          B(const B&) = default;
7667          B& operator=(const B&) = default;
7668          B(B&&) = default;
7669          B& operator=(B&&) = default;
7670         // ...
7671     };
7673     class D : public B {
7674     public:
7675         gsl::owner<D*> clone() const override
7676         {
7677             return new D{*this};
7678         };
7679     };
7681 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).
7685 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7687 ##### Reason
7689 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7691 ##### Example
7693     class Point {   // Bad: verbose
7694         int x;
7695         int y;
7696     public:
7697         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7698         int get_x() const { return x; }
7699         void set_x(int xx) { x = xx; }
7700         int get_y() const { return y; }
7701         void set_y(int yy) { y = yy; }
7702         // no behavioral member functions
7703     };
7705 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7707     struct Point {
7708         int x {0};
7709         int y {0};
7710     };
7712 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7714 ##### Note
7716 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.
7718 ##### Enforcement
7720 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7722 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7724 ##### Reason
7726 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7727 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7728 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7730 ##### Example, bad
7732     template<class T>
7733     class Vector {
7734     public:
7735         // ...
7736         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7737     private:
7738         T* elem;   // the elements
7739         int sz;    // number of elements
7740     };
7742 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7744 ##### Enforcement
7746 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7747 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7749 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7751 ##### Reason
7753 `protected` data is a source of complexity and errors.
7754 `protected` data complicates the statement of invariants.
7755 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7757 ##### Example, bad
7759     class Shape {
7760     public:
7761         // ... interface functions ...
7762     protected:
7763         // data for use in derived classes:
7764         Color fill_color;
7765         Color edge_color;
7766         Style st;
7767     };
7769 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7770 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7771 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7772 spread over a lot of classes.
7773 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7774 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7775 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7776 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7778 ##### Note
7780 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7781 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7782 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7783 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7785 ##### Note
7787 Protected member function can be just fine.
7789 ##### Enforcement
7791 Flag classes with `protected` data.
7793 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7795 ##### Reason
7797 Prevention of logical confusion leading to errors.
7798 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7799 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7801 ##### Discussion
7803 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7805 There are exactly two kinds of data members:
7807 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7808 * 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.
7810 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.
7812 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.
7814 Most classes are either all A or all B:
7816 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7817   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7818 * *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.
7820 ##### Exception
7822 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`).
7824 ##### Enforcement
7826 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7828 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7830 ##### Reason
7832 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7833 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7835 ##### Example
7837     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7838         // ...
7839     };
7841 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7842 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7844 ##### Note
7846 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7847 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7849 ##### Note
7851 Such interfaces are typically abstract classes.
7853 ##### Enforcement
7857 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7859 ##### Reason
7861 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7862 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7864 ##### Example
7866     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7867         // ...
7868     };
7870 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7871 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7873 ##### Note
7875 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7877 ##### Example
7879 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7880 members to enable the implementation of the policies it requires.
7881 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7882 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7884 ##### Enforcement
7888 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7890 ##### Reason
7892  Allow separation of shared data and interface.
7893  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7895 ##### Example
7897     struct Interface {
7898         virtual void f();
7899         virtual int g();
7900         // ... no data here ...
7901     };
7903     class Utility {  // with data
7904         void utility1();
7905         virtual void utility2();    // customization point
7906     public:
7907         int x;
7908         int y;
7909     };
7911     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7912         // override Interface functions
7913         // Maybe override Utility virtual functions
7914         // ...
7915     };
7917     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7918         // override Interface functions
7919         // Maybe override Utility virtual functions
7920         // ...
7921     };
7923 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7926 ##### Note
7928 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7929 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7930 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7931 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.
7933 ##### Note
7935 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7937 ##### Enforcement
7939 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7941 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7943 ##### Reason
7945 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7947 ##### Example, bad
7949     #include <iostream>
7950     class B {
7951     public:
7952         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7953         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7954         virtual ~B() = default;
7955     };
7956     class D: public B {
7957     public:
7958         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7959     };
7960     int main()
7961     {
7962         D d;
7963         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7964         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7965     }
7967 ##### Example, good
7969     class D: public B {
7970     public:
7971         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7972         using B::f; // exposes f(double)
7973     };
7975 ##### Note
7977 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7979 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7981     template<class... Ts>
7982     struct Overloader : Ts... {
7983         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7984     };
7986 ##### Enforcement
7988 Diagnose name hiding
7990 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
7992 ##### Reason
7994 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7996 ##### Example, bad
7998     class Widget { /* ... */ };
8000     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
8001     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
8003     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
8005 ##### Note
8007 Not every class is meant to be a base class.
8008 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
8009 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
8011 ##### Note
8013 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
8014 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
8016 ##### Note
8018 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
8019 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
8021 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
8022 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
8023 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
8024 However, misuses are (or at least have been) far more common.
8026 ##### Enforcement
8028 Flag uses of `final` on classes.
8031 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
8033 ##### Reason
8035 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
8037 ##### Example, bad
8039     class Base {
8040     public:
8041         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
8042         virtual ~Base() = default;
8043     };
8045     class Derived : public Base {
8046     public:
8047         int multiply(int value, int factor = 10) override;
8048     };
8050     Derived d;
8051     Base& b = d;
8053     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
8054     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
8056 ##### Enforcement
8058 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
8060 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
8062 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
8064 ##### Reason
8066 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
8068 ##### Example
8070     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
8071     struct D : B { int b; int f() override; };
8073     void use(B b)
8074     {
8075         D d;
8076         B b2 = d;   // slice
8077         B b3 = b;
8078     }
8080     void use2()
8081     {
8082         D d;
8083         use(d);   // slice
8084     }
8086 Both `d`s are sliced.
8088 ##### Exception
8090 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
8092     void use3()
8093     {
8094         D d;
8095         d.f();   // OK
8096     }
8098 ##### See also
8100 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
8102 ##### Enforcement
8104 Flag all slicing.
8106 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
8108 ##### Reason
8110 `dynamic_cast` is checked at run time.
8112 ##### Example
8114     struct B {   // an interface
8115         virtual void f();
8116         virtual void g();
8117         virtual ~B();
8118     };
8120     struct D : B {   // a wider interface
8121         void f() override;
8122         virtual void h();
8123     };
8125     void user(B* pb)
8126     {
8127         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
8128             // ... use D's interface ...
8129         }
8130         else {
8131             // ... make do with B's interface ...
8132         }
8133     }
8135 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`:
8137     void user2(B* pb)   // bad
8138     {
8139         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
8140         // ... use D's interface ...
8141     }
8143     void user3(B* pb)    // unsafe
8144     {
8145         if (some_condition) {
8146             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
8147             // ... use D's interface ...
8148         }
8149         else {
8150             // ... make do with B's interface ...
8151         }
8152     }
8154     void f()
8155     {
8156         B b;
8157         user(&b);   // OK
8158         user2(&b);  // bad error
8159         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
8160     }
8162 ##### Note
8164 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
8165 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
8166 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
8167 and reasonably convenient.
8169 ##### Note
8171 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
8172 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
8173 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
8174 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
8175 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
8176 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
8178 Consider:
8180     struct B {
8181         const char* name {"B"};
8182         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
8183         virtual const char* id() const { return name; }
8184         // ...
8185     };
8187     struct D : B {
8188         const char* name {"D"};
8189         const char* id() const override { return name; }
8190         // ...
8191     };
8193     void use()
8194     {
8195         B* pb1 = new B;
8196         B* pb2 = new D;
8198         cout << pb1->id(); // "B"
8199         cout << pb2->id(); // "D"
8202         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
8203             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
8204             // ...
8205         }
8206         // ...
8207     }
8209 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
8210 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
8211 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.
8213 If you implement your own RTTI, be careful.
8215 ##### Exception
8217 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
8218 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
8219 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
8220 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)
8221 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
8223 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
8224 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).
8225 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
8227 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.
8229 ##### Exception
8231 Consider:
8233     template<typename B>
8234     class Dx : B {
8235         // ...
8236     };
8238 ##### Enforcement
8240 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
8241 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
8243 ### <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
8245 ##### Reason
8247 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.
8249 ##### Example
8251     std::string f(Base& b)
8252     {
8253         return dynamic_cast<Derived&>(b).to_string();
8254     }
8256 ##### Enforcement
8260 ### <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
8262 ##### Reason
8264 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.
8266 Contrast with [C.147](#Rh-ref-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
8268 ##### Example
8270 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.
8271 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
8273     void add(Shape* const item)
8274     {
8275       // Ownership is always taken
8276       owned_shapes.emplace_back(item);
8278       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
8280       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
8281       {
8282         view_of_evens.emplace_back(even);
8283       }
8285       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
8286       {
8287         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
8288       }
8289     }
8291 ##### Notes
8293 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.
8294 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
8296 ##### Enforcement
8298 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8300 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8302 ##### Reason
8304 Avoid resource leaks.
8306 ##### Example
8308     void use(int i)
8309     {
8310         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8311         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8312         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8313         delete p;                       // too late
8314     }
8316 ##### Enforcement
8318 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8319 * Flag `delete` of local variable
8321 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8323 See [R.23](#Rr-make_unique)
8325 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8327 See [R.22](#Rr-make_shared)
8329 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8331 ##### Reason
8333 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8335 ##### Example
8337     struct B { int x; };
8338     struct D : B { int y; };
8340     void use(B*);
8342     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
8343     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8344     p[1].x = 7;   // overwrite a[0].y
8346     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8348 ##### Enforcement
8350 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8351 * 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`
8354 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8356 ##### Reason
8358 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8359 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast might reach an intermediate class and therefore
8360 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8362 ##### Example
8364     ???
8366 ##### Enforcement
8368 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8370 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8372 You can overload ordinary functions, function templates, and operators.
8373 You cannot overload function objects.
8375 Overload rule summary:
8377 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8378 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8379 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8380 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8381 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8382 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8383 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8384 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8385 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8386 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8388 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8390 ##### Reason
8392 Minimize surprises.
8394 ##### Example
8396     class X {
8397     public:
8398         // ...
8399         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8400         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8401                                                     // after a = b we have a == b
8402         // ...
8403     };
8405 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8407 ##### Example, bad
8409     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8411 ##### Note
8413 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8414 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8416 ##### Enforcement
8418 Possibly impossible.
8420 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8422 ##### Reason
8424 If you use member functions, you need two.
8425 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8427 ##### Example
8429     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8431 ##### Enforcement
8433 Flag member operator functions.
8435 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8437 ##### Reason
8439 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.
8441 ##### Example
8443 Consider:
8445     void print(int a);
8446     void print(int a, int base);
8447     void print(const string&);
8449 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8451     void print_int(int a);
8452     void print_based(int a, int base);
8453     void print_string(const string&);
8455 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8457 ##### Enforcement
8461 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8463 ##### Reason
8465 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8467 ##### Example
8469 Consider:
8471     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8472     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8474 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8476     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8477     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8479 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8480 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8482 ##### Note
8484 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8486 ##### Enforcement
8490 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8492 ##### Reason
8494 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8496 ##### Note
8498 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8499 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8500 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8501 just to gain a minor convenience.
8503 ##### Example
8505     struct S1 {
8506         string s;
8507         // ...
8508         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8509     };
8511     struct S2 {
8512         string s;
8513         // ...
8514         explicit operator char*() { return s.data(); }
8515     };
8517     void f(S1 s1, S2 s2)
8518     {
8519         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8520         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8521         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8522     }
8524 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8526     S1 ff();
8528     char* g()
8529     {
8530         return ff();
8531     }
8533 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8535 ##### Enforcement
8537 Flag all non-explicit conversion operators.
8539 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8541 ##### Reason
8543 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8545 ##### Example
8547 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8548 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8549 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.
8551     namespace N {
8552         My_type X { /* ... */ };
8553         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8554         // ...
8555     }
8557     void f1(N::X& a, N::X& b)
8558     {
8559         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8560     }
8562 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8563 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8564 How do we get `N::X` considered?
8566     void f2(N::X& a, N::X& b)
8567     {
8568         swap(a, b);   // calls N::swap
8569     }
8571 But that might not be what we wanted for generic code.
8572 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8573 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8575     void f3(N::X& a, N::X& b)
8576     {
8577         using std::swap;  // make std::swap available
8578         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8579     }
8581 ##### Enforcement
8583 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8584 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8586 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8588 ##### Reason
8590 The `&` operator is fundamental in C++.
8591 Many parts of the C++ semantics assume its default meaning.
8593 ##### Example
8595     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8596         Ptr(X* pp) : p(pp) { /* check */ }
8597         X* operator->() { /* check */ return p; }
8598         X operator[](int i);
8599         X operator*();
8600     private:
8601         T* p;
8602     };
8604     class X {
8605         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8606         // ...
8607     };
8609 ##### Note
8611 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8612 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8613 We hope to remedy that: [Operator Dot (R2)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf).
8614 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8616 ##### Enforcement
8618 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8620 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8622 ##### Reason
8624 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8626 ##### Example
8628     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8629     {
8630         std::cout << /* class members here */;
8631     }
8633     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8634     {
8635         return os << /* class members here */;
8636     }
8638 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8640     My_class var { /* ... */ };
8641     // ...
8642     cout << "var = " << var << '\n';
8644 ##### Note
8646 There are strong and vigorous conventions for the meaning of most operators, such as
8648 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`),
8649 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8650 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8651 * assignment (`=`)
8653 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8655 ##### Enforcement
8657 Tricky. Requires semantic insight.
8659 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8661 ##### Reason
8663 Readability.
8664 Ability for find operators using ADL.
8665 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8667 ##### Example
8669     struct S { };
8670     S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8671     S s;
8673     S r = s + s;
8675 ##### Example
8677     namespace N {
8678         struct S { };
8679         S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8680     }
8682     N::S s;
8684     S r = s + s;  // finds N::operator+() by ADL
8686 ##### Example, bad
8688     struct S { };
8689     S s;
8691     namespace N {
8692         bool operator!(S a) { return true; }
8693         bool not_s = !s;
8694     }
8696     namespace M {
8697         bool operator!(S a) { return false; }
8698         bool not_s = !s;
8699     }
8701 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8702 This can be most confusing.
8703 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8705 ##### Note
8707 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8708 For example:
8710     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8712 This might be something best avoided.
8714 ##### See also
8716 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8718 ##### Enforcement
8720 * Flag operator definitions that are not in the namespace of their operands
8722 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8724 ##### Reason
8726 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8728 ##### Example
8730     void f(int);
8731     void f(double);
8732     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8734     auto g = [](int) { /* ... */ };
8735     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8737     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8739 ##### Enforcement
8741 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8743 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8745 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8746 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8747 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8749 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*.
8751 Union rule summary:
8753 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8754 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8755 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8756 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8757 * ???
8759 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8761 ##### Reason
8763 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8764 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8766 ##### Example
8768     union Value {
8769         int x;
8770         double d;
8771     };
8773     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8774     cout << v.x << '\n';    // write 123
8775     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8776     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8778 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8780 ##### Example
8782     // Short-string optimization
8784     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8786     class Immutable_string {
8787     public:
8788         Immutable_string(const char* str) :
8789             size(strlen(str))
8790         {
8791             if (size < buffer_size)
8792                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8793             else {
8794                 string_ptr = new char[size + 1];
8795                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8796             }
8797         }
8799         ~Immutable_string()
8800         {
8801             if (size >= buffer_size)
8802                 delete[] string_ptr;
8803         }
8805         const char* get_str() const
8806         {
8807             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8808         }
8810     private:
8811         // If the string is short enough, we store the string itself
8812         // instead of a pointer to the string.
8813         union {
8814             char* string_ptr;
8815             char string_buffer[buffer_size];
8816         };
8818         const size_t size;
8819     };
8821 ##### Enforcement
8825 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8827 ##### Reason
8829 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8830 so that the programmer has to keep track.
8831 Naked unions are a source of type errors.
8833 ##### Example, bad
8835     union Value {
8836         int x;
8837         double d;
8838     };
8840     Value v;
8841     v.d = 987.654;  // v holds a double
8843 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8845     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8847 Note that the type error happened without any explicit cast.
8848 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8849 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8851 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8853     v.x = 123;
8854     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8856 ##### Alternative
8858 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8860 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8862     variant<int, double> v;
8863     v = 123;        // v holds an int
8864     int x = get<int>(v);
8865     v = 123.456;    // v holds a double
8866     w = get<double>(v);
8868 ##### Enforcement
8872 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8874 ##### Reason
8876 A well-designed tagged union is type safe.
8877 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8879 ##### Example
8881 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8882 You can look there for an explanation.
8884 The code is somewhat elaborate.
8885 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8886 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8888     class Value { // two alternative representations represented as a union
8889     private:
8890         enum class Tag { number, text };
8891         Tag type; // discriminant
8893         union { // representation (note: anonymous union)
8894             int i;
8895             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8896         };
8897     public:
8898         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8900         ~Value();
8901         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8902         Value(const Value&);
8903         // ...
8904         int number() const;
8905         string text() const;
8907         void set_number(int n);
8908         void set_text(const string&);
8909         // ...
8910     };
8912     int Value::number() const
8913     {
8914         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8915         return i;
8916     }
8918     string Value::text() const
8919     {
8920         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8921         return s;
8922     }
8924     void Value::set_number(int n)
8925     {
8926         if (type == Tag::text) {
8927             s.~string();      // explicitly destroy string
8928             type = Tag::number;
8929         }
8930         i = n;
8931     }
8933     void Value::set_text(const string& ss)
8934     {
8935         if (type == Tag::text)
8936             s = ss;
8937         else {
8938             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8939             type = Tag::text;
8940         }
8941     }
8943     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8944     {
8945         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8946             s = e.s;    // usual string assignment
8947             return *this;
8948         }
8950         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8952         switch (e.type) {
8953         case Tag::number:
8954             i = e.i;
8955             break;
8956         case Tag::text:
8957             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8958         }
8960         type = e.type;
8961         return *this;
8962     }
8964     Value::~Value()
8965     {
8966         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8967     }
8969 ##### Enforcement
8973 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8975 ##### Reason
8977 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8978 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8979 Type punning using a `union` is a source of errors.
8981 ##### Example, bad
8983     union Pun {
8984         int x;
8985         unsigned char c[sizeof(int)];
8986     };
8988 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8990     void bad(Pun& u)
8991     {
8992         u.x = 'x';
8993         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8994     }
8996 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
8998     void if_you_must_pun(int& x)
8999     {
9000         auto p = reinterpret_cast<std::byte*>(&x);
9001         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
9002         // ...
9003     }
9005 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,
9006 but at least we can see that something tricky is going on.)
9008 ##### Note
9010 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
9011 We don't consider "sometimes, it works as expected" a conclusive argument.
9013 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.
9015 ##### Enforcement
9021 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
9023 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
9024 There are two kinds of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
9026 Enumeration rule summary:
9028 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
9029 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
9030 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
9031 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
9032 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
9033 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
9034 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
9035 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
9037 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
9039 ##### Reason
9041 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.
9043 ##### Example
9045 First some bad old code:
9047     // webcolors.h (third party header)
9048     #define RED   0xFF0000
9049     #define GREEN 0x00FF00
9050     #define BLUE  0x0000FF
9052     // productinfo.h
9053     // The following define product subtypes based on color
9054     #define RED    0
9055     #define PURPLE 1
9056     #define BLUE   2
9058     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
9060 Instead use an `enum`:
9062     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9063     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9065     int webby = blue;   // error: be specific
9066     Web_color webby = Web_color::blue;
9068 We used an `enum class` to avoid name clashes.
9070 ##### Enforcement
9072 Flag macros that define integer values.
9075 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
9077 ##### Reason
9079 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
9083 ##### Example
9085     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9088 ##### Note
9090 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
9092     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9094     void print(Product_info inf)
9095     {
9096         switch (inf) {
9097         case Product_info::red: cout << "red"; break;
9098         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
9099         }
9100     }
9102 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
9104 ##### Enforcement
9106 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
9107 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but there is no `default`.
9110 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
9112 ##### Reason
9114 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
9116 ##### Example
9118     void Print_color(int color);
9120     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9121     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9123     Web_color webby = Web_color::blue;
9125     // Clearly at least one of these calls is buggy.
9126     Print_color(webby);
9127     Print_color(Product_info::blue);
9129 Instead use an `enum class`:
9131     void Print_color(int color);
9133     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9134     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9136     Web_color webby = Web_color::blue;
9137     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
9138     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
9140 ##### Enforcement
9142 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
9144 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
9146 ##### Reason
9148 Convenience of use and avoidance of errors.
9150 ##### Example
9152     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
9154     Day& operator++(Day& d)
9155     {
9156         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
9157     }
9159     Day today = Day::sat;
9160     Day tomorrow = ++today;
9162 The use of a `static_cast` is not pretty, but
9164     Day& operator++(Day& d)
9165     {
9166         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
9167     }
9169 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
9172 ##### Enforcement
9174 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
9177 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
9179 ##### Reason
9181 Avoid clashes with macros.
9183 ##### Example, bad
9185      // webcolors.h (third party header)
9186     #define RED   0xFF0000
9187     #define GREEN 0x00FF00
9188     #define BLUE  0x0000FF
9190     // productinfo.h
9191     // The following define product subtypes based on color
9193     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
9195 ##### Enforcement
9197 Flag ALL_CAPS enumerators.
9199 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
9201 ##### Reason
9203 If you can't name an enumeration, the values are not related
9205 ##### Example, bad
9207     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
9209 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
9211 ##### Alternative
9213 Use `constexpr` values instead. For example:
9215     constexpr int red = 0xFF0000;
9216     constexpr short scale = 4;
9217     constexpr bool is_signed = true;
9219 ##### Enforcement
9221 Flag unnamed enumerations.
9224 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
9226 ##### Reason
9228 The default is the easiest to read and write.
9229 `int` is the default integer type.
9230 `int` is compatible with C `enum`s.
9232 ##### Example
9234     enum class Direction : char { n, s, e, w,
9235                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
9237     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
9238                                      green = 0x00FF00,
9239                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
9241 ##### Note
9243 Specifying the underlying type is necessary to forward-declare an enum or enum class:
9245     enum Flags : char;
9247     void f(Flags);
9249     // ....
9251     enum Flags : char { /* ... */ };
9253 or to ensure that values of that type have a specified bit-precision:
9255     enum Bitboard : uint64_t { /* ... */ };
9257 ##### Enforcement
9259 ????
9262 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
9264 ##### Reason
9266 It's the simplest.
9267 It avoids duplicate enumerator values.
9268 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
9270 ##### Example
9272     enum class Col1 { red, yellow, blue };
9273     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
9274     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
9275                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
9276     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
9278 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
9279 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
9281 ##### Enforcement
9283 * Flag duplicate enumerator values
9284 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
9287 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
9289 This section contains rules related to resources.
9290 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
9291 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release might do harm.
9292 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.
9293 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
9295 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
9296 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.
9297 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.
9298 Here, we ignore such cases.
9300 * Resource management rule summary:
9302   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9303   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9304   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9305   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9306   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9307   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9309 * Allocation and deallocation rule summary:
9311   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9312   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9313   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9314   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9315   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9316   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9318 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9320   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9321   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9322   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9323   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9324   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9325   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9326   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9327   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9328   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9329   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership](#Rr-sharedptrparam-owner)
9330   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9331   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9332   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9334 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9336 ##### Reason
9338 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9339 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`.
9340 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.
9342 ##### Example, bad
9344 Consider:
9346     void send(X* x, string_view destination)
9347     {
9348         auto port = open_port(destination);
9349         my_mutex.lock();
9350         // ...
9351         send(port, x);
9352         // ...
9353         my_mutex.unlock();
9354         close_port(port);
9355         delete x;
9356     }
9358 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9359 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9361 ##### Example
9363 Consider:
9365     void send(unique_ptr<X> x, string_view destination)  // x owns the X
9366     {
9367         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9368         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9369         // ...
9370         send(port, x);
9371         // ...
9372     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9374 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.
9376 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9378     class Port {
9379         PortHandle port;
9380     public:
9381         Port(string_view destination) : port{open_port(destination)} { }
9382         ~Port() { close_port(port); }
9383         operator PortHandle() { return port; }
9385         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9386         Port(const Port&) = delete;
9387         Port& operator=(const Port&) = delete;
9388     };
9390 ##### Note
9392 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)
9394 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9396 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9398 ##### Reason
9400 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9401 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9403 ##### Example, bad
9405     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9406     {
9407         // ...
9408         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9409         // ...
9410     }
9412 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9413 Use a `span` instead.
9415 ##### Example
9417     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9418     {
9419         // ... uses *p and p[0] only ...
9420     }
9422 ##### Exception
9424 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9425 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9427 ##### Note
9429 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9430 However, where `nullptr` is a possible value, a reference might not be a reasonable alternative.
9432 ##### Enforcement
9434 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9435   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9436 * Flag array names passed as simple pointers
9438 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9440 ##### Reason
9442 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9443 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9445 ##### Example
9447     void f()
9448     {
9449         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9450         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9451         // ...
9452     }
9454 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9456 ##### Example
9458     template<typename T>
9459     class X {
9460     public:
9461         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9462         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9463         // ...
9464     };
9466 We can fix that problem by making ownership explicit:
9468     template<typename T>
9469     class X2 {
9470     public:
9471         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9472         T* q;         // OK: q is not owning
9473         // ...
9474     };
9476 ##### Exception
9478 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.
9479 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9480 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9481 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9482 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9483 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9484 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.
9486 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9487 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9488 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9489 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9490 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9491 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9492 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9494 ##### Note
9496 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9497 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9498 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9500 ##### Example, bad
9502 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9504     Gadget* make_gadget(int n)
9505     {
9506         auto p = new Gadget{n};
9507         // ...
9508         return p;
9509     }
9511     void caller(int n)
9512     {
9513         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9514         // ...
9515         delete p;
9516     }
9518 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)):
9520     Gadget make_gadget(int n)
9521     {
9522         Gadget g{n};
9523         // ...
9524         return g;
9525     }
9527 ##### Note
9529 This rule applies to factory functions.
9531 ##### Note
9533 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."
9535 ##### Enforcement
9537 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9538 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9539 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9540 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9541   Suggest considering returning it by value instead.
9543 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9545 ##### Reason
9547 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9548 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9550 ##### Example
9552     void f()
9553     {
9554         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9555         // ...
9556         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9557     }
9559 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9561 ##### Enforcement
9563 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9565 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9567 ##### Reason
9569 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9570 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9571 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9573 ##### Example
9575 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:
9577     void f(int n)
9578     {
9579         auto p = new Gadget{n};
9580         // ...
9581         delete p;
9582     }
9584 Instead, use a local variable:
9586     void f(int n)
9587     {
9588         Gadget g{n};
9589         // ...
9590     }
9592 ##### Enforcement
9594 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local stack object instead.
9595 * (Simple) Warn if a local `Unique_pointer` or `Shared_pointer` that is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends is not declared `const`.
9596 Exception: Do not produce such a warning on a local `Unique_pointer` to an unbounded array. (See below.)
9598 ##### Exception
9600 It is OK to create a local `const unique_ptr<T[]>` to a heap-allocated buffer, as this is a valid way to represent a scoped dynamic array.
9602 ##### Example
9604 A valid use case for a local `const unique_ptr<T[]>` variable:
9606     int get_median_value(const std::list<int>& integers)
9607     {
9608       const auto size = integers.size();
9610       // OK: declaring a local unique_ptr<T[]>.
9611       const auto local_buffer = std::make_unique_for_overwrite<int[]>(size);
9613       std::copy_n(begin(integers), size, local_buffer.get());
9614       std::nth_element(local_buffer.get(), local_buffer.get() + size/2, local_buffer.get() + size);
9616       return local_buffer[size/2];
9617     }
9619 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9621 See [I.2](#Ri-global)
9623 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9625 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9627 ##### Reason
9629  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9631 ##### Example
9633     class Record {
9634         int id;
9635         string name;
9636         // ...
9637     };
9639     void use()
9640     {
9641         // p1 might be nullptr
9642         // *p1 is not initialized; in particular,
9643         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9644         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9646         auto p2 = new Record;
9648         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9649         auto p3 = new(nothrow) Record;
9650         // p3 might be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9652         // ...
9654         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9655         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9656     }
9658 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9660 ##### Exception
9662 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9663 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9664 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9665 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9666 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9668 ##### Enforcement
9670 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9672 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9674 ##### Reason
9676 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9677 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9679 ##### Note
9681 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9682 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?
9683 The bug might be latent: it might emerge only during maintenance.
9684 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9686 ##### Enforcement
9688 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9690 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9692 ##### Reason
9694 If you don't, an exception or a return might lead to a leak.
9696 ##### Example, bad
9698     void func(const string& name)
9699     {
9700         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9701         vector<char> buf(1024);
9702         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9703         // ...
9704     }
9706 The allocation of `buf` might fail and leak the file handle.
9708 ##### Example
9710     void func(const string& name)
9711     {
9712         ifstream f{name};   // open the file
9713         vector<char> buf(1024);
9714         // ...
9715     }
9717 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9719 ##### Enforcement
9721 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9723 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9725 ##### Reason
9727 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.
9729 ##### Example
9731     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9733 This `fun` can be called like this:
9735     // BAD: potential leak
9736     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9738 This is exception-unsafe because the compiler might reorder the two expressions building the function's two arguments.
9739 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9740 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9741 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9743 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9744 For example:
9746     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9747     fun(sp1, new Widget(c, d));
9749 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9751     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9753 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9755 ##### Enforcement
9757 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9759 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9761 ##### Reason
9763 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9764 Use `span` to preserve size information.
9766 ##### Example
9768     void f(int[]);          // not recommended
9770     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9771                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9773     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9775 ##### Enforcement
9777 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9779 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9781 ##### Reason
9783 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9785 ##### Example
9787     class X {
9788         // ...
9789         void* operator new(size_t s);
9790         void operator delete(void*);
9791         // ...
9792     };
9794 ##### Note
9796 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9797 Don't leave it undeclared.
9799 ##### Enforcement
9801 Flag incomplete pairs.
9803 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9805 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9807 ##### Reason
9809 They can prevent resource leaks.
9811 ##### Example
9813 Consider:
9815     void f()
9816     {
9817         X* p1 { new X };              // bad, p1 will leak
9818         auto p2 = make_unique<X>();   // good, unique ownership
9819         auto p3 = make_shared<X>();   // good, shared ownership
9820     }
9822 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9824 ##### Enforcement
9826 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9827 * (Simple) Warn if the result of a function returning a raw owning pointer is assigned to a raw pointer.
9829 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9831 ##### Reason
9833 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9835 ##### Example, bad
9837 This needlessly adds and maintains a reference count.
9839     void f()
9840     {
9841         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9842         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9843     } // destroy base
9845 ##### Example
9847 This is more efficient:
9849     void f()
9850     {
9851         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9852         // use base locally
9853     } // destroy base
9855 ##### Enforcement
9857 (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.
9859 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9861 ##### Reason
9863 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9864 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.
9866 ##### Example
9868 Consider:
9870     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9871     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9873 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9875 ##### Enforcement
9877 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9879 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9881 ##### Reason
9883 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9884 It also ensures exception safety in complex expressions.
9886 ##### Example
9888     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9890     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9892 ##### Enforcement
9894 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9896 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9898 ##### Reason
9900  `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
9901 be able to destroy a cyclic structure.
9903 ##### Example
9905     #include <memory>
9907     class bar;
9909     class foo {
9910     public:
9911       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9912         : forward_reference_(forward_reference)
9913       { }
9914     private:
9915       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9916     };
9918     class bar {
9919     public:
9920       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9921         : back_reference_(back_reference)
9922       { }
9923       void do_something()
9924       {
9925         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9926           // Use *shared_back_reference
9927         }
9928       }
9929     private:
9930       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9931     };
9933 ##### Note
9935  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9936 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9937 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9939 ##### Enforcement
9941 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9943 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9945 See [F.7](#Rf-smart).
9947 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9949 ##### Reason
9951 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.
9952 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9954 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9956 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9957 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9959 ##### Example, bad
9961     // use Boost's intrusive_ptr
9962     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9963     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9964     {
9965         p->foo();
9966     }
9968     // use Microsoft's CComPtr
9969     #include <atlbase.h>
9970     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9971     {
9972         p->foo();
9973     }
9975 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9976 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9977 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&`.
9978 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.
9980 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9982 ##### Reason
9984 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9986 ##### Example
9988     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9990     void uses(widget*);            // just uses the widget
9992 ##### Example, bad
9994     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9996 ##### Enforcement
9998 * (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.
9999 * (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.
10001 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`
10003 ##### Reason
10005 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
10007 ##### Note
10009 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
10011 ##### Example
10013     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
10015 ##### Example, bad
10017     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10019 ##### Enforcement
10021 * (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.
10022 * (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.
10024 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership
10026 ##### Reason
10028 This makes the function's ownership sharing explicit.
10030 ##### Example, good
10032     class WidgetUser
10033     {
10034     public:
10035         // WidgetUser will share ownership of the widget
10036         explicit WidgetUser(std::shared_ptr<widget> w) noexcept:
10037             m_widget{std::move(w)} {}
10038         // ...
10039     private:
10040         std::shared_ptr<widget> m_widget;
10041     };
10043 ##### Enforcement
10045 * (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.
10046 * (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.
10047 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10049 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
10051 ##### Reason
10053 This makes the function's reseating explicit.
10055 ##### Note
10057 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
10059 ##### Example, good
10061     void ChangeWidget(std::shared_ptr<widget>& w)
10062     {
10063         // This will change the callers widget
10064         w = std::make_shared<widget>(widget{});
10065     }
10067 ##### Enforcement
10069 * (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.
10070 * (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.
10071 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10073 ### <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 ???
10075 ##### Reason
10077 This makes the function's ??? explicit.
10079 ##### Example, good
10081     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
10083     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
10085     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
10087 ##### Enforcement
10089 * (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.
10090 * (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.
10091 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10093 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
10095 ##### Reason
10097 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
10098 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
10099 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
10100 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
10102 ##### Note
10104 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.
10106 ##### Example
10108 Consider this code:
10110     // global (static or heap), or aliased local ...
10111     shared_ptr<widget> g_p = ...;
10113     void f(widget& w)
10114     {
10115         g();
10116         use(w);  // A
10117     }
10119     void g()
10120     {
10121         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
10122     }
10124 The following should not pass code review:
10126     void my_code()
10127     {
10128         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
10129         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
10130         f(*g_p);
10132         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
10133         g_p->func();
10134     }
10136 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
10138     void my_code()
10139     {
10140         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
10141         auto pin = g_p;
10143         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
10144         f(*pin);
10146         // GOOD: same reason
10147         pin->func();
10148     }
10150 ##### Enforcement
10152 * (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.
10154 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
10156 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
10158 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
10160 General rules:
10162 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
10163 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
10164 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
10166 Declaration rules:
10168 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
10169 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
10170 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
10171 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
10172 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
10173 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
10174 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
10175 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
10176 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
10177 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
10178 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
10179 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
10180 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
10181 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
10182 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10183 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
10184 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
10185 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
10186 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
10187 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
10188 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
10189 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
10191 Expression rules:
10193 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
10194 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
10195 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
10196 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
10197 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
10198 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
10199 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
10200 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
10201 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
10202 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
10203 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
10204 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
10205 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
10206 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
10207 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
10208 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
10209 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
10210 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
10211 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
10213 Statement rules:
10215 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
10216 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
10217 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
10218 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
10219 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
10220 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
10221 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
10222 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
10223 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
10224 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
10225 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
10226 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
10227 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
10228 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
10230 Arithmetic rules:
10232 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
10233 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
10234 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
10235 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
10236 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
10237 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
10238 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
10239 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
10241 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
10243 ##### Reason
10245 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.
10246 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
10247 It is available as part of all C++ implementations.
10249 ##### Example
10251     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
10253 a range version of `accumulate` would be even better:
10255     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
10257 but don't hand-code a well-known algorithm:
10259     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
10260     double sum = 0.0;
10261     for (int i = 0; i < max; ++i)
10262         sum = sum + v[i];
10264 ##### Exception
10266 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.
10268 ##### Enforcement
10270 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10272 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
10274 ##### Reason
10276 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.
10278 ##### Example
10280     vector<string> read1(istream& is)   // good
10281     {
10282         vector<string> res;
10283         for (string s; is >> s;)
10284             res.push_back(s);
10285         return res;
10286     }
10288 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10290     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10291     {
10292         auto res = new char*[maxelem];
10293         int elemcount = 0;
10294         while (is && elemcount < maxelem) {
10295             auto s = new char[maxstring];
10296             is.read(s, maxstring);
10297             res[elemcount++] = s;
10298         }
10299         *nread = elemcount;
10300         return res;
10301     }
10303 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.
10305 ##### Enforcement
10307 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10309 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
10311 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.
10313 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
10315 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
10317 ##### Example
10319     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
10320     {
10321         if (flag) {
10322             x();
10323             y();
10324         }
10325         else {
10326             x();
10327             z();
10328         }
10329     }
10331     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10332     {
10333         x();
10335         if (flag)
10336             y();
10337         else
10338             z();
10339     }
10342 ##### Enforcement
10344 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10345 * Code review
10347 ## ES.dcl: Declarations
10349 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10351 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10353 ##### Reason
10355 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10357 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10359 ##### Example
10361     void use()
10362     {
10363         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10364         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10365         // no intended use of i here
10366         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10368         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10369             // ... deal with Circle ...
10370         }
10371         else {
10372             // ... handle error ...
10373         }
10374     }
10376 ##### Example, bad
10378     void use(const string& name)
10379     {
10380         string fn = name + ".txt";
10381         ifstream is {fn};
10382         Record r;
10383         is >> r;
10384         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10385     }
10387 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`
10388 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10389 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10391     Record load_record(const string& name)
10392     {
10393         string fn = name + ".txt";
10394         ifstream is {fn};
10395         Record r;
10396         is >> r;
10397         return r;
10398     }
10400     void use(const string& name)
10401     {
10402         Record r = load_record(name);
10403         // ... 200 lines of code ...
10404     }
10406 ##### Enforcement
10408 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10409 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10411 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10413 ##### Reason
10415 Readability.
10416 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10417 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10418 Minimize resource retention.
10420 ##### Example
10422     void use()
10423     {
10424         for (string s; cin >> s;)
10425             v.push_back(s);
10427         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10428             // ...
10429         }
10431         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10432             // ... deal with Circle ...
10433         }
10434         else {
10435             // ... handle error ...
10436         }
10437     }
10439 ##### Example, don't
10441     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10442     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10443         // ...
10444     }
10445     // j is still visible here and isn't needed
10447 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10449 ##### Enforcement
10451 * Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10452 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10454 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10455 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10457 ##### C++17 and C++20 example
10459 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10461     map<int, string> mymap;
10463     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10464         // insert succeeded, and result is valid for this block
10465         use(result.first);  // ok
10466         // ...
10467     } // result is destroyed here
10469 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10471 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10472 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10474 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10476 ##### Reason
10478 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10480 ##### Example
10482 Conventional short, local names increase readability:
10484     template<typename T>    // good
10485     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10486     {
10487         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10488             os << v[i] << '\n';
10489     }
10491 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
10493     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10494     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10495     {
10496         for (gsl::index current_element_index = 0;
10497              current_element_index < current_vector.size();
10498              ++current_element_index
10499         )
10500         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10501     }
10503 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10505 ##### Example
10507 Unconventional and short non-local names obscure code:
10509     void use1(const string& s)
10510     {
10511         // ...
10512         tt(s);   // bad: what is tt()?
10513         // ...
10514     }
10516 Better, give non-local entities readable names:
10518     void use1(const string& s)
10519     {
10520         // ...
10521         trim_tail(s);   // better
10522         // ...
10523     }
10525 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10527 ##### Example, bad
10529 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10531     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10532     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10533     // vi placing (name, index) pairs into out
10534     {
10535         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10536     }
10538 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10540 ##### Enforcement
10542 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10544 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10546 ##### Reason
10548 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10550 ##### Example, bad
10552     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10554 ##### Example, bad
10556 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.
10558     struct foo { int n; };
10559     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10560     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10562 ##### Exception
10564 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10566 ##### Enforcement
10568 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10569 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10571 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10573 ##### Reason
10575 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10577 ##### Example
10579     // somewhere in some header:
10580     #define NE !=
10582     // somewhere else in some other header:
10583     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10585     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10586     switch (direction) {
10587     case N:
10588         // ...
10589     case NE:
10590         // ...
10591     // ...
10592     }
10594 ##### Note
10596 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10598 ##### Enforcement
10600 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10602 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10604 ##### Reason
10606 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10607 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10608 comment.
10610 ##### Example, bad
10612     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10614 ##### Exception
10616 A function declaration can contain several function argument declarations.
10618 ##### Exception
10620 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10622     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10623     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10625 ##### Example
10627     template<class InputIterator, class Predicate>
10628     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10630 or better using concepts:
10632     bool any_of(input_iterator auto first, input_iterator auto last, predicate auto pred);
10634 ##### Example
10636     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10640     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10641         double x,     // base value
10642         int n         // exponent
10643     );
10647     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10648     double scalbn(double base, int exponent);
10650 ##### Example
10652     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10654 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10656 ##### Enforcement
10658 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10660 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10662 ##### Reason
10664 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10665 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10666 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10668 ##### Example
10670 Consider:
10672     auto p = v.begin();      // vector<DataRecord>::iterator
10673     auto z1 = v[3];          // makes copy of DataRecord
10674     auto& z2 = v[3];         // avoids copy
10675     const auto& z3 = v[3];   // const and avoids copy
10676     auto h = t.future();
10677     auto q = make_unique<int[]>(s);
10678     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10680 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10682 ##### Example
10684     template<class T>
10685     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10687 ##### Exception
10689 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10691 ##### Example
10693     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10694     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10696 ##### Note
10698 As of C++20, we can (and should) use concepts to be more specific about the type we are deducing:
10700     // ...
10701     forward_iterator auto p = algo(x, y, z);
10703 ##### Example (C++17)
10705     std::set<int> values;
10706     // ...
10707     auto [ position, newly_inserted ] = values.insert(5);   // break out the members of the std::pair
10709 ##### Enforcement
10711 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10713 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10715 ##### Reason
10717 It is easy to get confused about which variable is used.
10718 Can cause maintenance problems.
10720 ##### Example, bad
10722     int d = 0;
10723     // ...
10724     if (cond) {
10725         // ...
10726         d = 9;
10727         // ...
10728     }
10729     else {
10730         // ...
10731         int d = 7;
10732         // ...
10733         d = value_to_be_returned;
10734         // ...
10735     }
10737     return d;
10739 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10740 This is a known source of bugs.
10741 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10743 ##### Note
10745 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10747 ##### Example
10749 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10751     void f(int x)
10752     {
10753         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10755         if (x) {
10756             int x = 7;  // allowed, but bad
10757             // ...
10758         }
10759     }
10761 ##### Example, bad
10763 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10765     struct S {
10766         int m;
10767         void f(int x);
10768     };
10770     void S::f(int x)
10771     {
10772         m = 7;    // assign to member
10773         if (x) {
10774             int m = 9;
10775             // ...
10776             m = 99; // assign to local variable
10777             // ...
10778         }
10779     }
10781 ##### Exception
10783 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10785     struct B {
10786         void f(int);
10787     };
10789     struct D : B {
10790         void f(double);
10791         using B::f;
10792     };
10794 This is error-prone.
10795 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10797 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10799 ##### Enforcement
10801 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10802 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10803 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10804 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10806 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10808 ##### Reason
10810 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10811 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10812 Simplify refactoring.
10814 ##### Example
10816     void use(int arg)
10817     {
10818         int i;   // bad: uninitialized variable
10819         // ...
10820         i = 7;   // initialize i
10821     }
10823 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10825     void use(int arg)   // OK
10826     {
10827         int i = 7;   // OK: initialized
10828         string s;    // OK: default initialized
10829         // ...
10830     }
10832 ##### Note
10834 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10835 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10837 * It leads to less readable code
10838 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10839 * It leads to harder to read code
10840 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10841 * It hampers refactoring
10843 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10845 ##### Example
10847 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10849     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10850     widget j;
10852     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10853         i = f1();
10854         j = f2();
10855     }
10856     else {
10857         i = f3();
10858         j = f4();
10859     }
10861 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10862 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10863 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.
10865 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10867     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10868     {
10869         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4()};
10870     }
10872     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10874 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10875 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10877     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10879 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10881     widget i = uninit;  // bad
10882     widget j = uninit;
10884     // ...
10885     use(i);         // possibly used before set
10886     // ...
10888     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10889         i = f1();
10890         j = f2();
10891     }
10892     else {
10893         i = f3();
10894         j = f4();
10895     }
10897 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?
10899 ##### Note
10901 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10902 It has also been a major source of errors and complexity.
10903 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10905 ##### Example
10907 This rule covers member variables.
10909     class X {
10910     public:
10911         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10912         // ...
10914     private:
10915         int m1 = 7;
10916         int m2;
10917         int m3;
10919         const int cm1 = 7;
10920         const int cm2;
10921         const int cm3;
10922     };
10924 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10925 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10926 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10928 ##### Exception
10930 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10931 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10933     constexpr int max = 8 * 1024;
10934     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10935     f.read(buf, max);
10937 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10938 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10940     constexpr int max = 8 * 1024;
10941     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10942     f.read(buf, max);
10944 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10946 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10948     string s;   // s is default initialized to ""
10949     cin >> s;   // s expands to hold the string
10951 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10953     int i;   // bad
10954     // ...
10955     cin >> i;
10957 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.
10959     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10960     // ...
10961     cin >> i2;
10963 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10966 ##### Note
10968 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10970     error_code ec;
10971     Value v = [&] {
10972         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10973         ec = p.first;
10974         return p.second;
10975     }();
10977 or maybe:
10979     Value v = [] {
10980         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10981         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10982         return p.second;
10983     }();
10985 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10987 ##### Enforcement
10989 * Flag every uninitialized variable.
10990   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10991 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10992   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10994 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10996 ##### Reason
10998 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
11000 ##### Example
11002     int x = 7;
11003     // ... no use of x here ...
11004     ++x;
11006 ##### Enforcement
11008 Flag declarations that are distant from their first use.
11010 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
11012 ##### Reason
11014 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
11016 ##### Example, bad
11018     string s;
11019     // ... no use of s here ...
11020     s = "what a waste";
11022 ##### Example, bad
11024     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
11026     if (cond)   // some non-trivial condition
11027         Set(&var);
11028     else if (cond2 || !cond3) {
11029         var = Set2(3.14);
11030     }
11031     else {
11032         var = 0;
11033         for (auto& e : something)
11034             var += e;
11035     }
11037     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
11039 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
11040 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
11041 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
11043 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
11045 ##### Enforcement
11047 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
11048 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
11050 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
11052 ##### Reason
11054 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
11056 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
11058 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
11060 ##### Example
11062     int x {f(99)};
11063     int y = x;
11064     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
11066 ##### Exception
11068 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
11070     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
11071     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
11073     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
11074     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 elements with the values 1 and 2
11076 ##### Note
11078 `{}`-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).
11080 ##### Example
11082     int x {7.9};   // error: narrowing
11083     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
11084     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
11086 ##### Note
11088 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
11090     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
11091     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
11092         // ...
11093     };
11094     X var {};   // initialize var to be empty
11095     struct S {
11096         int m {7};   // default initializer for a member
11097         // ...
11098     };
11100 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
11101 (though there unfortunately are a few irregularities left).
11103 ##### Note
11105 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
11106 The C++17 rules are somewhat less surprising:
11108     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
11109     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
11111     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
11112     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
11114 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
11116     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
11118 ##### Note
11120 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
11121 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
11122 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
11124     struct Z { explicit Z() {} };
11126     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
11127     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
11129 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
11131 ##### Example
11133     template<typename T>
11134     void f()
11135     {
11136         T x1(1);    // T initialized with 1
11137         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
11139         T y1 {1};   // T initialized with 1
11140         T y0 {};    // default initialized T
11141         // ...
11142     }
11144 **See also**: [Discussion](#???)
11146 ##### Enforcement
11148 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
11149 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
11151 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
11153 ##### Reason
11155 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
11156 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
11157 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
11159 ##### Example
11161     void use(bool leak)
11162     {
11163         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
11164         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
11165         // ... no assignment to p2 ...
11166         if (leak) return;
11167         // ... no assignment to p2 ...
11168         vector<int> v(7);
11169         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
11170         delete p2;                      // too late to prevent leaks
11171         // ...
11172     }
11174 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
11175 The same is the case when `at()` throws. In both cases, the `delete p2` statement is not reached.
11177 ##### Enforcement
11179 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
11181 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
11183 ##### Reason
11185 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
11187 ##### Example
11189     void f(int n)
11190     {
11191         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
11192         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
11193         // ...
11194     }
11196 ##### Enforcement
11198 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
11199 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
11200 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
11202 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
11204 ##### Reason
11206 Readability and safety.
11208 ##### Example, bad
11210     void use()
11211     {
11212         int i;
11213         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
11214         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
11215     }
11217 ##### Note
11219 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.
11221     void write_to_file()
11222     {
11223         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
11224         for (auto& o : objects) {
11225             // First part of the work.
11226             generate_first_string(buffer, o);
11227             write_to_file(buffer);
11229             // Second part of the work.
11230             generate_second_string(buffer, o);
11231             write_to_file(buffer);
11233             // etc...
11234         }
11235     }
11237 ##### Enforcement
11239 Flag recycled variables.
11241 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
11243 ##### Reason
11245 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
11246 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
11248 ##### Example, bad
11250     const int n = 7;
11251     int m = 9;
11253     void f()
11254     {
11255         int a1[n];
11256         int a2[m];   // error: not ISO C++
11257         // ...
11258     }
11260 ##### Note
11262 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
11263 There is a lot of such code.
11264 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
11265 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
11266 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
11268 ##### Example
11270     const int n = 7;
11271     int m = 9;
11273     void f()
11274     {
11275         array<int, n> a1;
11276         stack_array<int> a2(m);
11277         // ...
11278     }
11280 ##### Enforcement
11282 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
11283 * Flag arrays with non-local constant bounds
11285 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
11287 ##### Reason
11289 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.
11291 ##### Example, bad
11293     widget x;   // should be const, but:
11294     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
11295         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11296     }                                        // needed to initialize x
11297     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
11299 ##### Example, good
11301     const widget x = [&] {
11302         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
11303         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
11304             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11305         }                                          // needed to initialize x
11306         return val;
11307     }();
11309 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.
11311 ##### Enforcement
11313 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
11315 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
11317 ##### Reason
11319 Macros are a major source of bugs.
11320 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11321 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11322 Macros complicate tool building.
11324 ##### Example, bad
11326     #define Case break; case   /* BAD */
11328 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
11330 ##### Note
11332 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11334 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11336 ##### Note
11338 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11339 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11340 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11341 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11342 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11344     #define CAT(a, b) a ## b
11345     #define STRINGIFY(a) #a
11347     void f(int x, int y)
11348     {
11349         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11350         string sx2 = STRINGIFY(x);
11351         // ...
11352     }
11354 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11356     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
11358     enum E { a, b };
11360     template<int x>
11361     constexpr const char* stringify()
11362     {
11363         switch (x) {
11364         case a: return "a";
11365         case b: return "b";
11366         }
11367     }
11369     void f(int x, int y)
11370     {
11371         string sx = stringify<x>();
11372         // ...
11373     }
11375 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11377 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11379 ##### Enforcement
11381 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11383 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11385 ##### Reason
11387 Macros are a major source of bugs.
11388 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11389 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11390 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11391 Macros complicate tool building.
11393 ##### Example, bad
11395     #define PI 3.14
11396     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11398 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11400     constexpr double pi = 3.14;
11401     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11403 ##### Enforcement
11405 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11407 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11409 ##### Reason
11411 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11413 ##### Example
11415     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11417     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11419 ##### Enforcement
11421 Scream when you see a lower case macro.
11423 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11425 ##### Reason
11427 Macros do not obey scope rules.
11429 ##### Example
11431     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11433     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11435 ##### Note
11437 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11438 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11439 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.
11441 ##### Enforcement
11443 Warn against short macro names.
11445 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11447 ##### Reason
11449 Not type safe.
11450 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11452 ##### Example
11454     #include <cstdarg>
11456     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11457     void error(int severity ...)
11458     {
11459         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11460         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11462         for (;;) {
11463             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11464             char* p = va_arg(ap, char*);
11465             if (!p) break;
11466             cerr << p << ' ';
11467         }
11469         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11471         cerr << '\n';
11472         if (severity) exit(severity);
11473     }
11475     void use()
11476     {
11477         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11478         error(7); // crash
11479         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11480         const char* is = "is";
11481         string an = "an";
11482         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11483     }
11485 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11487     #include <iostream>
11489     void error(int severity)
11490     {
11491         std::cerr << '\n';
11492         std::exit(severity);
11493     }
11495     template<typename T, typename... Ts>
11496     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11497     {
11498         std::cerr << head;
11499         error(severity, tail...);
11500     }
11502     void use()
11503     {
11504         error(7); // No crash!
11505         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11507         std::string an = "an";
11508         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11510         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11511     }
11514 ##### Note
11516 This is basically the way `printf` is implemented.
11518 ##### Enforcement
11520 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11521 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11524 ## ES.expr: Expressions
11526 Expressions manipulate values.
11528 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11530 ##### Reason
11532 Complicated expressions are error-prone.
11534 ##### Example
11536     // bad: assignment hidden in subexpression
11537     while ((c = getc()) != -1)
11539     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11540     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11542     // better, but possibly still too complicated
11543     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11545     // OK: if i and j are not aliased
11546     int x = ++i + ++j;
11548     // OK: if i != j and i != k
11549     v[i] = v[j] + v[k];
11551     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11552     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11554     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11555     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11557     // bad: undefined behavior
11558     x = x++ + x++ + ++x;
11560 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.
11562 ##### Note
11564 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11565 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11566 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11568 ##### Note
11570 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11572 ##### Example
11574     x = k * y + z;             // OK
11576     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11577     x = t1 + z;
11579     if (0 <= x && x < max)   // OK
11581     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11582     auto t2 = x < max;
11583     if (t1 && t2)            // ...
11585 ##### Enforcement
11587 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:
11589 * 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
11590 * writes to aliased variables
11591 * more than N operators (and what should N be?)
11592 * reliance of subtle precedence rules
11593 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11594 * implementation defined behavior?
11595 * ???
11597 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11599 ##### Reason
11601 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11603 ##### Example
11605     const unsigned int flag = 2;
11606     unsigned int a = flag;
11608     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11610 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.
11612     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11614 ##### Note
11616 You should know enough not to need parentheses for:
11618     if (a < 0 || a <= max) {
11619         // ...
11620     }
11622 ##### Enforcement
11624 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11625 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11626 * ???
11628 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11630 ##### Reason
11632 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11634 ##### Note
11636 Use `gsl::span` instead.
11637 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11638 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11639 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11640 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11642 ##### Example, bad
11644     void f(int* p, int count)
11645     {
11646         if (count < 2) return;
11648         int* q = p + 1;    // BAD
11650         ptrdiff_t d;
11651         int n;
11652         d = (p - &n);      // OK
11653         d = (q - p);       // OK
11655         int n = *p++;      // BAD
11657         if (count < 6) return;
11659         p[4] = 1;          // BAD
11661         p[count - 1] = 2;  // BAD
11663         use(&p[0], 3);     // BAD
11664     }
11666 ##### Example, good
11668     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11669     {
11670         if (a.size() < 2) return;
11672         int n = a[0];      // OK
11674         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11676         if (a.size() < 6) return;
11678         a[4] = 1;          // OK
11680         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11682         use(a.data(), 3);  // OK
11683     }
11685 ##### Note
11687 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11688 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11689 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11690 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11692 ##### Example, bad
11694     void f(array<int, 10> a, int pos)
11695     {
11696         a[pos / 2] = 1; // BAD
11697         a[pos - 1] = 2; // BAD
11698         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11699         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11700     }
11702 ##### Example, good
11704 Use a `span`:
11706     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11707     {
11708         a[pos / 2] = 1; // OK
11709         a[pos - 1] = 2; // OK
11710     }
11712     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11713     {
11714         span<int> a = {arr.data(), pos};
11715         a[pos / 2] = 1; // OK
11716         a[pos - 1] = 2; // OK
11717     }
11719 Use `at()`:
11721     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11722     {
11723         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11724         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11725     }
11727 ##### Example, bad
11729     void f()
11730     {
11731         int arr[COUNT];
11732         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11733             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11734     }
11736 ##### Example, good
11738 Use a `span`:
11740     void f1()
11741     {
11742         int arr[COUNT];
11743         span<int> av = arr;
11744         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11745             av[i] = i;
11746     }
11748 Use a `span` and range-`for`:
11750     void f1a()
11751     {
11752          int arr[COUNT];
11753          span<int, COUNT> av = arr;
11754          int i = 0;
11755          for (auto& e : av)
11756              e = i++;
11757     }
11759 Use `at()` for access:
11761     void f2()
11762     {
11763         int arr[COUNT];
11764         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11765             at(arr, i) = i;
11766     }
11768 Use a range-`for`:
11770     void f3()
11771     {
11772         int arr[COUNT];
11773         int i = 0;
11774         for (auto& e : arr)
11775              e = i++;
11776     }
11778 ##### Note
11780 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11782     static int a[10];
11784     void f(int i, int j)
11785     {
11786         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11787         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11788     }
11790 ##### Example
11792 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11794     void g(int* p);
11796     void f()
11797     {
11798         int a[5];
11799         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11800         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11801     }
11803 If you want to pass an array, say so:
11805     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11807     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11809     void f2()
11810     {
11811         int a[5];
11812         span<int> av = a;
11814         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11815         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11816     }
11818 ##### Enforcement
11820 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11821 * 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.
11822 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11824 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11827 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11829 ##### Reason
11831 You have no idea what such code does. Portability.
11832 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.
11834 ##### Note
11836 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11837 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11839 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.
11841 ##### Example
11843     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11845 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11847 ##### Enforcement
11849 Can be detected by a good analyzer.
11851 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11853 ##### Reason
11855 Because that order is unspecified.
11857 ##### Note
11859 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11861 ##### Example
11863     int i = 0;
11864     f(++i, ++i);
11866 Before C++17, the behavior is undefined, so the behavior could be anything (e.g., `f(2, 2)`).
11867 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.
11869 ##### Example
11871 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11873     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11874     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11876 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)
11878     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11880 ##### Enforcement
11882 Can be detected by a good analyzer.
11884 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11886 ##### Reason
11888 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11890 ##### Example
11892     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11893         cout << month[m] << '\n';
11895 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11897     // months are indexed 1..12
11898     constexpr int first_month = 1;
11899     constexpr int last_month = 12;
11901     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11902         cout << month[m] << '\n';
11904 Better still, don't expose constants:
11906     for (auto m : month)
11907         cout << m << '\n';
11909 ##### Enforcement
11911 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11913 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11915 ##### Reason
11917 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11919 ##### Example, bad
11921 A key example is basic narrowing:
11923     double d = 7.9;
11924     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11925     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11927     void f(int x, long y, double d)
11928     {
11929         char c1 = x;   // bad: narrowing
11930         char c2 = y;   // bad: narrowing
11931         char c3 = d;   // bad: narrowing
11932     }
11934 ##### Note
11936 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:
11938     i = gsl::narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11939     i = gsl::narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11941 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11943     double d = -7.9;
11944     unsigned u = 0;
11946     u = d;                               // bad: narrowing
11947     u = gsl::narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11948     u = gsl::narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11950 ##### Note
11952 This rule does not apply to [contextual conversions to bool](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#Contextual_conversions):
11954     if (ptr) do_something(*ptr);   // OK: ptr is used as a condition
11955     bool b = ptr;                  // bad: narrowing
11957 ##### Enforcement
11959 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11961 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11962 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11963 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11965 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11967 ##### Reason
11969 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11970 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11971 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11972 or `0`.
11974 ##### Example
11976 Consider:
11978     void f(int);
11979     void f(char*);
11980     f(0);         // call f(int)
11981     f(nullptr);   // call f(char*)
11983 ##### Enforcement
11985 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
11987 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11989 ##### Reason
11991 Casts are a well-known source of errors and make some optimizations unreliable.
11993 ##### Example, bad
11995     double d = 2;
11996     auto p = (long*)&d;
11997     auto q = (long long*)&d;
11998     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12000 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
12002     2 0 4611686018427387904
12004 Adding
12006     *q = 666;
12007     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12009 I got
12011     3.29048e-321 666 666
12013 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
12015 ##### Note
12017 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
12018 or that writing a cast makes the program "easier to read".
12019 In fact, they often disable the general rules for using values.
12020 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
12021 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
12023 ##### Notes
12025 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
12026 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
12027 are seriously overused as well as a major source of errors.
12029 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
12031 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
12033 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
12034 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).
12035 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.
12037 ##### Alternatives
12039 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
12041 * Use templates
12042 * Use `std::variant`
12043 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
12044 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
12046 ##### Enforcement
12048 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12049 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12050 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
12051 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
12053 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
12055 ##### Reason
12057 Readability. Error avoidance.
12058 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
12060 The named casts are:
12062 * `static_cast`
12063 * `const_cast`
12064 * `reinterpret_cast`
12065 * `dynamic_cast`
12066 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
12067 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
12068 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12069 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12071 ##### Example
12073     class B { /* ... */ };
12074     class D { /* ... */ };
12076     template<typename D> D* upcast(B* pb)
12077     {
12078         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
12079         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
12080         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
12081         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
12082         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
12083         // ...
12084     }
12086 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
12087 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).
12089 ##### Note
12091 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
12092 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
12094     double d {some_float};
12095     int64_t i {some_int32};
12097 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
12098 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
12099 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
12100 for example.)
12102 ##### Note
12104 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
12106     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
12109 ##### Enforcement
12111 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12112 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12113 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
12114 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
12116 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
12118 ##### Reason
12120 It makes a lie out of `const`.
12121 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
12123 ##### Example, bad
12125     void f(const int& x)
12126     {
12127         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
12128     }
12130     static int i = 0;
12131     static const int j = 0;
12133     f(i); // silent side effect
12134     f(j); // undefined behavior
12136 ##### Example
12138 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:
12140     class Bar;
12142     class Foo {
12143     public:
12144         // BAD, duplicates logic
12145         Bar& get_bar()
12146         {
12147             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
12148         }
12150         const Bar& get_bar() const
12151         {
12152             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
12153         }
12154     private:
12155         Bar my_bar;
12156     };
12158 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`:
12160     class Foo {
12161     public:
12162         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
12163         Bar& get_bar()
12164         {
12165             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
12166         }
12167         const Bar& get_bar() const
12168         {
12169             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
12170         }
12171     private:
12172         Bar my_bar;
12173     };
12175 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.
12177 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:
12179     class Foo {
12180     public:                         // good
12181               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
12182         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
12183     private:
12184         Bar my_bar;
12186         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
12187         static auto& get_bar_impl(T& t)
12188             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
12189     };
12191 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.
12193 ##### Exception
12195 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
12196 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
12198 ##### Example
12200 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
12201 Examples are caching, memoization, and precomputation.
12202 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
12204 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
12206     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
12208     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
12209     public:
12210         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
12211         void set(int x, int v);             // make y the value for x
12212         // ...
12213     private:
12214         // ...
12215     };
12217     class X {
12218     public:
12219         int get_val(int x)
12220         {
12221             auto p = cache.find(x);
12222             if (p.first) return p.second;
12223             int val = compute(x);
12224             cache.set(x, val); // insert value for x
12225             return val;
12226         }
12227         // ...
12228     private:
12229         Cache cache;
12230     };
12232 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
12233 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
12235     class X {   // Suspicious solution based on casting
12236     public:
12237         int get_val(int x) const
12238         {
12239             auto p = cache.find(x);
12240             if (p.first) return p.second;
12241             int val = compute(x);
12242             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
12243             return val;
12244         }
12245         // ...
12246     private:
12247         Cache cache;
12248     };
12250 Fortunately, there is a better solution:
12251 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
12253     class X {   // better solution
12254     public:
12255         int get_val(int x) const
12256         {
12257             auto p = cache.find(x);
12258             if (p.first) return p.second;
12259             int val = compute(x);
12260             cache.set(x, val);
12261             return val;
12262         }
12263         // ...
12264     private:
12265         mutable Cache cache;
12266     };
12268 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
12270     class X {   // OK, but slightly messier solution
12271     public:
12272         int get_val(int x) const
12273         {
12274             auto p = cache->find(x);
12275             if (p.first) return p.second;
12276             int val = compute(x);
12277             cache->set(x, val);
12278             return val;
12279         }
12280         // ...
12281     private:
12282         unique_ptr<Cache> cache;
12283     };
12285 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
12286 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
12288 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
12290 ##### Enforcement
12292 * Flag `const_cast`s.
12293 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
12295 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
12297 ##### Reason
12299 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
12301 ##### Example
12303     for (auto& x : v)      // print all elements of v
12304         cout << x << '\n';
12306     auto p = find(v, x);   // find x in v
12308 ##### Enforcement
12310 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
12312 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
12314 ##### Reason
12316 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
12318 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).
12320 ##### Notes
12322 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.
12324 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`.
12326 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.
12328 ##### Example, bad
12330     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
12332     void user()
12333     {
12334         X x;
12335         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
12336         sink(x);
12337         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
12338         sink(std::move(x));
12340         // ...
12342         // probably a mistake
12343         use(x);
12344     }
12346 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12347 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.
12349     void f()
12350     {
12351         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12353         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12354         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12356         // bad, if you want to keep using s1's value
12357         string s3 = move(s1);
12359         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12360         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12361     }
12363 ##### Example
12365     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12367     void f()
12368     {
12369         auto w = make_unique<widget>();
12370         // ...
12371         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12372         // ...
12373         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12374     }
12376 ##### Notes
12378 `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.
12379 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.
12381 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12382 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12383 In general, don't complicate your code without reason (??).
12384 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12386 ##### Example, bad
12388     vector<int> make_vector()
12389     {
12390         vector<int> result;
12391         // ... load result with data
12392         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12393     }
12395 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12396 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.
12399 ##### Example, bad
12401     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12403 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12404 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12406 ##### Example
12408     void mover(X&& x)
12409     {
12410         call_something(std::move(x));         // ok
12411         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12412         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12413     }
12415     template<class T>
12416     void forwarder(T&& t)
12417     {
12418         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12419         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12420         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12421     }
12423 ##### Enforcement
12425 * 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.
12426 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12427 * 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.
12428 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12429 * 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.)
12430 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a non-template parameter type). Use `std::move` instead.
12431 * 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.)
12432 * 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.
12434 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12436 ##### Reason
12438 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12440 ##### Note
12442 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12444 ##### Example, bad
12446     void f(int n)
12447     {
12448         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12449         // ...
12450         delete[] p;
12451     }
12453 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12455 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12457 ##### Enforcement
12459 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12461 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12463 ##### Reason
12465 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12467 ##### Example, bad
12469     void f(int n)
12470     {
12471         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12472         // ...
12473         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12474     }
12476 ##### Note
12478 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12480 ##### Enforcement
12482 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12483 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12485 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12487 ##### Reason
12489 The result of doing so is undefined.
12491 ##### Example, bad
12493     void f()
12494     {
12495         int a1[7];
12496         int a2[9];
12497         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12498         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12499     }
12501 ##### Note
12503 This example has many more problems.
12505 ##### Enforcement
12509 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12511 ##### Reason
12513 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12514 the object was meant to be considered as a whole.
12515 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12517 ##### Example
12519     class Shape { /* ... */ };
12520     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12522     Circle c {{0, 0}, 42};
12523     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12524     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12526     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12527     {
12528         dest = src;
12529     }
12530     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12531     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12532     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12533                      // but this will likely return false
12535 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12536 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12538 ##### Alternative
12540 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12541 This saves readers from confusion.
12542 For example:
12544     class Smiley : public Circle {
12545         public:
12546         Circle copy_circle();
12547         // ...
12548     };
12550     Smiley sm { /* ... */ };
12551     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12552     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12554 ##### Enforcement
12556 Warn against slicing.
12558 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12560 ##### Reason
12562 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12563 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12564 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12565 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12567 ##### Example
12569 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12571     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12572     {
12573         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12574         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12575         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12576         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12578         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12579         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12580         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12581         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12583         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12584         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12585         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12586         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12587     }
12589 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12590 between platforms with different integer and pointer sizes.
12592 ##### Note
12594 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12596 ##### Note
12598 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12600     complex<double> f(complex<double>);
12602     auto z = f({2*pi, 1});
12604 ##### Note
12606 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12608 ##### Exception
12610 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12611 Consider:
12613     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12614     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12615     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12617 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12619     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12621 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12622 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12623 must be resolved.
12624 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12626 This mistake need not be repeated in new code.
12627 We can define a type to represent the number of elements:
12629     struct Count { int n; };
12631     template<typename T>
12632     class Vector {
12633     public:
12634         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12635         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12636         // ...
12637     };
12639     Vector<int> v1{10};
12640     Vector<int> v2{Count{10}};
12641     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12643 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12645 ##### Enforcement
12647 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12650 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12652 ##### Reason
12654 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12655 wrong results, or memory corruption.
12657 ##### Note
12659 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12660 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12661 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12663 **See also**:
12665 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12666 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12667 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12668 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12669 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12670 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12673 ##### Example
12675     void f()
12676     {
12677         int x = 0;
12678         int* p = &x;
12680         if (condition()) {
12681             int y = 0;
12682             p = &y;
12683         } // invalidates p
12685         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12686     }
12688 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).
12690     void f1()
12691     {
12692         int x = 0;
12693         int* p = &x;
12695         int y = 0;
12696         if (condition()) {
12697             p = &y;
12698         }
12700         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12701     }
12703 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12705 ##### Example
12707     void f(int* p)
12708     {
12709         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12710     }
12712 There is a huge amount of such code.
12713 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12714 Consequently, this is also a major source of errors.
12715 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12717     void f1(int* p) // deal with nullptr
12718     {
12719         if (!p) {
12720             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12721         }
12722         int x = *p;
12723     }
12725 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12727 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12728 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12729 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12731 <!-- comment needed for code block after list -->
12732     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12733     {
12734         assert(p);
12735         int x = *p;
12736     }
12738 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12739 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12741     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12742         [[expects: p]]
12743     {
12744         int x = *p;
12745     }
12747 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12749     void f(not_null<int*> p)
12750     {
12751         int x = *p;
12752     }
12754 These remedies take care of `nullptr` only.
12755 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12757 ##### Example
12759     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12760     {
12761         delete p;
12762     }
12764     void g()        // old code: uses naked new
12765     {
12766         auto q = new int{7};
12767         f(q);
12768         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12769     }
12771 ##### Example
12773     void f()
12774     {
12775         vector<int> v(10);
12776         int* p = &v[5];
12777         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12778         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12779     }
12781 ##### Enforcement
12783 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12785 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12786 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12787 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12788 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12791 ## ES.stmt: Statements
12793 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12795 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12797 ##### Reason
12799 * Readability.
12800 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12801 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12803 ##### Example
12805     void use(int n)
12806     {
12807         switch (n) {   // good
12808         case 0:
12809             // ...
12810             break;
12811         case 7:
12812             // ...
12813             break;
12814         default:
12815             // ...
12816             break;
12817         }
12818     }
12820 rather than:
12822     void use2(int n)
12823     {
12824         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12825             // ...
12826         else if (n == 7)
12827             // ...
12828     }
12830 ##### Enforcement
12832 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12834 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12836 ##### Reason
12838 Readability. Error prevention. Efficiency.
12840 ##### Example
12842     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12843         cout << v[i] << '\n';
12845     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12846         cout << *p << '\n';
12848     for (auto& x : v)    // OK
12849         cout << x << '\n';
12851     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12852         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12854     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12855         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12857     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12858         if (i % 2 != 0)
12859             cout << v[i] << '\n'; // output odd elements
12860     }
12862 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.
12864 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12866 ##### Note
12868 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12870     for (string s : vs) // ...
12872 This will copy each element of `vs` into `s`. Better:
12874     for (string& s : vs) // ...
12876 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12878     for (const string& s : vs) // ...
12880 ##### Enforcement
12882 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.
12884 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12886 ##### Reason
12888 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12890 ##### Example
12892     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12893         // do work
12894     }
12896 ##### Example, bad
12898     int i = 0;
12899     while (i < vec.size()) {
12900         // do work
12901         i++;
12902     }
12904 ##### Enforcement
12908 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12910 ##### Reason
12912 Readability.
12914 ##### Example
12916     int events = 0;
12917     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12918         // ...
12919     }
12921 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12922 Better
12924     int events = 0;
12925     while (wait_for_event()) {      // better
12926         ++events;
12927         // ...
12928     }
12930 ##### Enforcement
12932 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12934 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12936 See [ES.6](#Res-cond)
12938 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12940 ##### Reason
12942 Readability, avoidance of errors.
12943 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12945 ##### Example
12947     int x;
12948     do {
12949         cin >> x;
12950         // ...
12951     } while (x < 0);
12953 ##### Note
12955 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12957 ##### Enforcement
12959 Flag `do`-statements.
12961 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12963 ##### Reason
12965 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12967 ##### Exception
12969 Breaking out of a nested loop.
12970 In that case, always jump forwards.
12972     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12973         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12974             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12975             // ...
12976         }
12977     finished:
12978     // ...
12980 ##### Example, bad
12982 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12984     void f()
12985     {
12986         // ...
12987             goto exit;
12988         // ...
12989             goto exit;
12990         // ...
12991     exit:
12992         // ... common cleanup code ...
12993     }
12995 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12996 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12997 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12998 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
13000 ##### Enforcement
13002 * 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.
13004 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
13006 ##### Reason
13008  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
13010  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
13011  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
13013 ##### Example
13015     switch(x) {
13016     case 1 :
13017         while (/* some condition */) {
13018             // ...
13019         break;
13020         } // Oops! break switch or break while intended?
13021     case 2 :
13022         // ...
13023         break;
13024     }
13026 ##### Alternative
13028 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
13030     //Original code: break inside loop
13031     void use1()
13032     {
13033         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13034         T value;
13035         for (const T item : vec) {
13036             if (/* some condition*/) {
13037                 value = item;
13038                 break;
13039             }
13040         }
13041         /* then do something with value */
13042     }
13044     //BETTER: create a function and return inside loop
13045     T search(const std::vector<T> &vec)
13046     {
13047         for (const T &item : vec) {
13048             if (/* some condition*/) return item;
13049         }
13050         return T(); //default value
13051     }
13053     void use2()
13054     {
13055         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13056         T value = search(vec);
13057         /* then do something with value */
13058     }
13060 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
13062     for (int item : vec) {  // BAD
13063         if (item%2 == 0) continue;
13064         if (item == 5) continue;
13065         if (item > 10) continue;
13066         /* do something with item */
13067     }
13069     for (int item : vec) {  // GOOD
13070         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
13071             /* do something with item */
13072         }
13073     }
13075 ##### Note
13077 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):
13080 ##### Enforcement
13084 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
13086 ##### Reason
13088 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
13089 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
13091 ##### Example
13093     switch (eventType) {
13094     case Information:
13095         update_status_bar();
13096         break;
13097     case Warning:
13098         write_event_log();
13099         // Bad - implicit fallthrough
13100     case Error:
13101         display_error_window();
13102         break;
13103     }
13105 Multiple case labels of a single statement is OK:
13107     switch (x) {
13108     case 'a':
13109     case 'b':
13110     case 'f':
13111         do_something(x);
13112         break;
13113     }
13115 Return statements in a case label are also OK:
13117     switch (x) {
13118     case 'a':
13119         return 1;
13120     case 'b':
13121         return 2;
13122     case 'c':
13123         return 3;
13124     }
13126 ##### Exceptions
13128 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
13130     switch (eventType) {
13131     case Information:
13132         update_status_bar();
13133         break;
13134     case Warning:
13135         write_event_log();
13136         [[fallthrough]];
13137     case Error:
13138         display_error_window();
13139         break;
13140     }
13142 ##### Note
13144 ##### Enforcement
13146 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
13149 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
13151 ##### Reason
13153  Code clarity.
13154  Improved opportunities for error detection.
13156 ##### Example
13158     enum E { a, b, c, d };
13160     void f1(E x)
13161     {
13162         switch (x) {
13163         case a:
13164             do_something();
13165             break;
13166         case b:
13167             do_something_else();
13168             break;
13169         default:
13170             take_the_default_action();
13171             break;
13172         }
13173     }
13175 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
13177 ##### Example
13179 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
13180 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
13182     void f2(E x)
13183     {
13184         switch (x) {
13185         case a:
13186             do_something();
13187             break;
13188         case b:
13189             do_something_else();
13190             break;
13191         default:
13192             // do nothing for the rest of the cases
13193             break;
13194         }
13195     }
13197 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
13199     void f2(E x)
13200     {
13201         switch (x) {
13202         case a:
13203             do_something();
13204             break;
13205         case b:
13206         case c:
13207             do_something_else();
13208             break;
13209         }
13210     }
13212 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
13213 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
13214 switch over the enumerators.
13216 ##### Enforcement
13218 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
13219 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
13220 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
13222 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
13224 ##### Reason
13226 There is no such thing.
13227 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.
13229 ##### Example, bad
13231     void f()
13232     {
13233         lock<mutex>{mx};   // Bad
13234         // ...
13235     }
13237 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
13238 This is not an uncommon mistake.
13239 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
13241 ##### Note
13243 Unnamed function arguments are fine.
13245 ##### Enforcement
13247 Flag statements that are just a temporary.
13249 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
13251 ##### Reason
13253 Readability.
13255 ##### Example
13257     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
13258     v[i] = f(v[i]);
13260     for (auto x : v) {           // better
13261         // nothing
13262     }
13263     v[i] = f(v[i]);
13265 ##### Enforcement
13267 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
13269 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
13271 ##### Reason
13273 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.
13275 ##### Example
13277     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13278         // no updates to i -- ok
13279     }
13281     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13282         //
13283         if (/* something */) ++i; // BAD
13284         //
13285     }
13287     bool skip = false;
13288     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13289         if (skip) { skip = false; continue; }
13290         //
13291         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
13292         //
13293     }
13295 ##### Enforcement
13297 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
13300 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
13302 ##### Reason
13304 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
13305 Helps make style consistent and conventional.
13307 ##### Example
13309 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
13310 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
13312     // These all mean "if p is not nullptr"
13313     if (p) { ... }            // good
13314     if (p != 0) { ... }       // redundant !=0, bad: don't use 0 for pointers
13315     if (p != nullptr) { ... } // redundant !=nullptr, not recommended
13317 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13318 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13320 ##### Example
13322 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13324     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13326     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13328 ##### Example
13330 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13331 For example:
13333     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13335 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13337 ##### Note
13339 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13340 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13341 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13342 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13344     void f(int i)
13345     {
13346         if (i)            // suspect
13347         // ...
13348         if (i == success) // possibly better
13349         // ...
13350     }
13352 Always remember that an integer can have more than two values.
13354 ##### Example, bad
13356 It has been noted that
13358     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13360 is a common beginners error.
13361 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13362 Being verbose and writing
13364     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13366 would not in itself save you.
13368 ##### Note
13370 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13372     // These all mean "if p is nullptr"
13373     if (!p) { ... }           // good
13374     if (p == 0) { ... }       // redundant == 0, bad: don't use 0 for pointers
13375     if (p == nullptr) { ... } // redundant == nullptr, not recommended
13377 ##### Enforcement
13379 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13383 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13385 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13387 ##### Reason
13389 Avoid wrong results.
13391 ##### Example
13393     int x = -3;
13394     unsigned int y = 7;
13396     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13397     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13398     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13400 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13402 ##### Note
13404 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13405 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13407 ##### Enforcement
13409 * Compilers already know and sometimes warn.
13410 * (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`.
13413 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13415 ##### Reason
13417 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13419 ##### Example
13421     unsigned char x = 0b1010'1010;
13422     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13424 ##### Note
13426 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
13427 However, if you want modulo arithmetic add
13428 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13429 can be surprising for many programmers.
13431 ##### Enforcement
13433 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13434 * ???
13436 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13438 ##### Reason
13440 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13441 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13443 ##### Example
13445 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13446 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13448     template<typename T, typename T2>
13449     T subtract(T x, T2 y)
13450     {
13451         return x - y;
13452     }
13454     void test()
13455     {
13456         int s = 5;
13457         unsigned int us = 5;
13458         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13459         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13460         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13461         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13462         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13463         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13464     }
13466 Here we have been very explicit about what's happening,
13467 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`?
13469 ##### Exception
13471 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13472 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13473 is going to be surprising for many programmers.
13475 ##### Example
13477 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13478 The built-in array uses signed types for subscripts.
13479 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13481     int a[10];
13482     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13483     vector<int> v(10);
13484     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13485     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13487     int a2[-2];         // error: negative size
13489     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13490     vector<int> v2(-2);
13492  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13494 ##### Enforcement
13496 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13497 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13498 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13499 * (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`.
13502 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13504 ##### Reason
13506 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13507 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13509 ##### Example, bad
13511     int a[10];
13512     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13514     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13515         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13517 ##### Example, bad
13519     int n = numeric_limits<int>::max();
13520     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13522 ##### Example, bad
13524     int area(int h, int w) { return h * w; }
13526     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13528 ##### Exception
13530 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13532 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13534 ##### Enforcement
13538 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13540 ##### Reason
13542 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13544 ##### Example, bad
13546     int a[10];
13547     a[-2] = 7;   // bad
13549     int n = 101;
13550     while (n--)
13551         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13553 ##### Exception
13555 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13557 ##### Enforcement
13561 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13563 ##### Reason
13565 The result is undefined and probably a crash.
13567 ##### Note
13569 This also applies to `%`.
13571 ##### Example, bad
13573     int divide(int a, int b)
13574     {
13575         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13576         return a / b;
13577     }
13579 ##### Example, good
13581     int divide(int a, int b)
13582     {
13583         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13584         Expects(b != 0);
13585         return a / b;
13586     }
13588     double divide(double a, double b)
13589     {
13590         // good, address via using double instead
13591         return a / b;
13592     }
13594 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13596 ##### Enforcement
13598 * Flag division by an integral value that could be zero
13601 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13603 ##### Reason
13605 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13606 can suppress warnings related to overflow,
13607 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13608 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13610 ##### Example
13612     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13613     int i1 = -2;
13614     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13615     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13617 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13618 Consider:
13620     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13621     // ...
13622     int height;
13623     cin >> height;
13624     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13626 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13627 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13629 ##### Example
13631     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13632     unsigned short x = 100;
13633     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13635 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13637 ##### Alternatives
13639 * use signed integers and check for `x >= 0`
13640 * use a positive integer type
13641 * use an integer subrange type
13642 * `Assert(-1 < x)`
13644 For example
13646     struct Positive {
13647         int val;
13648         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13649         operator int() { return val; }
13650     };
13652     int f(Positive arg) { return arg; }
13654     int r1 = f(2);
13655     int r2 = f(-2);  // throws
13657 ##### Note
13661 ##### Enforcement
13663 See ES.100 Enforcements.
13666 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13668 ##### Reason
13670 To avoid signed/unsigned confusion.
13671 To enable better optimization.
13672 To enable better error detection.
13673 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13675 ##### Example, bad
13677     vector<int> vec = /*...*/;
13679     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13680         cout << vec[i] << '\n';
13681     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13682         cout << vec[i] << '\n';
13683     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13684         cout << vec[i] << '\n';
13685     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13686         cout << vec[i] << '\n';
13687     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13688         cout << vec[i] << '\n';
13689     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13690         cout << vec[i] << '\n';
13692 ##### Example, good
13694     vector<int> vec = /*...*/;
13696     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13697         cout << vec[i] << '\n';
13698     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13699         cout << vec[i] << '\n';
13701 ##### Note
13703 The built-in array allows signed subscripts.
13704 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13705 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).
13706 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`.
13708 ##### Example
13710     template<typename T>
13711     struct My_container {
13712     public:
13713         // ...
13714         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13715         // ...
13716     };
13718 ##### Example
13720     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13722 ##### Alternatives
13724 Alternatives for users
13726 * use algorithms
13727 * use range-for
13728 * use iterators/pointers
13730 ##### Enforcement
13732 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13733 * (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`.
13738 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13740 ??? should this section be in the main guide???
13742 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13743 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.
13744 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13745 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13747 Performance rule summary:
13749 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13750 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13751 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13752 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13753 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13754 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13755 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13756 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13757 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13758 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13759 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13760 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13761 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13762 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13763 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13764 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13765 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13766 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13768 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13770 ##### Reason
13772 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13774 ##### Note
13776 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13780 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13782 ##### Reason
13784 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13788 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13790 ##### Reason
13792 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13794 ##### Note
13796 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13798 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13799 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13800 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13801 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13802 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13804 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13806 ##### Reason
13808 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13810 ##### Example, good
13812     // clear expression of intent, fast execution
13814     vector<uint8_t> v(100000);
13816     for (auto& c : v)
13817         c = ~c;
13819 ##### Example, bad
13821     // intended to be faster, but is often slower
13823     vector<uint8_t> v(100000);
13825     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13826         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13827         quad_word = ~quad_word;
13828     }
13830 ##### Note
13836 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13838 ##### Reason
13840 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13842 ##### Note
13848 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13850 ##### Reason
13852 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13853 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13855 ##### Note
13857 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13859 ##### Note
13861 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13862 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13863 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13864 Often, you will be surprised.
13868 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13870 ##### Reason
13872 Because we often need to optimize the initial design.
13873 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13875 ##### Example
13877 From the C (and C++) standard:
13879     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13881 When did you even want to sort memory?
13882 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13883 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13884 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13885 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13887     double data[100];
13888     // ... fill a ...
13890     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13891     // address data using the order defined by compare_doubles
13892     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13894 From the point of view of interface design, `qsort` throws away useful information.
13896 We can do better (in C++98)
13898     template<typename Iter>
13899         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13901     sort(data, data + 100);
13903 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13905 With C++20, we can do better still
13907     // sortable specifies that c must be a
13908     // random-access sequence of elements comparable with <
13909     void sort(sortable auto& c);
13911     sort(c);
13913 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13914 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13915 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13916 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criterion:
13918     // compare elements of c using r
13919     template<random_access_range R, class C> requires sortable<R, C>
13920     void sort(R&& r, C c);
13922 The standard-library specification of `sort` offers those two versions, and more.
13924 ##### Note
13926 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13927 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13928 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13929 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13931 * Information passing:
13932 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13933 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13934 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13935 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13936 * Function argument passing and return:
13937 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13938 Don't impose a resource management burden on your users.
13939 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13940 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13941 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13942 * Abstraction:
13943 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13944 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13945 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13946 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13947 The ideal is zero-overhead generalization.
13948 * Libraries:
13949 Use libraries with good interfaces.
13950 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13951 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13952 * Isolation:
13953 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13954 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13955 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13957 ##### Example
13959 Consider:
13961     template<class ForwardIterator, class T>
13962     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13964 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13965 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13967 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13968 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13970     template<class ForwardIterator, class T>
13971     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13973 `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.
13975 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13977     template<class ForwardIterator, class T>
13978     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13979     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13981 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13983     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13984     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13985         cout << *p << '\n';
13987 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13988 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13989 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13990 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13991 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13993 ##### Note
13995 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13996 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13998 ##### Note
14000 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
14001 High-level code isn't necessarily slow or bloated.
14003 ##### Note
14005 Things have costs.
14006 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
14007 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
14008 For example, have a rough idea of the cost of
14009 a memory access,
14010 a function call,
14011 a string comparison,
14012 a system call,
14013 a disk access,
14014 and a message through a network.
14016 ##### Note
14018 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
14019 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
14020 One question that can be useful is
14021 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
14023 ##### Note
14025 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
14026 It complements it, encouraging developers to enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
14028 ##### Enforcement
14030 Tricky.
14031 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
14033 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
14035 ##### Reason
14037 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.
14041 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
14043 ##### Reason
14045 To decrease code size and run time.
14046 To avoid data races by using constants.
14047 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
14049 ##### Example
14051     double square(double d) { return d*d; }
14052     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
14054     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
14055     {
14056             double m = 1;
14057             while (n--) m *= d;
14058             return m;
14059     }
14060     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
14062 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
14063 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
14065 * we suffer the overhead of a function call at run time
14066 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
14068 Note: you can't have a data race on a constant.
14070 ##### Example
14072 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
14074     constexpr int on_stack_max = 20;
14076     template<typename T>
14077     struct Scoped {     // store a T in Scoped
14078             // ...
14079         T obj;
14080     };
14082     template<typename T>
14083     struct On_heap {    // store a T on the free store
14084             // ...
14085             T* objp;
14086     };
14088     template<typename T>
14089     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
14090                         Scoped<T>,      // first alternative
14091                         On_heap<T>      // second alternative
14092                    >::type;
14094     void f()
14095     {
14096         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
14097         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
14098         // ...
14099     }
14101 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
14102 Here we compute the optimal type to use at compile time.
14103 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
14105 ##### Note
14107 The ideal is *not* to try to execute everything at compile time.
14108 Obviously, most computations depend on inputs, so they can't be moved to compile time,
14109 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
14110 and complicate debugging.
14111 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
14112 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.
14114 ##### Enforcement
14116 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
14117 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
14118 * Look for macros that could be constexpr.
14120 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
14124 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
14128 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
14132 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
14136 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
14138 ##### Reason
14140 Performance is typically dominated by memory access times.
14144 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
14148 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
14150 ##### Reason
14152 Performance is typically dominated by memory access times.
14156 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
14158 ##### Reason
14160 Performance is very sensitive to cache performance, and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
14162 ##### Example
14164     int matrix[rows][cols];
14166     // bad
14167     for (int c = 0; c < cols; ++c)
14168         for (int r = 0; r < rows; ++r)
14169             sum += matrix[r][c];
14171     // good
14172     for (int r = 0; r < rows; ++r)
14173         for (int c = 0; c < cols; ++c)
14174             sum += matrix[r][c];
14176 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
14180 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
14182 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
14183 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)
14184 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
14185 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
14187 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
14188 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
14189 the same memory. Concurrent programming is tricky,
14190 because protecting shared data between threads is easier said than done.
14191 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
14192 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
14193 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
14194 in a thread-friendly way.
14196 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
14197 in mind:
14199 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
14200   environment
14201 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
14202   standard library
14203 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
14204   the performance gains needed
14206 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
14207 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
14208 them, and there is much interest in making the writing of
14209 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
14210 guidance here to change significantly over time.
14212 This section needs a lot of work (obviously).
14213 Please note that we start with rules for relative non-experts.
14214 Real experts must wait a bit;
14215 contributions are welcome,
14216 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
14218 Concurrency and parallelism rule summary:
14220 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
14221 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
14222 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
14223 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
14224 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
14225 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
14227 **See also**:
14229 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
14230 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
14231 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
14232 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
14233 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
14234 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
14235 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
14237 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
14239 ##### Reason
14241 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
14242 Code gets reused.
14243 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
14244 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
14245 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
14247 ##### Example, bad
14249     double cached_computation(int x)
14250     {
14251         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
14252         static int cached_x = 0.0;
14253         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14255         if (cached_x != x) {
14256             cached_x = x;
14257             cached_result = computation(x);
14258         }
14259         return cached_result;
14260     }
14262 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.
14264 ##### Example, good
14266     struct ComputationCache {
14267         int cached_x = 0;
14268         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14270         double compute(int x) {
14271             if (cached_x != x) {
14272                 cached_x = x;
14273                 cached_result = computation(x);
14274             }
14275             return cached_result;
14276         }
14277     };
14279 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
14280 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
14281 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
14282 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
14283 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
14284 this is an application of the Single Responsibility Principle.
14286 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
14287 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
14288 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
14290 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
14291 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
14293 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
14294 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
14295 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
14296 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
14298 ##### Exception
14300 Code that is never run in a multi-threaded environment.
14302 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
14303 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
14304 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
14305 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.
14307 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
14309 ##### Reason
14311 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
14313 ##### Note
14315 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.
14316 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)).
14318 ##### Example, bad
14320 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14321 production software at this very moment. One very simple example:
14323     int get_id()
14324     {
14325       static int id = 1;
14326       return id++;
14327     }
14329 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14330 including:
14332 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14333   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14334   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14335   `id` plus one.
14336 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14337   same ID.
14339 Local static variables are a common source of data races.
14341 ##### Example, bad:
14343     void f(fstream& fs, regex pattern)
14344     {
14345         array<double, max> buf;
14346         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14347         gsl::span<double> s {buf};
14348         // ...
14349         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14350         // ...
14351         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14352         // ...
14353     }
14355 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14356 All data races are nasty.
14357 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14358 Not all data races are as easy to spot as this one.
14360 ##### Example, bad:
14362     // code not controlled by a lock
14364     unsigned val;
14366     if (val < 5) {
14367         // ... other thread can change val here ...
14368         switch (val) {
14369         case 0: // ...
14370         case 1: // ...
14371         case 2: // ...
14372         case 3: // ...
14373         case 4: // ...
14374         }
14375     }
14377 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14378 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.
14379 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14380 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;
14381 this can be a security risk.
14383 ##### Enforcement
14385 Some is possible, do at least something.
14386 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14387 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14388 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14389 We hope for better tools.
14390 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14392 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14394 * Avoid global data
14395 * Avoid `static` variables
14396 * More use of concrete types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14397 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14399 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14401 ##### Reason
14403 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14404 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14405 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14407 ##### Example
14409     bool validate(const vector<Reading>&);
14410     Graph<Temp_node> temperature_gradients(const vector<Reading>&);
14411     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14412     // ...
14414     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14415     {
14416         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14417         auto h2 = async([&] { return temperature_gradients(surface_readings); });
14418         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14419         // ...
14420         h1.get();
14421         auto v2 = h2.get();
14422         auto v3 = h3.get();
14423         // ...
14424     }
14426 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14427 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14429 ##### Note
14431 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14432 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14433 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14435 ##### Enforcement
14440 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14442 ##### Reason
14444 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14445 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14446 Application concepts are easier to reason about.
14448 ##### Example
14450     void some_fun(const std::string& msg)
14451     {
14452         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14453                                                                //      and more error-prone
14454         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14455         // ...
14456         publisher.join();
14457     }
14459 ##### Note
14461 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14462 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14463 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possible, built on top of standard-library facilities).
14465 ##### Enforcement
14469 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14471 ##### Reason
14473 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14474 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14475 It simply has nothing to do with concurrency.
14477 ##### Example, bad:
14479     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14481     Pool* use()
14482     {
14483         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14484     }
14486 Here we have a problem:
14487 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14488 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14489 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14491     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14493     Pool* use()
14494     {
14495         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14496     }
14498 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14500 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14502     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14504     Pool* use()
14505     {
14506         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14507     }
14509 Now the `--` operation is atomic,
14510 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14512 ##### Alternative
14514 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14515 Use a `mutex` for more complicated examples.
14517 ##### See also
14519 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14521 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14523 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14524 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14525 than they are at finding errors in sequential code.
14526 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption, deadlocks, and security vulnerabilities.
14528 ##### Example
14530     ???
14532 ##### Note
14534 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14535 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14536 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14537 but we can mention:
14539 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14540 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14541 have some support for static annotation of thread safety properties.
14542 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14543 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14544 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14545 cases that should have been caught but were allowed.
14547 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14548 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14549 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14550 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14551 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unit tests that operate on multiple threads.
14552 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14553 but it can only identify races seen in a given execution.
14555 ##### Enforcement
14557 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular application.
14559 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14561 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14563 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14564 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14565 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14566 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14568 Concurrency rule summary:
14570 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14571 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14572 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14573 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14574 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14575 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14576 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14577 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14578 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14579 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14580 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14581 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14582 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14583 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14584 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14585 * ??? when to use a spinlock
14586 * ??? when to use `try_lock()`
14587 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14588 * ??? Time multiplexing
14589 * ??? when/how to use `new thread`
14591 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14593 ##### Reason
14595 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14597 ##### Example, bad
14599     mutex mtx;
14601     void do_stuff()
14602     {
14603         mtx.lock();
14604         // ... do stuff ...
14605         mtx.unlock();
14606     }
14608 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14610     mutex mtx;
14612     void do_stuff()
14613     {
14614         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14615         // ... do stuff ...
14616     }
14618 ##### Enforcement
14620 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14623 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14625 ##### Reason
14627 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14629 ##### Example
14631 This is asking for deadlock:
14633     // thread 1
14634     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14635     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14637     // thread 2
14638     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14639     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14641 Instead, use `lock()`:
14643     // thread 1
14644     lock(m1, m2);
14645     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14646     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14648     // thread 2
14649     lock(m2, m1);
14650     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14651     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14653 or (better, but C++17 only):
14655     // thread 1
14656     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14658     // thread 2
14659     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14661 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14663 ##### Note
14665 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14666 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14668 ##### Note
14670 In C++17 it's possible to write plain
14672     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14674 and have the `mutex` type deduced.
14676 ##### Enforcement
14678 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14679 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14682 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14684 ##### Reason
14686 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14688 ##### Example
14690     void do_this(Foo* p)
14691     {
14692         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14693         // ... do something ...
14694         p->act(my_data);
14695         // ...
14696     }
14698 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),
14699 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14700 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14702 ##### Example
14704 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.
14705 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14707     recursive_mutex my_mutex;
14709     template<typename Action>
14710     void do_something(Action f)
14711     {
14712         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14713         // ... do something ...
14714         f(this);    // f will do something to *this
14715         // ...
14716     }
14718 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14720 ##### Enforcement
14722 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14723 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14726 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14728 ##### Reason
14730 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14731 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14733 ##### Example
14735     void f(int* p)
14736     {
14737         // ...
14738         *p = 99;
14739         // ...
14740     }
14741     int glob = 33;
14743     void some_fct(int* p)
14744     {
14745         int x = 77;
14746         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14747         joining_thread t1(f, p);            // OK
14748         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14749         auto q = make_unique<int>(99);
14750         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14751         // ...
14752     }
14754 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14755 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14756 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14757 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14759 ##### Enforcement
14761 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14762 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14764 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14766 ##### Reason
14768 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14769 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14771 ##### Example
14773     void f(int* p)
14774     {
14775         // ...
14776         *p = 99;
14777         // ...
14778     }
14780     int glob = 33;
14782     void some_fct(int* p)
14783     {
14784         int x = 77;
14785         std::thread t0(f, &x);           // bad
14786         std::thread t1(f, p);            // bad
14787         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14788         auto q = make_unique<int>(99);
14789         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14790         // ...
14791         t0.detach();
14792         t1.detach();
14793         t2.detach();
14794         t3.detach();
14795         // ...
14796     }
14798 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14799 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14800 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14801 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14803 ##### Note
14805 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14806 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14807 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14809 ##### Note
14811 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14812 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14813 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14816 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14817 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;
14818 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14820 ##### Enforcement
14822 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14824 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14826 ##### Reason
14828 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14829 Detached threads are hard to monitor.
14830 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14832 ##### Example, bad
14834     void f() { std::cout << "Hello "; }
14836     struct F {
14837         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14838     };
14840     int main()
14841     {
14842         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14843         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14844     }  // spot the bugs
14846 ##### Example
14848     void f() { std::cout << "Hello "; }
14850     struct F {
14851         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14852     };
14854     int main()
14855     {
14856         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14857         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14859         t1.join();
14860         t2.join();
14861     }  // one bad bug left
14863 ##### Note
14865 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14866 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14868 ##### Note
14870 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14872 ##### Enforcement
14874 Flag uses of `std::thread`:
14876 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14877 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14878 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14880 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14882 ##### Reason
14884 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14885 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14886 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14888 ##### Example
14890     void heartbeat();
14892     void use()
14893     {
14894         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14895         t.detach();
14896         // ...
14897     }
14899 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14900 There are problems, though.
14901 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14902 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14903 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14904 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14906 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14907 For example:
14909     void heartbeat();
14911     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14913 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14915 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14917     void heartbeat();
14919     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14921     void use()
14922     {
14923         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14924         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14925         // ...
14926     }
14928 #### Enforcement
14930 Flag `detach()`.
14933 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14935 ##### Reason
14937 A small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14938 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14940 ##### Note
14942 Defining "small amount" precisely is impossible.
14944 ##### Example
14946     string modify1(string);
14947     void modify2(string&);
14949     void fct(string& s)
14950     {
14951         auto res = async(modify1, s);
14952         async(modify2, s);
14953     }
14955 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14956 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14957 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14958 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14959 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14960 is probably not a good idea.
14962 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14963 message passing or shared memory.
14965 ##### Enforcement
14970 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14972 ##### Reason
14974 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14975 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14976 safe way to ensure proper deletion.
14978 ##### Example
14980     ???
14982 ##### Note
14984 * 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.
14985 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14986 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14988 ##### Enforcement
14993 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14995 ##### Reason
14997 Context switches are expensive.
14999 ##### Example
15001     ???
15003 ##### Enforcement
15008 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
15010 ##### Reason
15012 Thread creation is expensive.
15014 ##### Example
15016     void worker(Message m)
15017     {
15018         // process
15019     }
15021     void dispatcher(istream& is)
15022     {
15023         for (Message m; is >> m; )
15024             run_list.push_back(new thread(worker, m));
15025     }
15027 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
15029 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
15031     Sync_queue<Message> work;
15033     void dispatcher(istream& is)
15034     {
15035         for (Message m; is >> m; )
15036             work.put(m);
15037     }
15039     void worker()
15040     {
15041         for (Message m; m = work.get(); ) {
15042             // process
15043         }
15044     }
15046     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
15047     {
15048         joining_thread w1 {worker};
15049         joining_thread w2 {worker};
15050         joining_thread w3 {worker};
15051         joining_thread w4 {worker};
15052     }
15054 ##### Note
15056 If your system has a good thread pool, use it.
15057 If your system has a good message queue, use it.
15059 ##### Enforcement
15064 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
15066 ##### Reason
15068 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
15070 ##### Example, bad
15072     std::condition_variable cv;
15073     std::mutex mx;
15075     void thread1()
15076     {
15077         while (true) {
15078             // do some work ...
15079             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15080             cv.notify_one();    // wake other thread
15081         }
15082     }
15084     void thread2()
15085     {
15086         while (true) {
15087             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15088             cv.wait(lock);    // might block forever
15089             // do work ...
15090         }
15091     }
15093 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
15095 ##### Example
15097     template<typename T>
15098     class Sync_queue {
15099     public:
15100         void put(const T& val);
15101         void put(T&& val);
15102         void get(T& val);
15103     private:
15104         mutex mtx;
15105         condition_variable cond;    // this controls access
15106         list<T> q;
15107     };
15109     template<typename T>
15110     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
15111     {
15112         lock_guard<mutex> lck(mtx);
15113         q.push_back(val);
15114         cond.notify_one();
15115     }
15117     template<typename T>
15118     void Sync_queue<T>::get(T& val)
15119     {
15120         unique_lock<mutex> lck(mtx);
15121         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
15122         val = q.front();
15123         q.pop_front();
15124     }
15126 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
15127 it will immediately go back to sleep, waiting.
15129 ##### Enforcement
15131 Flag all `wait`s without conditions.
15134 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
15136 ##### Reason
15138 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
15139 and `thread` suspension and resumption are expensive.
15141 ##### Example
15143     void do_something() // bad
15144     {
15145         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15146         do0();  // preparation: does not need lock
15147         do1();  // transaction: needs locking
15148         do2();  // cleanup: does not need locking
15149     }
15151 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
15152 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
15153 We could rewrite this to
15155     void do_something() // bad
15156     {
15157         do0();  // preparation: does not need lock
15158         my_lock.lock();
15159         do1();  // transaction: needs locking
15160         my_lock.unlock();
15161         do2();  // cleanup: does not need locking
15162     }
15164 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
15165 Instead, add a block for the critical section:
15167     void do_something() // OK
15168     {
15169         do0();  // preparation: does not need lock
15170         {
15171             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15172             do1();  // transaction: needs locking
15173         }
15174         do2();  // cleanup: does not need locking
15175     }
15177 ##### Enforcement
15179 Impossible in general.
15180 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
15183 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
15185 ##### Reason
15187 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
15189 ##### Example
15191     unique_lock<mutex>(m1);
15192     lock_guard<mutex> {m2};
15193     lock(m1, m2);
15195 This looks innocent enough, but it isn't.
15197 ##### Enforcement
15199 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
15203 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
15205 ##### Reason
15207 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.
15209 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
15210 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
15212 ##### Example
15214     struct Record {
15215         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
15216         // ...
15217     };
15219     class MyClass {
15220         struct DataRecord {
15221            // ...
15222         };
15223         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
15224     };
15226 ##### Enforcement
15228 ??? Possible?
15231 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
15233 This section focuses on uses of coroutines.
15235 Coroutine rule summary:
15237 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
15238 * [CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points](#Rcoro-locks)
15239 * [CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference](#Rcoro-reference-parameters)
15241 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
15243 ##### Reason
15245 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.
15247 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.
15249 ##### Example, Bad
15251     int value = get_value();
15252     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15253     {
15254       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
15255       {
15256         co_await something();
15257         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
15258         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
15259       };
15260       lambda();
15261     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15263 ##### Example, Better
15265     int value = get_value();
15266     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15267     {
15268       // take as by-value parameter instead of as a capture
15269       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
15270       {
15271         co_await something();
15272         // sharedFoo and value are still valid at this point
15273       };
15274       lambda(sharedFoo, value);
15275     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15277 ##### Example, Best
15279 Use a function for coroutines.
15281     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
15282     {
15283       co_await something();
15284       // sharedFoo and value are still valid at this point
15285     }
15287     void SomeOtherFunction()
15288     {
15289       int value = get_value();
15290       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15291       do_something(value, sharedFoo);
15292     }
15294 ##### Enforcement
15296 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
15299 ### <a name="Rcoro-locks"></a>CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points
15301 ##### Reason
15303 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.
15305 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.
15307 ##### Example, Bad
15309     std::mutex g_lock;
15311     std::future<void> Class::do_something()
15312     {
15313         std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15314         co_await something(); // DANGER: coroutine has suspended execution while holding a lock
15315         co_await somethingElse();
15316     }
15318 ##### Example, Good
15320     std::mutex g_lock;
15322     std::future<void> Class::do_something()
15323     {
15324         {
15325             std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15326             // modify data protected by lock
15327         }
15328         co_await something(); // OK: lock has been released before coroutine suspends
15329         co_await somethingElse();
15330     }
15333 ##### Note
15335 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.
15337 ##### Enforcement
15339 Flag all lock guards that are not destructed before a coroutine suspends.
15341 ### <a name="Rcoro-reference-parameters"></a>CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference
15343 ##### Reason
15345 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.
15347 ##### Example, Bad
15349     std::future<int> Class::do_something(const std::shared_ptr<int>& input)
15350     {
15351         co_await something();
15353         // DANGER: the reference to input may no longer be valid and may be freed memory
15354         co_return *input + 1;
15355     }
15357 ##### Example, Good
15359     std::future<int> Class::do_something(std::shared_ptr<int> input)
15360     {
15361         co_await something();
15362         co_return *input + 1; // input is a copy that is still valid here
15363     }
15365 ##### Note
15367 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.
15369 ##### Note
15371 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.
15373 ##### Enforcement
15375 Flag all reference parameters to a coroutine.
15377 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
15379 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
15381 Parallelism rule summary:
15383 * ???
15384 * ???
15385 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
15386 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
15390 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
15392 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.
15393 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
15394 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
15395 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
15397 Message passing rules summary:
15399 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15400 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15401 * message queues
15402 * messaging libraries
15404 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15406 ??? 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?
15409 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15411 ##### Reason
15413 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15414 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15416 ##### Example
15418     ???
15420 ##### Note
15424 ##### Enforcement
15428 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15430 ##### Reason
15432 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15433 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15434 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15436 ##### Example
15438     int read_value(const std::string& filename)
15439     {
15440         std::ifstream in(filename);
15441         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15442         int value;
15443         in >> value;
15444         return value;
15445     }
15447     void async_example()
15448     {
15449         try {
15450             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15451             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15452             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15453         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15454             // handle exception here
15455         }
15456     }
15458 ##### Note
15460 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15461 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15462 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15463 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15465 ##### Example (bad)
15467 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15468 at avoiding raw `std::thread` management.
15470     void async_example()
15471     {
15472         std::promise<int> p1;
15473         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15474         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15475             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15476         });
15477         t1.detach(); // evil
15479         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15480         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15481         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15483         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15484     }
15486 ##### Example (good)
15488 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15489 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15490 use in production.
15492     void async_example(WorkQueue& wq)
15493     {
15494         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15495             return read_value("v1.txt");
15496         });
15497         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15498             return read_value("v2.txt");
15499         });
15500         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15501     }
15503 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15504 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15505 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15507 ##### Enforcement
15512 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15514 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15515 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15516 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15517 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15519 Vectorization rule summary:
15521 * ???
15522 * ???
15524 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15526 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15527 Furthermore, it can lead to deadlock.
15528 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15529 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15530 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15532 Lock-free programming rule summary:
15534 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15535 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15536 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15537 * how/when to use atomics
15538 * avoid starvation
15539 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15540 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15541 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15542 * how/when to compare and swap
15545 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15547 ##### Reason
15549 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15551 ##### Example, bad
15553     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15555     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15556     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15558     do {
15559         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15560         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15561     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15563 Spot the bug.
15564 It would be really hard to find through testing.
15565 Read up on the ABA problem.
15567 ##### Exception
15569 [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.
15571 ##### Note
15573 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15575 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15578 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15580 ##### Reason
15582 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15583 the areas where the most subtle portability problems occur.
15584 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15586 ##### Note
15588 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15589 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15590 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15591 "Don't fly too close to the sun."
15593 ##### Enforcement
15595 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15598 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15600 ##### Reason
15602 With the exception of atomics and a few other standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15603 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15605 ##### References
15607 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15608 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15609 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15610 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15611 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15612 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15613 * 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.
15614 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15615 * 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.
15616 * Maurice Herlihy, Nir Shavit, Victor Luchangco, Michael Spear, "The Art of Multiprocessor Programming", 2nd ed. September 2020
15618 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15620 ##### Reason
15622 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.
15624 ##### Example
15626 Example with std::call_once.
15628     void f()
15629     {
15630         static std::once_flag my_once_flag;
15631         std::call_once(my_once_flag, []()
15632         {
15633             // do this only once
15634         });
15635         // ...
15636     }
15638 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15640     void f()
15641     {
15642         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15643         static My_class my_object; // Constructor called only once
15644         // ...
15645     }
15647     class My_class
15648     {
15649     public:
15650         My_class()
15651         {
15652             // do this only once
15653         }
15654     };
15656 ##### Enforcement
15658 ??? Is it possible to detect the idiom?
15661 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15663 ##### Reason
15665 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.
15667 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.
15669 ##### Example, bad
15671 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)
15673     mutex action_mutex;
15674     volatile bool action_needed;
15676     if (action_needed) {
15677         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15678         if (action_needed) {
15679             take_action();
15680             action_needed = false;
15681         }
15682     }
15684 ##### Example, good
15686     mutex action_mutex;
15687     atomic<bool> action_needed;
15689     if (action_needed) {
15690         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15691         if (action_needed) {
15692             take_action();
15693             action_needed = false;
15694         }
15695     }
15697 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15699     mutex action_mutex;
15700     atomic<bool> action_needed;
15702     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15703         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15704         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15705             take_action();
15706             action_needed.store(false, memory_order_release);
15707         }
15708     }
15710 ##### Enforcement
15712 ??? Is it possible to detect the idiom?
15715 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15717 These rules defy simple categorization:
15719 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15720 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15722 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15724 ##### Reason
15726 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15728 ##### Example
15730     const volatile long clock;
15732 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15733 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15734 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:
15736     long t1 = clock;
15737     // ... no use of clock here ...
15738     long t2 = clock;
15740 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15742 ##### Note
15744 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15746 ##### Example
15748 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15750     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15751         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15752         // volatile says "treat this with extra respect"
15754 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15756     static volatile long vl;
15757     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15759 ##### Example, bad
15761 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15762 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15764     void f()
15765     {
15766         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15767         // etc.
15768     }
15770     class My_type {
15771         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15772         // etc.
15773     };
15775 ##### Note
15777 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15779 ##### Enforcement
15781 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15782 * ???
15784 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15786 ???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")
15789 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15791 Error handling involves:
15793 * Detecting an error
15794 * Transmitting information about an error to some handler code
15795 * Preserving a valid state of the program
15796 * Avoiding resource leaks
15798 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.
15800 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15802 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15803 * Resource leaks (including memory leaks)
15804 * Bounds errors
15805 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after it has been `delete`d)
15806 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15807 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15809 Error-handling rule summary:
15811 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15812 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15813 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15814 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15815 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15816 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15817 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15818 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15820 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15821 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15822 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15823 * [E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15824 * [E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail](#Re-never-fail)
15825 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15826 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15827 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15829 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15830 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15831 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15832 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15834 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15835 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15837 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15839 ##### Reason
15841 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15843 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15845 ##### Reason
15847 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15849 ##### Example
15851     struct Foo {
15852         vector<Thing> v;
15853         File_handle f;
15854         string s;
15855     };
15857     void use()
15858     {
15859         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15860         // ...
15861     }
15863 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.
15864 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15865 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15866 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15867 Note that there is no return value that could contain an error code.
15869 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15871     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15872         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15873     {
15874         if (!f)
15875             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15876     }
15878 ##### Note
15880 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15881 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15882 Examples:
15884 * A precondition that cannot be met
15885 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15886 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15887 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15889 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15890 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15892 ##### Note
15894 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15896 ##### Exception
15898 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`.
15900 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15902 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15904 ##### Note
15906 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15907 they have their own complexities and problems.
15908 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15910 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15912 ##### Reason
15914 To keep error handling separated from "ordinary code."
15915 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15917 ##### Example, don't
15919     // don't: exception not used for error handling
15920     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15921     {
15922         try {
15923             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15924                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15925         }
15926         catch (int i) {
15927             return i;
15928         }
15929         return -1;   // not found
15930     }
15932 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15933 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15935 ##### Enforcement
15937 Would need to be heuristic.
15938 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15940 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15942 ##### Reason
15944 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.
15946 ##### Note
15948 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.
15950 ##### Enforcement
15954 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15956 ##### Reason
15958 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15959 Not all member functions can be called.
15961 ##### Example
15963     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15964         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15965     public:
15966         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15967         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15968         ~Vector() { delete [] elem; }
15969         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15970         // ...
15971     private:
15972         owner<double*> elem;
15973         int sz;
15974     };
15976 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15977 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15978 The operators, notably the subscript operator, rely on the invariant.
15980 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
15982 ##### Enforcement
15984 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
15986 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
15988 ##### Reason
15990 Leaks are typically unacceptable.
15991 Manual resource release is error-prone.
15992 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
15994 ##### Example
15996     void f1(int i)   // Bad: possible leak
15997     {
15998         int* p = new int[12];
15999         // ...
16000         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16001         // ...
16002     }
16004 We could carefully release the resource before the throw:
16006     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
16007     {
16008         int* p = new int[12];
16009         // ...
16010         if (i < 17) {
16011             delete[] p;
16012             throw Bad{"in f()", i};
16013         }
16014         // ...
16015     }
16017 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
16019     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16020     {
16021         auto p = make_unique<int[]>(12);
16022         // ...
16023         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16024         // ...
16025     }
16027 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
16029     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16030     {
16031         auto p = make_unique<int[]>(12);
16032         // ...
16033         helper(i);   // might throw
16034         // ...
16035     }
16037 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
16039     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
16040     {
16041         vector<int> v(12);
16042         // ...
16043         helper(i);   // might throw
16044         // ...
16045     }
16047 That's even simpler and safer, and often more efficient.
16049 ##### Note
16051 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
16052 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
16054 ##### Note
16056 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
16057 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
16058 We know of only a few good reasons:
16060 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
16061 * 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.
16062 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
16063   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
16064 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
16065 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
16066 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
16067 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
16069 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
16070 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
16071 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
16072 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
16074     void f()
16075     {
16076         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
16077         if (!vs.valid()) {
16078             // handle error or exit
16079         }
16081         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
16082         if (!fs.valid()) {
16083             // handle error or exit
16084         }
16086         // ...
16087     } // destructors clean up as usual
16089 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
16090 Prefer to use exceptions.
16092 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
16094 ##### Enforcement
16098 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
16100 ##### Reason
16102 To avoid interface errors.
16104 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
16106 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
16108 ##### Reason
16110 To avoid interface errors.
16112 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
16114 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
16116 ##### Reason
16118 To make error handling systematic, robust, and efficient.
16120 ##### Example
16122     double compute(double d) noexcept
16123     {
16124         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
16125     }
16127 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
16128 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`.
16130 ##### Note
16132 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
16134 ##### Example
16136     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
16137     {
16138         vector<double> v2(v.size());
16139         // ... do something ...
16140     }
16142 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
16143 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.
16145 ##### Note
16147 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
16149 ##### See also
16151 [discussion](#Sd-noexcept).
16153 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
16155 ##### Reason
16157 That would be a leak.
16159 ##### Example
16161     void leak(int x)   // don't: might leak
16162     {
16163         auto p = new int{7};
16164         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
16165         // ...
16166         delete p;   // we might never get here
16167     }
16169 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
16171     void no_leak(int x)
16172     {
16173         auto p = make_unique<int>(7);
16174         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
16175         // ...
16176         // no need for delete p
16177     }
16179 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
16181     void no_leak_simplified(int x)
16182     {
16183         vector<int> v(7);
16184         // ...
16185     }
16187 ##### Note
16189 If you have a local "thing" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
16190 also be done before a `throw`.
16191 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
16193 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
16195 ##### Reason
16197 A user-defined type can better transmit information about an error to a handler.  Information
16198 can be encoded into the type itself and the type is unlikely to clash with other people's exceptions.
16200 ##### Example
16202     throw 7; // bad
16204     throw "something bad";  // bad
16206     throw std::exception{}; // bad - no info
16208 Deriving from `std::exception` gives the flexibility to catch the specific exception or handle generally through `std::exception`:
16210     class MyException : public std::runtime_error
16211     {
16212     public:
16213         MyException(const string& msg) : std::runtime_error{msg} {}
16214         // ...
16215     };
16217     // ...
16219     throw MyException{"something bad"};  // good
16221 Exceptions do not need to be derived from `std::exception`:
16223     class MyCustomError final {};  // not derived from std::exception
16225     // ...
16227     throw MyCustomError{};  // good - handlers must catch this type (or ...)
16229 Library types derived from `std::exception` can be used as generic exceptions if
16230 no useful information can be added at the point of detection:
16232     throw std::runtime_error("someting bad"); // good
16234     // ...
16236     throw std::invalid_argument("i is not even"); // good
16238 `enum` classes are also allowed:
16240     enum class alert {RED, YELLOW, GREEN};
16242     throw alert::RED; // good
16244 ##### Enforcement
16246 Catch `throw` of built-in types and `std::exception`.
16248 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference
16250 ##### Reason
16252 Throwing by value (not by pointer) and catching by reference prevents copying, especially slicing base subobjects.
16254 ##### Example; bad
16256     void f()
16257     {
16258         try {
16259             // ...
16260             throw new widget{}; // don't: throw by value not by raw pointer
16261             // ...
16262         }
16263         catch (base_class e) {  // don't: might slice
16264             // ...
16265         }
16266     }
16268 Instead, use a reference:
16270     catch (base_class& e) { /* ... */ }
16272 or - typically better still - a `const` reference:
16274     catch (const base_class& e) { /* ... */ }
16276 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
16278 ##### Note
16280 Catch by value can be appropriate for a small value type such as an `enum` value.
16282 ##### Note
16284 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.)
16286 ##### Enforcement
16288 * Flag catching by value of a type that has a virtual function.
16289 * Flag throwing raw pointers.
16291 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail
16293 ##### Reason
16295 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.
16297 ##### Example, don't
16299     class Connection {
16300         // ...
16301     public:
16302         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
16303         {
16304             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
16305             // ...
16306         }
16307     };
16309 ##### Note
16311 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
16312 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
16313 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
16314 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
16315 to be examined by a regular sweep of the system state.
16316 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
16318 ##### Note
16320 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.
16322 ##### Note
16324 * Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`.
16325 * `swap` functions must be `noexcept`.
16326 * Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
16327 * Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
16328 * 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.
16329 * 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.
16331 ##### Enforcement
16333 * Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
16334 * Catch such operations that are not `noexcept`.
16336 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
16338 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
16340 ##### Reason
16342 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
16343 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
16344 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
16346 ##### Example, don't
16348     void f()   // bad
16349     {
16350         try {
16351             // ...
16352         }
16353         catch (...) {
16354             // no action
16355             throw;   // propagate exception
16356         }
16357     }
16359 ##### Enforcement
16361 * Flag nested try-blocks.
16362 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
16364 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
16366 ##### Reason
16368  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
16369  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
16371 ##### Example, Bad
16373     void f(zstring s)
16374     {
16375         Gadget* p;
16376         try {
16377             p = new Gadget(s);
16378             // ...
16379             delete p;
16380         }
16381         catch (Gadget_construction_failure) {
16382             delete p;
16383             throw;
16384         }
16385     }
16387 This code is messy.
16388 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16389 Not all exceptions are handled.
16390 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16391 Better:
16393     void f2(zstring s)
16394     {
16395         Gadget g {s};
16396     }
16398 ##### Alternatives
16400 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16401 * [`finally`](#Re-finally)
16403 ##### Enforcement
16405 ??? hard, needs a heuristic
16407 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16409 ##### Reason
16411 `finally` from the [GSL](#S-gsl) is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16413 ##### Example
16415     void f(int n)
16416     {
16417         void* p = malloc(n);
16418         auto _ = gsl::finally([p] { free(p); });
16419         // ...
16420     }
16422 ##### Note
16424 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16425 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16426 Consider `finally` a last resort.
16428 ##### Note
16430 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16431 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16433 ##### Enforcement
16435 Heuristic: Detect `goto exit;`
16437 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16439 ##### Reason
16441 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16443 ##### Note
16445 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16446 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16447 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16448 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16450 A lot of fear of exceptions is misguided.
16451 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16452 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16453 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16454 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16455 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.
16456 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16457 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16459 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16460 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16461 or have such a rat's nest of old-style code
16462 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16463 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16465 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16466 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16467 If performance is your worry, measure.
16469 ##### Example
16471 Assume you wanted to write
16473     void func(zstring arg)
16474     {
16475         Gadget g {arg};
16476         // ...
16477     }
16479 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16480 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16482     error_indicator func(zstring arg)
16483     {
16484         Gadget g {arg};
16485         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16486         // ...
16487         return 0;   // zero indicates "good"
16488     }
16490 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]]`.
16492 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16494 ##### Enforcement
16496 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16498 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16500 ##### Reason
16502 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16504 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16506 ##### Note
16508 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16509 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16510 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16512 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16513 say from hardware failures.
16514 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16516 ##### Example
16518     void f(int n)
16519     {
16520         // ...
16521         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16522         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16523         // ...
16524     }
16526 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16528     void f(int n)
16529     {
16530         // ...
16531         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16532         // ...
16533     }
16535 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16537 ##### Enforcement
16539 Awkward
16541 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16543 ##### Reason
16545 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16547 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16549 ##### Note
16551 There are several issues to be addressed:
16553 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16554 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16555 * What do you use as an error indicator?
16557 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16558 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16559 or a pair of values can be returned.
16561 ##### Example
16563     Gadget make_gadget(int n)
16564     {
16565         // ...
16566     }
16568     void user()
16569     {
16570         Gadget g = make_gadget(17);
16571         if (!g.valid()) {
16572                 // error handling
16573         }
16574         // ...
16575     }
16577 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16578 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16580 ##### Example
16582 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16583 In that case, we must return a pair of values.
16584 For example:
16586     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16587     {
16588         // ...
16589     }
16591     void user()
16592     {
16593         auto r = make_gadget(17);
16594         if (!r.second) {
16595                 // error handling
16596         }
16597         Gadget& g = r.first;
16598         // ...
16599     }
16601 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16602 Some people prefer a specific type.
16603 For example:
16605     Gval make_gadget(int n)
16606     {
16607         // ...
16608     }
16610     void user()
16611     {
16612         auto r = make_gadget(17);
16613         if (!r.err) {
16614                 // error handling
16615         }
16616         Gadget& g = r.val;
16617         // ...
16618     }
16620 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16621 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16623 ##### Example
16625 In general, you must clean up before an error exit.
16626 This can be messy:
16628     std::pair<int, error_indicator> user()
16629     {
16630         Gadget g1 = make_gadget(17);
16631         if (!g1.valid()) {
16632             return {0, g1_error};
16633         }
16635         Gadget g2 = make_gadget(31);
16636         if (!g2.valid()) {
16637             cleanup(g1);
16638             return {0, g2_error};
16639         }
16641         // ...
16643         if (all_foobar(g1, g2)) {
16644             cleanup(g2);
16645             cleanup(g1);
16646             return {0, foobar_error};
16647         }
16649         // ...
16651         cleanup(g2);
16652         cleanup(g1);
16653         return {res, 0};
16654     }
16656 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16657 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):
16659     std::pair<int, error_indicator> user()
16660     {
16661         error_indicator err = 0;
16662         int res = 0;
16664         Gadget g1 = make_gadget(17);
16665         if (!g1.valid()) {
16666             err = g1_error;
16667             goto g1_exit;
16668         }
16670         {
16671             Gadget g2 = make_gadget(31);
16672             if (!g2.valid()) {
16673                 err = g2_error;
16674                 goto g2_exit;
16675             }
16677             if (all_foobar(g1, g2)) {
16678                 err = foobar_error;
16679                 goto g2_exit;
16680             }
16682             // ...
16684         g2_exit:
16685             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16686         }
16688     g1_exit:
16689         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16690         return {res, err};
16691     }
16693 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16694 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16695 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16697 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16699 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16701 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16703 ##### Enforcement
16705 Awkward.
16707 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16709 ##### Reason
16711 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16712 When did you last test the return value of `printf()`?
16714 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16716 ##### Example, bad
16718     int last_err;
16720     void f(int n)
16721     {
16722         // ...
16723         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16724         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16725         // ...
16726     }
16728 ##### Note
16730 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16732 ##### Enforcement
16734 Awkward.
16737 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16739 ##### Reason
16741 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16743 ##### Example
16745     int use(int arg)
16746         throw(X, Y)
16747     {
16748         // ...
16749         auto x = f(arg);
16750         // ...
16751     }
16753 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16754 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16755 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16756 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
16757 anything about or is in any way interested in.
16758 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably need to be modified.
16759 This quickly becomes unmanageable.
16760 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16761 This too, quickly becomes unmanageable.
16762 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16763 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16764 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.
16765 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16767 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16769 ##### Note
16771 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16772 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16774 ##### Note
16776 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16778 ##### Enforcement
16780 Flag every exception specification.
16782 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16784 ##### Reason
16786 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16788 ##### Example, bad
16790     void f()
16791     {
16792         // ...
16793         try {
16794                 // ...
16795         }
16796         catch (Base& b) { /* ... */ }
16797         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16798         catch (...) { /* ... */ }
16799         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16800     }
16802 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16803 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16805 ##### Enforcement
16807 Flag all "hiding handlers".
16809 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16811 You can't have a race condition on a constant.
16812 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16813 Interfaces that promise "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16815 Constant rule summary:
16817 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16818 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16819 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16820 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16821 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16823 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16825 ##### Reason
16827 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16828 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16830 ##### Example
16832     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16834     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16836 ##### Exception
16838 Function parameters passed by value are rarely mutated, but also rarely declared `const`.
16839 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function parameters.
16841     void f(const char* const p); // pedantic
16842     void g(const int i) { ... }  // pedantic
16844 Note that a function parameter is a local variable so changes to it are local.
16846 ##### Enforcement
16848 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16850 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16852 ##### Reason
16854 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16855 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16857 ##### Example, bad
16859     class Point {
16860         int x, y;
16861     public:
16862         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16863         // ...
16864     };
16866     void f(const Point& pt)
16867     {
16868         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16869     }
16871 ##### Note
16873 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16874 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16875 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16876 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16878 ##### Note
16880 There are code/libraries that offer functions that declare a `T*` even though
16881 those functions do not modify that `T`.
16882 This is a problem for people modernizing code.
16883 You can
16885 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16886 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16887 * provide a wrapper function
16889 Example:
16891     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16892     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16894 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16895 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16897 ##### Note
16899 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16900 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16901 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16903     class Date {
16904     public:
16905         // ...
16906         const string& string_ref() const
16907         {
16908             if (string_val == "") compute_string_rep();
16909             return string_val;
16910         }
16911         // ...
16912     private:
16913         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16914         mutable string string_val;
16915         // ...
16916     };
16918 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16919 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16920 through non-`const` pointers.
16921 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16922 it offers to its users.
16924 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16926 ##### Enforcement
16928 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16930 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16932 ##### Reason
16934  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16935  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16937 ##### Example
16939     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16940     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16942 ##### Note
16944 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16945 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16947 ##### Note
16949 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16951 ##### Enforcement
16953 * Flag a function that does not modify an object passed by pointer or reference to non-`const`
16954 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16956 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16958 ##### Reason
16960  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16962 ##### Example
16964     void f()
16965     {
16966         int x = 7;
16967         const int y = 9;
16969         for (;;) {
16970             // ...
16971         }
16972         // ...
16973     }
16975 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16977 ##### Enforcement
16979 * Flag unmodified non-`const` variables.
16981 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
16983 ##### Reason
16985 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
16987 ##### Example
16989     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
16990     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
16991     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
16993 ##### Note
16995 See F.4.
16997 ##### Enforcement
16999 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
17001 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
17003 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17004 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
17006 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
17007 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
17009 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
17011 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
17012 "Concepts" were standardized in C++20, although they were first made available, in slightly older syntax, in GCC 6.1.
17014 Template use rule summary:
17016 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
17017 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
17018 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
17019 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
17020 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
17022 Concept use rule summary:
17024 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17025 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17026 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
17027 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17028 * ???
17030 Concept definition rule summary:
17032 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17033 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17034 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17035 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17036 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17037 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
17038 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17039 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
17040 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
17041 * ???
17043 Template interface rule summary:
17045 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
17046 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
17047 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
17048 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
17049 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
17050 * [T.46: Require template arguments to be at least semiregular](#Rt-regular)
17051 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
17052 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
17053 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
17055 Template definition rule summary:
17057 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
17058 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
17059 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
17060 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
17061 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
17062 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
17063 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
17064 * [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)
17066 Template and hierarchy rule summary:
17068 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
17069 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
17070 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
17071 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
17072 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
17073 * [T.??: ????](#Rt-???)
17075 Variadic template rule summary:
17077 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
17078 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
17079 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
17080 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
17081 * [T.??: ????](#Rt-???)
17083 Metaprogramming rule summary:
17085 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
17086 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
17087 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
17088 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
17089 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
17090 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
17091 * [T.??: ????](#Rt-???)
17093 Other template rules summary:
17095 * [T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name)
17096 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
17097 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
17098 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
17099 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
17100 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
17101 * [T.??: ????](#Rt-???)
17103 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
17105 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17107 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
17109 ##### Reason
17111 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
17113 ##### Example, bad
17115 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":
17117     template<typename T>
17118         requires Incrementable<T>
17119     T sum1(vector<T>& v, T s)
17120     {
17121         for (auto x : v) s += x;
17122         return s;
17123     }
17125     template<typename T>
17126         requires Simple_number<T>
17127     T sum2(vector<T>& v, T s)
17128     {
17129         for (auto x : v) s = s + x;
17130         return s;
17131     }
17133 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
17134 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
17136 ##### Example
17138     template<typename T>
17139         requires Arithmetic<T>
17140     T sum(vector<T>& v, T s)
17141     {
17142         for (auto x : v) s += x;
17143         return s;
17144     }
17146 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
17147 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
17148 can be used for a wide variety of algorithms.
17150 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
17152 ##### Note
17154 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
17155 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
17156 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
17158 ##### Note
17160 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
17161 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
17163 ##### Enforcement
17165 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
17166 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
17168 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
17170 ##### Reason
17172 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
17174 ##### Example
17176 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
17178     template<typename Iter, typename Val>
17179         // requires Input_iterator<Iter>
17180         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17181     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17182     {
17183         // ...
17184     }
17186 ##### Note
17188 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
17189 Don't overabstract.
17191 ##### Enforcement
17193 ??? tough, probably needs a human
17195 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
17197 ##### Reason
17199 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
17200 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
17202 ##### Example
17204     template<typename T>
17205         // requires Regular<T>
17206     class Vector {
17207         // ...
17208         T* elem;   // points to sz Ts
17209         int sz;
17210     };
17212     Vector<double> v(10);
17213     v[7] = 9.9;
17215 ##### Example, bad
17217     class Container {
17218         // ...
17219         void* elem;   // points to size elements of some type
17220         int sz;
17221     };
17223     Container c(10, sizeof(double));
17224     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
17226 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
17228 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
17230 **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.
17231 See [Stable base](#Rt-abi).
17233 ##### Enforcement
17235 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
17237 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
17239 ##### Reason
17241  ???
17243 ##### Example
17245     ???
17247 **Exceptions**: ???
17249 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
17251 ##### Reason
17253 Generic and OO techniques are complementary.
17255 ##### Example
17257 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
17259     class Command {
17260         // pure virtual functions
17261     };
17263     // implementations
17264     template</*...*/>
17265     class ConcreteCommand : public Command {
17266         // implement virtuals
17267     };
17269 ##### Example
17271 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
17272 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
17274     #include <memory>
17276     class Object {
17277     public:
17278         template<typename T>
17279         Object(T&& obj)
17280             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
17282         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
17284     private:
17285         struct Command {
17286             virtual ~Command() {}
17287             virtual int get_id() const = 0;
17288         };
17290         template<typename T>
17291         struct ConcreteCommand final : Command {
17292             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
17293             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
17295         private:
17296             T object_;
17297         };
17299         std::shared_ptr<Command> concept_;
17300     };
17302     class Bar {
17303     public:
17304         int get_id() const { return 1; }
17305     };
17307     struct Foo {
17308     public:
17309         int get_id() const { return 2; }
17310     };
17312     Object o(Bar{});
17313     Object o2(Foo{});
17315 ##### Note
17317 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
17318 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
17319 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
17321 ##### See also
17323 * ref ???
17324 * ref ???
17325 * ref ???
17327 ##### Enforcement
17329 See the reference to more specific rules.
17331 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
17333 Concepts is a C++20 facility for specifying requirements for template arguments.
17334 They are crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
17335 (standard and other).
17337 This section assumes concept support
17339 Concept use rule summary:
17341 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17342 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17343 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
17344 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17345 * ???
17347 Concept definition rule summary:
17349 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17350 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17351 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17352 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17353 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17354 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
17355 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17356 * ???
17358 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
17360 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
17362 ##### Reason
17364 Correctness and readability.
17365 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
17366 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
17367 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
17369 ##### Example
17371     template<typename Iter, typename Val>
17372         requires input_iterator<Iter>
17373                  && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17374     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17375     {
17376         // ...
17377     }
17379 or equivalently and more succinctly:
17381     template<input_iterator Iter, typename Val>
17382         requires equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17383     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17384     {
17385         // ...
17386     }
17388 ##### Note
17390 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17391 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17392 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17394 **References**: TC++PL4
17396 ##### Enforcement
17398 Flag template type arguments without concepts
17400 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17402 ##### Reason
17404  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#S-gsl) and the ISO standard itself)
17405 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.
17407 ##### Note
17409 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17411 ##### Example
17413     template<typename T>
17414         // don't define this: sortable is in <iterator>
17415     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17417     void sort(Ordered_container auto& s);
17419 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `sortable` concept in the standard library.
17420 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17421 It is better and simpler just to use `sortable`:
17423     void sort(sortable auto& s);   // better
17425 ##### Note
17427 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17429 ##### Note
17431 Designing a useful concept is challenging.
17433 ##### Enforcement
17435 Hard.
17437 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17438 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17440 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17442 ##### Reason
17444  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17446 ##### Example
17448     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17449     auto& x = v.front();        // bad
17450     String auto& s = v.front(); // good (String is a GSL concept)
17452 ##### Enforcement
17454 * ???
17456 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17458 ##### Reason
17460 Readability. Direct expression of an idea.
17462 ##### Example
17464 To say "`T` is `sortable`":
17466     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17467         requires sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17468     void sort(T&);             // that is sortable"
17470     template<sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
17471     void sort(T&);             // which is Sortable"
17473     void sort(sortable auto&); // Best: "The parameter is Sortable"
17475 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17477 ##### Enforcement
17479 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17480 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17482 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17484 Defining good concepts is non-trivial.
17485 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17486 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
17487 and will not give the full benefits of the mechanism.
17489 Obviously, defining concepts is most useful for code that can use an implementation (e.g., C++20 or later)
17490 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17492 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17494 ##### Reason
17496 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17497 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17498 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17500 ##### Example, bad
17502     template<typename T>
17503     // bad; insufficient
17504     concept Addable = requires(T a, T b) { a+b; };
17506     template<Addable N>
17507     auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17508     {
17509         // ...
17510         return a + b;
17511     }
17513     int x = 7;
17514     int y = 9;
17515     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17517     string xx = "7";
17518     string yy = "9";
17519     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17521 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17522 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17524 ##### Note
17526 The ability to specify meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17528 ##### Example
17530     template<typename T>
17531     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17532     concept Number = requires(T a, T b) { a+b; a-b; a*b; a/b; };
17534     template<Number N>
17535     auto algo(const N& a, const N& b)
17536     {
17537         // ...
17538         return a + b;
17539     }
17541     int x = 7;
17542     int y = 9;
17543     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17545     string xx = "7";
17546     string yy = "9";
17547     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17549 ##### Note
17551 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17553 ##### Enforcement
17555 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17556 * Flag uses of `enable_if` that appear to simulate single-operation `concepts`.
17559 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17561 ##### Reason
17563 Ease of comprehension.
17564 Improved interoperability.
17565 Helps implementers and maintainers.
17567 ##### Note
17569 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17571 ##### Example, bad
17573     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T b) { a-b; };
17575 This makes no semantic sense.
17576 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17578 Examples of complete sets are
17580 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17581 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17583 ##### Note
17585 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17586 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17588     class Minimal {
17589         // ...
17590     };
17592     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17593     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17595     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17596     // no other operators
17598     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17599     {
17600         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17601         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17603         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17604         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17606         x = x + y;          // OK
17607         x += y;             // surprise! error
17608     }
17610 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17611 It could even be less efficient.
17613 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17615 ##### Example
17617     class Convenient {
17618         // ...
17619     };
17621     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17622     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17623     // ... and the other comparison operators ...
17625     Convenient operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17626     // ... and the other arithmetic operators ...
17628     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17629     {
17630         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17631         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17633         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17634         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17636         x = x + y;     // OK
17637         x += y;        // OK
17638     }
17640 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17641 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17643 ##### Enforcement
17645 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17646   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17649 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17651 ##### Reason
17653 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17654 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.
17655 Specifying semantics is a powerful design tool.
17657 ##### Example
17659     template<typename T>
17660         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17661         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17662         concept Number = requires(T a, T b) {
17663             {a + b} -> convertible_to<T>;
17664             {a - b} -> convertible_to<T>;
17665             {a * b} -> convertible_to<T>;
17666             {a / b} -> convertible_to<T>;
17667         };
17669 ##### Note
17671 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17672 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17673 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17675 ##### Note
17677 In this context axioms are Boolean expressions.
17678 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17679 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17680 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17682 ##### Note
17684 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17686 ##### Exception
17688 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17689 Finding good semantics can take effort and time.
17690 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17692     // balancer for a generic binary tree
17693     template<typename Node> concept Balancer = requires(Node* p) {
17694         add_fixup(p);
17695         touch(p);
17696         detach(p);
17697     };
17699 So a `Balancer` must supply at least these operations on a tree `Node`,
17700 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17701 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17703 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17704 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17705 However, it should not be assumed to be stable.
17706 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17708 ##### Enforcement
17710 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17712 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17714 ##### Reason
17716 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17718 ##### Example
17720     template<typename I>
17721     // Note: input_iterator is defined in <iterator>
17722     concept Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17724     template<typename I>
17725     // Note: forward_iterator is defined in <iterator>
17726     concept Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; };
17728 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17729 This decreases the burden on implementers of these types since
17730 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17731 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17733 ##### Enforcement
17735 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17736 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17738 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17740 ##### Reason
17742 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17744 ##### Example
17746     template<typename I>    // iterator providing random access
17747     // Note: random_access_iterator is defined in <iterator>
17748     concept RA_iter = ...;
17750     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17751     // Note: contiguous_iterator is defined in <iterator>
17752     concept Contiguous_iter =
17753         RA_iter<I> && is_contiguous_v<I>;  // using is_contiguous trait
17755 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17757 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17759     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous_v<I>;
17761     template<typename I>
17762     concept Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17764 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17766 ##### Note
17768 Traits can be trait classes or type traits.
17769 These can be user-defined or standard-library ones.
17770 Prefer the standard-library ones.
17772 ##### Enforcement
17774 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17775 * Flag the definition of identical concepts.
17777 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17779 ##### Reason
17781 Clarity. Maintainability.
17782 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17784 ##### Example
17786 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17788     template<typename T>
17789         requires !C<T>    // bad
17790     void f();
17792     template<typename T>
17793         requires C<T>
17794     void f();
17796 This is better:
17798     template<typename T>   // general template
17799         void f();
17801     template<typename T>   // specialization by concept
17802         requires C<T>
17803     void f();
17805 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17806 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17807 version of `f()`, then delete it.
17809     template<typename T>
17810     void f() = delete;
17812 The compiler will select the overload, or emit an appropriate error.
17814 ##### Note
17816 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17818     template<typename T>
17819     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17820     f();
17822     template<typename T>
17823     enable_if<C<T>, void>
17824     f();
17827 ##### Note
17829 Complementary requirements on one requirement is sometimes (wrongly) considered manageable.
17830 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17832     C1<T> && C2<T>
17833     !C1<T> && C2<T>
17834     C1<T> && !C2<T>
17835     !C1<T> && !C2<T>
17837 Now the opportunities for errors multiply.
17839 ##### Enforcement
17841 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17843 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17845 ##### Reason
17847 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17848 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17850 ##### Example
17852 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17854     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17856 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `equality_comparable`,
17857 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17859     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17860         { a == b } -> std::convertible_to<bool>;
17861         { a != b } -> std::convertible_to<bool>;
17862         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17863         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17864     };
17866 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17867 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17869 ##### Enforcement
17873 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17875 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17876 and its implementation.
17877 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17878 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17880 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17882 ##### Reason
17884 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17885 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17887 ##### Example
17889     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17890     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17891     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17892     sort(v, std::greater{});                             // function object
17894     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17895     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17896     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17897     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17899 You can, of course, generalize those functions using `auto` or concepts. For example:
17901     auto y1 = find_if(v, [](totally_ordered auto x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17902     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });                 // hope that the type has a >
17904 ##### Note
17906 Lambdas generate function objects.
17908 ##### Note
17910 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17912 ##### Enforcement
17914 * Flag pointer to function template arguments.
17915 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17918 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17920 ##### Reason
17922 Keep interfaces simple and stable.
17924 ##### Example
17926 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17928     void sort(sortable auto& s)  // sort sequence s
17929     {
17930         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17931         // ...
17932         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17933     }
17935 Should this be rewritten to:
17937     template<sortable S>
17938         requires Streamable<S>
17939     void sort(S& s)  // sort sequence s
17940     {
17941         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17942         // ...
17943         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17944     }
17946 After all, there is nothing in `sortable` that requires `iostream` support.
17947 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17949 ##### Note
17951 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17952 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17953 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17954 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17956 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17957 we might get a late compile-time error.
17959 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17960 we delay checking until instantiation time.
17961 We consider this a worthwhile tradeoff.
17963 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
17965 ##### Note
17967 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17969 ##### Enforcement
17973 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17975 ##### Reason
17977 Improved readability.
17978 Implementation hiding.
17979 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17980 They can also be used to wrap a trait.
17982 ##### Example
17984     template<typename T, size_t N>
17985     class Matrix {
17986         // ...
17987         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
17988         // ...
17989     };
17991 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>::`.
17993 ##### Example
17995     template<typename T>
17996     void user(T& c)
17997     {
17998         // ...
17999         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
18000         // ...
18001     }
18003     template<typename T>
18004     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
18007 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
18009     template<typename T>
18010     void user2(T& c)
18011     {
18012         // ...
18013         Value_type<T> x;
18014         // ...
18015     }
18017 ##### Note
18019 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
18021 ##### Enforcement
18023 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
18024 * ???
18026 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
18028 ##### Reason
18030 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
18031 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
18032 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
18034 ##### Example
18036     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
18038     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
18040     template<typename T>
18041     typedef int (*PFT)(T);      // error
18043     template<typename T>
18044     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
18046 ##### Enforcement
18048 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
18050 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
18052 ##### Reason
18054 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
18056 ##### Example
18058     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
18059     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
18061 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
18063 ##### Note
18065 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
18067 ##### Exception
18069 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
18071     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
18072     list<Record*> lst;
18074 ##### Note
18076 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
18077 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
18078 For example:
18080     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
18082 ##### Enforcement
18084 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
18086 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least semiregular
18088 ##### Reason
18090 Readability.
18091 Preventing surprises and errors.
18092 Most uses support that anyway.
18094 ##### Example
18096     class X {
18097     public:
18098         explicit X(int);
18099         X(const X&);            // copy
18100         X operator=(const X&);
18101         X(X&&) noexcept;        // move
18102         X& operator=(X&&) noexcept;
18103         ~X();
18104         // ... no more constructors ...
18105     };
18107     X x {1};              // fine
18108     X y = x;              // fine
18109     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
18111 ##### Note
18113 Semiregular requires default constructible.
18115 ##### Enforcement
18117 * Flag types used as template arguments that are not at least semiregular.
18119 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
18121 ##### Reason
18123  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.
18124  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
18125  Common names make this problem more likely.
18127 ##### Example
18129     namespace Bad {
18130         struct S { int m; };
18131         template<typename T1, typename T2>
18132         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
18133     }
18135     namespace T0 {
18136         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
18138         void test()
18139         {
18140             Bad::S bad{ 1 };
18141             vector<int> v(10);
18142             bool b = 1 == bad;
18143             bool b2 = v.size() == bad;
18144         }
18145     }
18147 This prints `T0` and `Bad`.
18149 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
18150 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
18151 the `==` in `Bad` requires no conversions.
18152 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
18154 ##### Note
18156 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
18157 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
18158 That is, it is highly visible.
18160 ##### Note
18162 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templates from ADL.
18164 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`.
18167 ##### Enforcement
18169 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
18172 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
18174 ##### Reason
18176 Because that's the best we can do without direct concept support.
18177 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
18179 ##### Example
18181     template<typename T>
18182     enable_if_t<is_integral_v<T>>
18183     f(T v)
18184     {
18185         // ...
18186     }
18188     // Equivalent to:
18189     template<Integral T>
18190     void f(T v)
18191     {
18192         // ...
18193     }
18195 ##### Note
18197 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
18198 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
18200 ##### Enforcement
18204 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
18206 ##### Reason
18208 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
18210 ##### Example
18212     ???
18214 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
18216 ##### Enforcement
18221 ##### Note
18224 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
18226 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
18227 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
18228 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
18230 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
18232 ##### Reason
18234 Eases understanding.
18235 Minimizes errors from unexpected dependencies.
18236 Eases tool creation.
18238 ##### Example
18240     template<typename C>
18241     void sort(C& c)
18242     {
18243         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
18244     }
18246     template<typename Iter>
18247     Iter algo(Iter first, Iter last)
18248     {
18249         for (; first != last; ++first) {
18250             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
18251             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
18252                                    // helper is chosen based on first and x
18253             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
18254         }
18255     }
18257 ##### Note
18259 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
18261 ##### Note
18263 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.
18264 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
18265 And don't get us started on macros!
18267 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
18269 ##### Enforcement
18271 ??? Tricky
18273 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
18275 ##### Reason
18277 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
18278 This limits use and typically increases code size.
18280 ##### Example, bad
18282     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18283         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18284     class List {
18285     public:
18286         struct Link {   // does not depend on A
18287             T elem;
18288             Link* pre;
18289             Link* suc;
18290         };
18292         using iterator = Link*;
18294         iterator first() const { return head; }
18296         // ...
18297     private:
18298         Link* head;
18299     };
18301     List<int> lst1;
18302     List<int, My_allocator> lst2;
18304 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.
18305 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
18307     template<typename T>
18308     struct Link {
18309         T elem;
18310         Link* pre;
18311         Link* suc;
18312     };
18314     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18315         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18316     class List2 {
18317     public:
18318         using iterator = Link<T>*;
18320         iterator first() const { return head; }
18322         // ...
18323     private:
18324         Link<T>* head;
18325     };
18327     List2<int> lst1;
18328     List2<int, My_allocator> lst2;
18330 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
18331 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
18332 "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)."
18334 ##### Note
18336 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
18338 ##### Enforcement
18340 * Flag member types that do not depend on every template parameter
18341 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
18342 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
18344 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
18346 ##### Reason
18348  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
18350 ##### Example
18352     template<typename T>
18353     class Foo {
18354     public:
18355         enum { v1, v2 };
18356         // ...
18357     };
18361     struct Foo_base {
18362         enum { v1, v2 };
18363         // ...
18364     };
18366     template<typename T>
18367     class Foo : public Foo_base {
18368     public:
18369         // ...
18370     };
18372 ##### Note
18374 A more general version of this rule would be
18375 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18376 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18378 ??? What about constants? class statics?
18380 ##### Enforcement
18382 * Flag ???
18384 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18386 ##### Reason
18388 A template defines a general interface.
18389 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18391 ##### Example
18393     ??? string specialization (==)
18395     ??? representation specialization ?
18397 ##### Note
18401 ##### Enforcement
18405 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18407 ##### Reason
18409 * A template defines a general interface.
18410 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18411 * Performance.
18413 ##### Example
18415 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18417     struct pod_tag {};
18418     struct non_pod_tag {};
18420     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
18422     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
18424     template<class Iter>
18425     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
18426     {
18427         // use memmove
18428     }
18430     template<class Iter>
18431     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
18432     {
18433         // use loop calling copy constructors
18434     }
18436     template<class Iter>
18437     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18438     {
18439         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Value_type<Iter>>::tag{})
18440     }
18442     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18443     {
18444         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18445         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18446     }
18448 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18450 ##### Note
18452 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
18454     template<class Iter>
18455         requires Pod<Value_type<Iter>>
18456     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18457     {
18458         // use memmove
18459     }
18461     template<class Iter>
18462     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18463     {
18464         // use loop calling copy constructors
18465     }
18467 ##### Enforcement
18472 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18474 ##### Reason
18476  ???
18478 ##### Example
18480     ???
18482 ##### Enforcement
18486 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18488 ##### Reason
18490 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18492 ##### Example
18494     template<typename T, typename U>
18495     void f(T t, U u)
18496     {
18497         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18498         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18499         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18500     }
18502     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18504 ##### Enforcement
18506 * flag `()` initializers
18507 * flag function-style casts
18510 ### <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
18512 ##### Reason
18514 * Provide only intended flexibility.
18515 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18517 ##### Example
18519 There are three major ways to let calling code customize a template.
18521     template<class T>
18522         // Call a member function
18523     void test1(T t)
18524     {
18525         t.f();    // require T to provide f()
18526     }
18528     template<class T>
18529     void test2(T t)
18530         // Call a non-member function without qualification
18531     {
18532         f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18533     }
18535     template<class T>
18536     void test3(T t)
18537         // Invoke a "trait"
18538     {
18539         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18540                               // to get non-default functions/types
18541     }
18543 A trait is usually a type alias to compute a type,
18544 a `constexpr` function to compute a value,
18545 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18547 ##### Note
18549 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18550 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18551 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18552 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18555 ##### Enforcement
18557 * 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.
18560 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18562 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18563 for object-oriented programming.
18564 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18566 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18568 ##### Reason
18570 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18572 ##### Example, bad
18574     template<typename T>
18575     struct Container {         // an interface
18576         virtual T* get(int i);
18577         virtual T* first();
18578         virtual T* next();
18579         virtual void sort();
18580     };
18582     template<typename T>
18583     class Vector : public Container<T> {
18584     public:
18585         // ...
18586     };
18588     Vector<int> vi;
18589     Vector<string> vs;
18591 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.
18593 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18594 Similar for `vector<string>::sort()`.
18595 Unless those two functions are called that's code bloat.
18596 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18598 ##### Note
18600 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18601 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18603 ##### Enforcement
18605 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18607 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18609 ##### Reason
18611 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18613 ##### Example
18615 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18617     void maul(Fruit* p)
18618     {
18619         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18620         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18621     }
18623     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18625     maul(aa);
18626     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18627     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18629 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18630 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18631 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18632 Never write such code.
18634 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18636 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18638     void maul2(Fruit* p)
18639     {
18640         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18641     }
18643     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18645     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18646     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18648     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18650 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18652 ##### Enforcement
18654 * Detect this horror!
18656 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18658 ##### Reason
18660  ???
18662 ##### Example
18664     ???
18666 ##### Enforcement
18670 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18672 ##### Reason
18674 C++ does not support that.
18675 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18676 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18678 ##### Example, don't
18680     class Shape {
18681         // ...
18682         template<class T>
18683         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18684     };
18686 ##### Note
18688 We need a rule because people keep asking about this
18690 ##### Alternative
18692 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18694 ##### Enforcement
18696 The compiler handles that.
18698 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18700 ##### Reason
18702 Improve stability of code.
18703 Avoid code bloat.
18705 ##### Example
18707 It could be a base class:
18709     struct Link_base {   // stable
18710         Link_base* suc;
18711         Link_base* pre;
18712     };
18714     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18715     struct Link : Link_base {
18716         T val;
18717     };
18719     struct List_base {
18720         Link_base* first;   // first element (if any)
18721         int sz;             // number of elements
18722         void add_front(Link_base* p);
18723         // ...
18724     };
18726     template<typename T>
18727     class List : List_base {
18728     public:
18729         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18730         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18731         // ...
18732     };
18734     List<int> li;
18735     List<string> ls;
18737 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18738 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18740 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.
18742 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18744 ##### Enforcement
18748 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18752 ### <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
18754 ##### Reason
18756 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18758 ##### Example
18760     ??? printf
18762 ##### Enforcement
18764 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18766 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18768 ##### Reason
18770  ???
18772 ##### Example
18774     ??? beware of move-only and reference arguments
18776 ##### Enforcement
18780 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18782 ##### Reason
18784  ???
18786 ##### Example
18788     ??? forwarding, type checking, references
18790 ##### Enforcement
18794 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18796 ##### Reason
18798 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18800 ##### Example
18802     ???
18804 ##### Enforcement
18808 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18810 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18812 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18813 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18814 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18816 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18818 ##### Reason
18820 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18821 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18822 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18823 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++.
18825 ##### Example, bad
18827     ???
18829 ##### Example, bad
18831     enable_if
18833 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18835 ##### Example
18837     ??? good
18839 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18841 ##### Note
18843 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18845 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18847 ##### Reason
18849 Where C++20 is not available, we need to emulate them using TMP.
18850 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18852 ##### Example
18854     template<typename Iter>
18855         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18856     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18858     template<typename Iter>
18859         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18860     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18862 ##### Note
18864 Such code is much simpler using concepts:
18866     void advance(random_access_iterator auto p, int n) { p += n; }
18868     void advance(forward_iterator auto p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18870 ##### Enforcement
18874 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18876 ##### Reason
18878 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18880 ##### Note
18882 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18884 ##### Example
18886     ??? big object / small object optimization
18888 ##### Enforcement
18892 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18894 ##### Reason
18896 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18897 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18899 ##### Note
18901 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18903 ##### Example
18905     template<typename T>
18906         // requires Number<T>
18907     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18908     {
18909         T res = 1;
18910         while (n--) res *= v;
18911         return res;
18912     }
18914     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18916 ##### Enforcement
18918 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18920 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18922 ##### Reason
18924 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18926 ##### Example
18928     ???
18930 ##### Enforcement
18934 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18936 ##### Reason
18938 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18939 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18941 ##### Example
18943     ???
18945 ##### Enforcement
18949 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18951 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name
18953 See [F.10](#Rf-name)
18955 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18957 See [F.11](#Rf-lambda)
18959 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18961 ##### Reason
18963 Improved readability.
18965 ##### Example
18967     ???
18969 ##### Enforcement
18973 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
18975 ##### Reason
18977 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18979 ##### Example
18981 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18983     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18984         // ...
18985     }
18987     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18988         // ...
18989     }
18991 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18993 ##### Example
18995 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18997     class Base {
18998     public:
18999         Bar f();
19000         Bar g();
19001     };
19003     class Derived1 : public Base {
19004     public:
19005         Bar h();
19006     };
19008     class Derived2 : public Base {
19009     public:
19010         Bar j();
19011     };
19013     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
19014     void my_func(Derived1& param)
19015     {
19016         use(param.f());
19017         use(param.g());
19018     }
19020     // good, uses only Base interface so only commit to that
19021     void my_func(Base& param)
19022     {
19023         use(param.f());
19024         use(param.g());
19025     }
19027 ##### Enforcement
19029 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
19030 * 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.
19031 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
19033 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
19035 ##### Reason
19037 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.
19039 ##### Example
19041     ???
19043 **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).
19045 ##### Enforcement
19047 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
19050 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
19052 ##### Reason
19054 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users' pain.
19056 ##### Example
19058     class X {
19059     public:
19060         X() = delete;
19061         X(const X&) = default;
19062         X(X&&) = default;
19063         X& operator=(const X&) = default;
19064         // ...
19065     };
19067 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
19069     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
19070     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
19073 ##### Enforcement
19075 Not feasible.
19077 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
19079 C and C++ are closely related languages.
19080 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
19081 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
19083 C rule summary:
19085 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
19086 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
19087 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
19089 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
19091 ##### Reason
19093 C++ provides better type checking and more notational support.
19094 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
19096 ##### Example
19098     char ch = 7;
19099     void* pv = &ch;
19100     int* pi = pv;   // not C++
19101     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
19103 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
19104 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
19106 ##### Enforcement
19108 Use a C++ compiler.
19110 ### <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++
19112 ##### Reason
19114 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
19116 ##### Example
19118     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
19119     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
19120     int* p3 = new int[10];                                   // not C
19121     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
19123 ##### Enforcement
19125 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
19127   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
19129 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
19131 ##### Reason
19133 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
19135 ##### Example
19137 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.
19138 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.
19140 ##### Example
19142 You can call C from C++:
19144     // in C:
19145     double sqrt(double);
19147     // in C++:
19148     extern "C" double sqrt(double);
19150     sqrt(2);
19152 ##### Example
19154 You can call C++ from C:
19156     // in C:
19157     X call_f(struct Y*, int);
19159     // in C++:
19160     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
19161     {
19162         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
19163     }
19165 ##### Enforcement
19167 None needed
19169 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
19171 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
19172 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
19174 Source file rule summary:
19176 * [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)
19177 * [SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
19178 * [SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
19179 * [SF.4: Include header files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
19180 * [SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
19181 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
19182 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
19183 * [SF.8: Use `#include` guards for all header files](#Rs-guards)
19184 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
19185 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
19186 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
19187 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
19189 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
19190 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
19191 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
19193 ### <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
19195 See [NL.27](#Rl-file-suffix)
19197 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions
19199 ##### Reason
19201 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
19203 ##### Example
19205     // file.h:
19206     namespace Foo {
19207         int x = 7;
19208         int xx() { return x+x; }
19209     }
19211     // file1.cpp:
19212     #include <file.h>
19213     // ... more ...
19215      // file2.cpp:
19216     #include <file.h>
19217     // ... more ...
19219 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
19221 **Alternative formulation**: A header file must contain only:
19223 * `#include`s of other header files (possibly with include guards)
19224 * templates
19225 * class definitions
19226 * function declarations
19227 * `extern` declarations
19228 * `inline` function definitions
19229 * `constexpr` definitions
19230 * `const` definitions
19231 * `using` alias definitions
19232 * ???
19234 ##### Enforcement
19236 Check the positive list above.
19238 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files
19240 ##### Reason
19242 Maintainability. Readability.
19244 ##### Example, bad
19246     // bar.cpp:
19247     void bar() { cout << "bar\n"; }
19249     // foo.cpp:
19250     extern void bar();
19251     void foo() { bar(); }
19253 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19254 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19256 ##### Enforcement
19258 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19260 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include header files before other declarations in a file
19262 ##### Reason
19264 Minimize context dependencies and increase readability.
19266 ##### Example
19268     #include <vector>
19269     #include <algorithm>
19270     #include <string>
19272     // ... my code here ...
19274 ##### Example, bad
19276     #include <vector>
19278     // ... my code here ...
19280     #include <algorithm>
19281     #include <string>
19283 ##### Note
19285 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19287 ##### Note
19289 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19290 (as in the example labeled "bad").
19291 However
19293 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19294 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19295 * full protection and flexibility require modules.
19297 **See also**:
19299 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19300 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19302 ##### Enforcement
19304 Easy.
19306 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface
19308 ##### Reason
19310 This enables the compiler to do an early consistency check.
19312 ##### Example, bad
19314     // foo.h:
19315     void foo(int);
19316     int bar(long);
19317     int foobar(int);
19319     // foo.cpp:
19320     void foo(int) { /* ... */ }
19321     int bar(double) { /* ... */ }
19322     double foobar(int);
19324 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19326 ##### Example
19328     // foo.h:
19329     void foo(int);
19330     int bar(long);
19331     int foobar(int);
19333     // foo.cpp:
19334     #include "foo.h"
19336     void foo(int) { /* ... */ }
19337     int bar(double) { /* ... */ }
19338     double foobar(int);   // error: wrong return type
19340 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19341 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.
19343 ##### Enforcement
19347 ### <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)
19349 ##### Reason
19351  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19352  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19353  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19355 ##### Example
19357     #include <string>
19358     #include <vector>
19359     #include <iostream>
19360     #include <memory>
19361     #include <algorithm>
19363     using namespace std;
19365     // ...
19367 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19368 could be distracting.
19370 ##### Example
19372 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19374     #include <cmath>
19375     using namespace std;
19377     int g(int x)
19378     {
19379         int sqrt = 7;
19380         // ...
19381         return sqrt(x); // error
19382     }
19384 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19385 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19387 ##### Note
19389 A `.cpp` file is a form of local scope.
19390 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19391 an N-line function containing a `using namespace X`,
19392 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19394 ##### Note
19396 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19398 ##### Enforcement
19400 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
19402 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19404 ##### Reason
19406 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.
19408 ##### Example
19410     // bad.h
19411     #include <iostream>
19412     using namespace std; // bad
19414     // user.cpp
19415     #include "bad.h"
19417     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19419     int main()
19420     {
19421         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19422     }
19424 ##### Note
19426 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19427 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19428 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19430 ##### Enforcement
19432 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19434 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all header files
19436 ##### Reason
19438 To avoid files being `#include`d several times.
19440 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19441 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19442 the header file is part of.
19444 ##### Example
19446     // file foobar.h:
19447     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19448     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19449     // ... declarations ...
19450     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19452 ##### Enforcement
19454 Flag `.h` files without `#include` guards.
19456 ##### Note
19458 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19459 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19460 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19461 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19463 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19465 ##### Reason
19467 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19468 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19469 available).
19471 ##### Note
19473 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19475 ##### Example, bad
19477     // file1.h:
19478     #include "file2.h"
19480     // file2.h:
19481     #include "file3.h"
19483     // file3.h:
19484     #include "file1.h"
19486 ##### Enforcement
19488 Flag all cycles.
19491 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19493 ##### Reason
19495 Avoid surprises.
19496 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19497 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19499 ##### Example, bad
19501     #include <iostream>
19502     using namespace std;
19504     void use()
19505     {
19506         string s;
19507         cin >> s;               // fine
19508         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19509         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19510             // ...
19511         }
19512     }
19514 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19515 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19516 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19517 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`").
19519 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19521 ##### Example, good
19523     #include <iostream>
19524     #include <string>
19525     using namespace std;
19527     void use()
19528     {
19529         string s;
19530         cin >> s;               // fine
19531         getline(cin, s);        // fine
19532         if (s == "surprise") {  // fine
19533             // ...
19534         }
19535     }
19537 ##### Note
19539 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19540 For example:
19542     // basic_std_lib.h:
19544     #include <string>
19545     #include <map>
19546     #include <iostream>
19547     #include <random>
19548     #include <vector>
19550 a user can now get that set of declarations with a single `#include`
19552     #include "basic_std_lib.h"
19554 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19556 ##### Enforcement
19558 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19559 No really good solution is possible until we have modules.
19561 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19563 ##### Reason
19565 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19566 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19567 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19569 ##### Example
19571     #include "helpers.h"
19572     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19574 ##### Note
19576 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19578 ##### Note
19580 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19582 ##### Enforcement
19584 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19586 ### <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
19588 ##### Reason
19590 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19591 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19592 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19594 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).
19596 ##### Example
19598     // foo.cpp:
19599     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19600     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19601     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19602     #include "foo_utils/utils.h"     // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19603     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19605 ##### Note
19607 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.
19609 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19611 ##### Enforcement
19613 A test should identify whether headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19615 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19617 ##### Reason
19619  ???
19621 ##### Example
19623     ???
19625 ##### Enforcement
19629 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19631 ##### Reason
19633 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19635 ##### Example
19637     // file foo.h:
19638     namespace
19639     {
19640         const double x = 1.234;  // bad
19642         double foo(double y)     // bad
19643         {
19644             return y + x;
19645         }
19646     }
19648     namespace Foo
19649     {
19650         const double x = 1.234; // good
19652         inline double foo(double y)        // good
19653         {
19654             return y + x;
19655         }
19656     }
19658 ##### Enforcement
19660 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19662 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19664 ##### Reason
19666 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19667 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19669 ##### Example; bad
19671     static int f();
19672     int g();
19673     static bool h();
19674     int k();
19676 ##### Example; good
19678     namespace {
19679         int f();
19680         bool h();
19681     }
19682     int g();
19683     int k();
19685 ##### Example
19687 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.
19689     ???
19691 ##### Enforcement
19693 * ???
19695 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19697 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19698 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19700 The standard library has steadily grown over the years.
19701 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19702 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19704 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19706 C++ Standard Library component summary:
19708 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19709 * [SL.str: String](#SS-string)
19710 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19711 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19712 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19713 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19715 Standard-library rule summary:
19717 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19718 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19719 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19720 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19721 * ???
19723 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19725 ##### Reason
19727 Save time. Don't re-invent the wheel.
19728 Don't replicate the work of others.
19729 Benefit from other people's work when they make improvements.
19730 Help other people when you make improvements.
19732 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19734 ##### Reason
19736 More people know the standard library.
19737 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19740 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19742 ##### Reason
19744 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19745 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19747 ##### Example
19749     ???
19751 ##### Enforcement
19753 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19755 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19757 ##### Reason
19759 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19761 ##### Note
19763 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19764 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19766 Summary of more specific rules:
19768 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19771 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19775 Container rule summary:
19777 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19778 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19779 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19780 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19782 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19784 ##### Reason
19786 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19787 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.
19788 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19789 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19791 ##### Example
19793     int v[SIZE];                        // BAD
19795     std::array<int, SIZE> w;            // ok
19797 ##### Example
19799     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19800     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19802     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19804 ##### Note
19806 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19808 ##### Note
19810 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19811 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19812 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19813 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19815 ##### Enforcement
19817 * 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`.
19819 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19821 ##### Reason
19823 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19825 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19826 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19827 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19829 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`.
19831 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.
19833 ##### Note
19835 `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.
19837 ##### Exceptions
19839 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19841 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19843 * 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.
19845 ##### Note
19847 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19848 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19850     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19851     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19853 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19855 ##### Enforcement
19857 * 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.
19859 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19861 ##### Reason
19863 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19865 ##### Note
19867 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19868 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()`.
19870 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19871 For example:
19873 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19874 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19876 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19878 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19879 For example
19881 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19883 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19885 ##### Example, bad
19887     void f()
19888     {
19889         array<int, 10> a, b;
19890         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19891         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19892     }
19894 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidates than `memset()`.
19896 ##### Example, good
19898     void f()
19899     {
19900         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19901         a.fill(0);
19902         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19903         fill(b, 0);                     // std::ranges::fill()
19905         if ( a == b ) {
19906           // ...
19907         }
19908     }
19910 ##### Example
19912 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.
19914     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19915     {
19916         v[0] = a[0];        // BAD
19917         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19918         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19920         v.at(0) = a[i];     // BAD
19921         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19922         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19923     }
19925 ##### Enforcement
19927 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19928 ??? insert link to a list of banned functions
19930 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19933 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
19935 ##### Reason
19937 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
19939 ##### Note
19941 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
19943 ##### Example
19945     struct base {
19946         virtual void update() = 0;
19947     };
19949     struct derived : public base {
19950         void update() override {}
19951     };
19954     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
19955     {
19956         memset(&a, 0, sizeof(derived));
19957         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
19958         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
19959     }
19961 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
19963     void g(derived& a, derived& b)
19964     {
19965         a = {};    // default initialize
19966         b = a;     // copy
19967         if (a == b) do_something(a, b);
19968     }
19970 ##### Enforcement
19972 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
19974 **TODO Notes**:
19976 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
19977 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
19978 * 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).
19982 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
19984 Text manipulation is a huge topic.
19985 `std::string` doesn't cover all of it.
19986 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
19987 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
19989 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
19991 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
19992 We don't consider ???
19994 String summary:
19996 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
19997 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
19998 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
19999 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
20000 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
20002 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
20003 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
20004 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
20006 **See also**:
20008 * [F.24 span](#Rf-range)
20009 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
20012 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
20014 ##### Reason
20016 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
20018 ##### Example
20020     vector<string> read_until(const string& terminator)
20021     {
20022         vector<string> res;
20023         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20024             res.push_back(s);
20025         return res;
20026     }
20028 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
20029 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
20031 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
20033     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
20034     {
20035         vector<string> res;
20036         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20037             res.push_back(s);
20038         return res;
20039     }
20041 ##### Example, bad
20043 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
20045     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
20046         // return s1 + '.' + s2
20047     {
20048         int l1 = strlen(s1);
20049         int l2 = strlen(s2);
20050         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
20051         strcpy(p, s1, l1);
20052         p[l1] = '.';
20053         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
20054         p[l1 + l2 + 1] = 0;
20055         return p;
20056     }
20058 Did we get that right?
20059 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
20060 Will this code pass a security review?
20062 ##### Note
20064 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
20065 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
20067 ##### Enforcement
20071 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
20073 ##### Reason
20075 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
20076 those sequences are allocated and stored.
20078 ##### Example
20080     vector<string> read_until(string_view terminator);
20082     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
20083     {
20084         auto v1 = read_until(p);
20085         auto v2 = read_until(s);
20086         auto v3 = read_until(ss);
20087         // ...
20088     }
20090 ##### Note
20092 `std::string_view` (C++17) is read-only.
20094 ##### Enforcement
20098 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
20100 ##### Reason
20102 Readability.
20103 Statement of intent.
20104 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.
20105 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
20107 ##### Example
20109     void f1(const char* s); // s is probably a string
20111 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
20113     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
20114     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
20115     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
20117 ##### Note
20119 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
20121 ##### Note
20123 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
20125 ##### Note
20127 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
20128 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
20129 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
20130 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible.
20132 ##### Enforcement
20134 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20135 * Flag uses of `delete` on a `char*`
20136 * Flag uses of `free()` on a `char*`
20138 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
20140 ##### Reason
20142 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
20144 ##### Example, bad
20146     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
20148     void print(const char* p)
20149     {
20150         cout << p << '\n';
20151     }
20153     void use()
20154     {
20155         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
20156     }
20158 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
20160 ##### Alternative
20162 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
20164 ##### Enforcement
20166 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20168 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
20170 ##### Reason
20172 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
20173 and disables valuable optimizations.
20175 ##### Example
20177     ???
20179 ##### Note
20181 C++17
20183 ##### Enforcement
20188 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
20190 ##### Reason
20192 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
20194 ##### Example
20196     ???
20198 ##### Note
20202 ##### Enforcement
20206 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
20208 ##### Reason
20210 `std::string_view` is read-only.
20212 ##### Example
20216 ##### Note
20220 ##### Enforcement
20222 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
20224 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
20226 ##### Reason
20228 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
20230 ##### Example
20232     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
20233     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
20234     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
20235     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
20239 ##### Enforcement
20244 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
20246 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
20247 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
20248 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
20249 and user-defined extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
20251 Iostream rule summary:
20253 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
20254 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
20255 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
20256 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
20257 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
20258 * [???](#???)
20260 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
20262 ##### Reason
20264 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
20265 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
20267 ##### Example
20269     char c;
20270     char buf[128];
20271     int i = 0;
20272     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20273         buf[i++] = c;
20274     if (i == 128) {
20275         // ... handle too long string ....
20276     }
20278 Better (much simpler and probably faster):
20280     string s;
20281     s.reserve(128);
20282     cin >> s;
20284 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20286 ##### Enforcement
20291 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20293 ##### Reason
20295 Errors are typically best handled as soon as possible.
20296 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20298 ##### Example
20300     ???
20302 ##### Enforcement
20306 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20308 ##### Reason
20310 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20312 ##### Example
20314     // write a complex number:
20315     complex<double> z{ 3, 4 };
20316     cout << z << '\n';
20318 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20320 ##### Example
20322     // read a file of complex numbers:
20323     for (complex<double> z; cin >> z; )
20324         v.push_back(z);
20326 ##### Exception
20328 ??? performance ???
20330 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20332 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20333 flexibility of formatting and performance.
20334 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilience against security violations,
20335 implicit memory management, and `locale` handling.
20337 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20339 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20340 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20341 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20343 ##### Enforcement
20345 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20347 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20349 ##### Reason
20351 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20352 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20354 ##### Example
20356     int main()
20357     {
20358         ios_base::sync_with_stdio(false);
20359         // ... use iostreams ...
20360     }
20362 ##### Enforcement
20366 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20368 ##### Reason
20370 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20371 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20372 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20374 ##### Example
20376     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20377     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20379 ##### Note
20381 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20382 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20384 ##### Note
20386 For string streams (specifically `ostringstream`), the insertion of an `endl` is entirely equivalent
20387 to the insertion of a `'\n'` character, but also in this case, `endl` might be significantly slower.
20389 `endl` does *not* take care of producing a platform specific end-of-line sequence (like `"\r\n"` on
20390 Windows). So for a string stream, `s << endl` just inserts a *single* character, `'\n'`.
20392 ##### Note
20394 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20395 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20397 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20399 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20400 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20402 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20404 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20405 outputting time in various units.
20406 It provides clocks for registering `time_points`.
20408 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20412 C Standard Library rule summary:
20414 * [SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20415 * [???](#???)
20416 * [???](#???)
20418 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20420 ##### Reason
20422 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20424 ##### Enforcement
20426 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20430 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20432 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20434 Architectural rule summary:
20436 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20437 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20438 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20439 * [???](#???)
20440 * [???](#???)
20441 * [???](#???)
20442 * [???](#???)
20443 * [???](#???)
20444 * [???](#???)
20446 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20448 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20450 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20452 ##### Reason
20454 ##### Note
20456 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20457 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20458 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20461 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20463 ##### Reason
20465 * A cycle complicates the build process.
20466 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20468 ##### Note
20470 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20471 For example:
20473     ???
20475 However, a library should not depend on another that depends on it.
20478 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20480 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20481 We know perfectly well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20482 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20484 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20485 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20486 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20487 such "wisdom" might be based on decades-old information or experiences from languages with very different properties than C++
20488 (e.g., C or Java).
20490 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20492 Non-rule summary:
20494 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20495 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20496 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20497 * [NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20498 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20499 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20500 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20501 * ???
20503 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20505 ##### Reason
20507 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.
20508 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20510 ##### Example, bad
20512     int use(int x)
20513     {
20514         int i;
20515         char c;
20516         double d;
20518         // ... some stuff ...
20520         if (x < i) {
20521             // ...
20522             i = f(x, d);
20523         }
20524         if (i < x) {
20525             // ...
20526             i = g(x, c);
20527         }
20528         return i;
20529     }
20531 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20532 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20533 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20536 ##### Alternative
20538 * [Always initialize an object](#Res-always)
20539 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20541 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20543 ##### Reason
20545 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20546 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20548 ##### Example
20550     template<class T>
20551     //  requires Number<T>
20552     string sign(T x)
20553     {
20554         if (x < 0)
20555             return "negative";
20556         if (x > 0)
20557             return "positive";
20558         return "zero";
20559     }
20561 to use a single return only we would have to do something like
20563     template<class T>
20564     //  requires Number<T>
20565     string sign(T x)        // bad
20566     {
20567         string res;
20568         if (x < 0)
20569             res = "negative";
20570         else if (x > 0)
20571             res = "positive";
20572         else
20573             res = "zero";
20574         return res;
20575     }
20577 This is both longer and likely to be less efficient.
20578 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20579 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20581 ##### Example
20583     int index(const char* p)
20584     {
20585         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20586         // ... do a lookup to find the index for p
20587         return i;
20588     }
20590 If we applied the rule, we'd get something like
20592     int index2(const char* p)
20593     {
20594         int i;
20595         if (!p)
20596             i = -1;  // error indicator
20597         else {
20598             // ... do a lookup to find the index for p
20599         }
20600         return i;
20601     }
20603 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20604 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20606 ##### Alternative
20608 * Keep functions short and simple
20609 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20611 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20613 ##### Reason
20615 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20617 * exceptions are inefficient
20618 * exceptions lead to leaks and errors
20619 * exception performance is not predictable
20620 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20622 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20623 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20624 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20625 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20627 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20628 and in the context of these guidelines.
20629 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20630 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20631 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20633 Consider the major objections to exceptions in turn
20635 * Exceptions are inefficient:
20636 Compared to what?
20637 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20638 In particular, do not compare a program that immediately terminates on seeing an error to a program
20639 that carefully cleans up resources before logging an error.
20640 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20641 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20642 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20643 insight into the problem under discussion.
20644 * Exceptions lead to leaks and errors.
20645 They do not.
20646 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20647 you have a problem whatever you do.
20648 If your system consists of a million lines of such code,
20649 you probably will not be able to use exceptions,
20650 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20651 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20652 * Exception performance is not predictable.
20653 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20654 you need tools to back up such guarantees.
20655 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20656 * The exception-handling run-time support takes up too much space.
20657 This can be the case in small (usually embedded) systems.
20658 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20659 and what failure to catch an error would cost.
20661 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20663 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20665 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20666 * They cannot be forgotten or ignored
20667 * They can be used systematically
20669 Remember
20671 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20672 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20673 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20674 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20676 ##### Example
20678     ???
20680 ##### Alternative
20682 * [RAII](#Re-raii)
20683 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20685 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file
20687 ##### Reason
20689 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20690 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20692 ##### Example
20694     ???
20696 ##### Alternative
20698 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20700 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20702 ##### Reason
20704 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20705 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20706 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20708 ##### Example, bad
20710     // Old conventional style: many problems
20712     class Picture
20713     {
20714         int mx;
20715         int my;
20716         int * data;
20717     public:
20718         // main problem: constructor does not fully construct
20719         Picture(int x, int y)
20720         {
20721             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20722                             // rather than in member initializer
20723             my = y;
20724             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20725                             // rather than in member initializer
20726         }
20728         ~Picture()
20729         {
20730             Cleanup();
20731         }
20733         // ...
20735         // bad: two-phase initialization
20736         bool Init()
20737         {
20738             // invariant checks
20739             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20740                 return false;
20741             }
20742             if (data) {
20743                 return false;
20744             }
20745             data = (int*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20746             return data != nullptr;
20747         }
20749         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20750         void Cleanup()
20751         {
20752             if (data) free(data);
20753             data = nullptr;
20754         }
20755     };
20757     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20758     // this will fail..
20759     if (!picture.Init()) {
20760         puts("Error, invalid picture");
20761     }
20762     // now have an invalid picture object instance.
20764 ##### Example, good
20766     class Picture
20767     {
20768         int mx;
20769         int my;
20770         vector<int> data;
20772         static int check_size(int size)
20773         {
20774             // invariant check
20775             Expects(size > 0);
20776             return size;
20777         }
20779     public:
20780         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20781         Picture(int x, int y)
20782             : mx(check_size(x))
20783             , my(check_size(y))
20784             // now we know x and y have a valid size
20785             , data(mx * my) // will throw std::bad_alloc on error
20786         {
20787             // picture is ready-to-use
20788         }
20790         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20792         // ...
20793     };
20795     Picture picture1(100, 100);
20796     // picture is ready-to-use here...
20798     // not a valid size for y,
20799     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20800     Picture picture2(100, 0);
20801     // not reach here...
20803 ##### Alternative
20805 * Always establish a class invariant in a constructor.
20806 * Don't define an object before it is needed.
20808 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20810 ##### Reason
20812 `goto` is error-prone.
20813 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20815 ##### Example, bad
20817     void do_something(int n)
20818     {
20819         if (n < 100) goto exit;
20820         // ...
20821         int* p = (int*) malloc(n);
20822         // ...
20823         if (some_error) goto_exit;
20824         // ...
20825     exit:
20826         free(p);
20827     }
20829 and spot the bug.
20831 ##### Alternative
20833 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20834 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20836 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20838 ##### Reason
20840 `protected` data is a source of errors.
20841 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20842 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20844 ##### Example
20846     ???
20848 ##### Alternative
20850 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20853 # <a name="S-references"></a>RF: References
20855 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20856 Many
20858 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20859 * are written by C++ novices
20860 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20861 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20862 * are written to preserve decades old code bases
20863 * aim at a single application domain
20864 * are downright counterproductive
20865 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20867 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20868 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20870 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20871 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.
20872 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20873 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20875 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20876 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20877 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20879 Reference sections:
20881 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20882 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20883 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20884 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20885 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20886 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20887 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20889 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20891 * [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)
20892 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20893   ???.
20894 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20895   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20896 * Facebook: ???
20897 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20898   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20899 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20900   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.
20901 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20902   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20903   For flight control software.
20904   For hard-real-time.
20905   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20906   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20907   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).
20908   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20909   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20910   Recommended, but note its very specific focus.
20911 * [MISRA C++ 2008: Guidelines for the use of the C++ language in critical systems](https://www.misra.org.uk/Buyonline/tabid/58/Default.aspx).
20912 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
20913   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20914   As such, it is restrictive.
20915 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20916   ???.
20917 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20918   ???.
20919 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/x/Wnw-BQ).
20920   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20921   Many of their rules apply generally.
20922 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20923 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20924   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20925 * ???
20927 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20929 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20930 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20931 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20932 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20933 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20934 * [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.
20935 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20936   LCSD05. October 2005.
20937 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20938   Addison Wesley 2014.
20939   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20940 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20941   Addison Wesley 2013.
20942   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20943 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20944   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20945   Mostly low-level naming and layout rules.
20946   Primarily a teaching tool.
20948 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20950 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20951 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20952 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20953 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20954 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20955 A textbook for beginners and relative novices.
20957 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20959 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20960 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20961 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20962 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20963 * [Adobe open source](https://opensource.adobe.com/)
20964 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20965 * Sutter's Mill?
20966 * ???
20968 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20970 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20971 * 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
20972 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20973 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20974 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20975 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
20976 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20977 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20978 * CppCon 15
20979 * ??? C++ Next
20980 * ??? Meting C++
20981 * ??? more ???
20983 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
20985 * ISO C++ Standard C++11.
20986 * ISO C++ Standard C++14.
20987 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
20988 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
20989 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20990 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
20993 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
20995 This section contains materials that have been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
20997 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
20998 * 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.
20999 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
21000 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
21001 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
21002 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
21003 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
21004 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
21005 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
21006 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
21008 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
21010 Contributions to this list would be most welcome.
21012 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
21014 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
21016 * Peter Juhl
21017 * Neil MacIntosh
21018 * Axel Naumann
21019 * Andrew Pardoe
21020 * Gabriel Dos Reis
21021 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
21022 * Sergey Zubkov
21024 and see the contributor list on the github.
21026 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
21028 Ideally, we would follow all of the guidelines.
21029 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
21030 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
21031 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
21032 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
21034 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
21035 of problems first and leave the rest until later.
21036 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
21037 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
21038 We call such a set of related guidelines a "profile".
21039 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"
21040 or "static type safety."
21041 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
21042 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
21044 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset of rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
21045 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
21046 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
21048 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
21049 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
21050 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
21051 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
21052 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
21054 Profiles summary:
21056 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
21057 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
21058 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
21060 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
21061 Candidates include:
21063 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
21064 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
21065 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
21066 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
21067 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
21069 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
21071 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
21073     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
21074     {
21075         // ...
21076     }
21078 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
21079 Obviously, suppression should be very rare.
21081 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
21083 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
21084 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
21086 For the purposes of this section,
21087 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.
21088 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
21089 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21091 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
21093 Type safety profile summary:
21095 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
21097   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).
21098   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).
21099   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).
21100   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).
21101 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
21102 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
21103 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
21104 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
21105 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
21106 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
21107 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
21108 [always initialize](#Res-always).
21109 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
21110 [always initialize](#Res-always),
21111 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
21112 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
21113 * <a name="Pro-type-union"></a>Type.7: Avoid naked union:
21114 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
21115 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
21116 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
21118 ##### Impact
21120 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
21121 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
21122 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21123 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
21126 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
21128 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
21129 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
21130 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
21132 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.
21133 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
21134 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
21136 Bounds safety profile summary:
21138 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
21139 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21140 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
21141 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21142 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
21143 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21144 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
21145 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
21147 ##### Impact
21149 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
21150 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
21151 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
21152 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)
21153 and "mysterious values."
21156 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
21158 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
21159 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
21160 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
21162 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
21164 Lifetime safety profile summary:
21166 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
21167 [detect or avoid](#Res-deref).
21169 ##### Impact
21171 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
21173 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
21174 * eliminates a major source of potential security violations
21175 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
21176 * increases confidence in correctness of code
21177 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
21180 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
21182 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
21183 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
21185 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.
21187 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
21188 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
21189 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
21191 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
21192 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
21193 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
21195 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++.
21196 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
21198 For each GSL type below we state an invariant for that type. That invariant holds as long as user code only changes the state of a GSL object using the type's provided member/free functions (i.e., user code does not bypass the type's interface to change the object's value/bits by violating any other Guidelines rule).
21200 Summary of GSL components:
21202 * [GSL.view: Views](#SS-views)
21203 * [GSL.owner](#SS-ownership)
21204 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
21205 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
21206 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
21208 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
21210 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
21212 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
21214 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.
21216 These "views" are never owners.
21218 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.
21220 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
21222 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
21223 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
21225 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.
21226 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
21228 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
21230 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
21231 Reasons for that include:
21233 * Cost of conversion.
21234 * The pointer is used with an ABI.
21235 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
21237 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
21239 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
21241 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
21243 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
21244   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
21246 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
21247 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
21249 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type. All accesses to elements of the span, notably via `operator[]`, are guaranteed to be bounds-checked by default.
21251 > Note: GSL's `span` (initially called `array_view`) was proposed for inclusion in the C++ standard library, and was adopted (with changes to its name and interface) except only that `std::span` does not provide for guaranteed bounds checking. Therefore GSL changed `span`'s name and interface to track `std::span` and should be exactly the same as `std::span`, and the only difference should be that GSL `span` is fully bounds-safe by default. If bounds-safety might affect its interface, then those change proposals should be brought back via the ISO C++ committee to keep `gsl::span` interface-compatible with `std::span`. If a future evolution of `std::span` adds bounds checking, `gsl::span` can be removed.
21253 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
21254 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`.
21256 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
21257 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
21259 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.
21260 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`.
21263 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?
21265 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
21267 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
21268 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
21269 * `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.
21270 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter.
21271   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
21273 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
21275 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21276                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
21277                 // `Expects` is under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
21278 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21280 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21281 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21282 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21283 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21285 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21287 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21288 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21289 * `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)
21290 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21291 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21292 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21293 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21295 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21297 These concepts (type predicates) are borrowed from
21298 Andrew Sutton's Origin library,
21299 the Range proposal,
21300 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21301 Many of them are very similar to what became part of the ISO C++ standard in C++20.
21303 * `String`
21304 * `Number`
21305 * `Boolean`
21306 * `Range`              // in C++20, `std::ranges::range`
21307 * `Sortable`           // in C++20, `std::sortable`
21308 * `EqualityComparable` // in C++20, `std::equality_comparable`
21309 * `Convertible`        // in C++20, `std::convertible_to`
21310 * `Common`             // in C++20, `std::common_with`
21311 * `Integral`           // in C++20, `std::integral`
21312 * `SignedIntegral`     // in C++20, `std::signed_integral`
21313 * `SemiRegular`        // in C++20, `std::semiregular`
21314 * `Regular`            // in C++20, `std::regular`
21315 * `TotallyOrdered`     // in C++20, `std::totally_ordered`
21316 * `Function`           // in C++20, `std::invocable`
21317 * `RegularFunction`    // in C++20, `std::regular_invocable`
21318 * `Predicate`          // in C++20, `std::predicate`
21319 * `Relation`           // in C++20, `std::relation`
21320 * ...
21322 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21324 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21325 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21326 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21328 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout suggestions
21330 Consistent naming and layout are helpful.
21331 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21332 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21333 Also, most real-world projects include code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21334 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.
21335 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21337 Naming and layout rules:
21339 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21340 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21341 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21342 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21343 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21344 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21345 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21346 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21347 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21348 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21349 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21350 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21351 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21352 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21353 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21354 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21355 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21356 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21357 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21358 * [NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rl-file-suffix)
21360 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21361 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21362 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21364 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.
21365 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21366 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21368 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21370 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21371 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21373 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21375 ##### Reason
21377 Compilers do not read comments.
21378 Comments are less precise than code.
21379 Comments are not updated as consistently as code.
21381 ##### Example, bad
21383     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21385 ##### Enforcement
21387 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21389 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21391 ##### Reason
21393 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21395 ##### Example
21397     void stable_sort(Sortable& c)
21398         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21399         // their original relative order
21400     {
21401         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21402     }
21404 ##### Note
21406 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21408 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21410 ##### Reason
21412 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21414 ##### Note
21416 Use intelligible English.
21417 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21418 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21419 Aim for professionalism, not "cool."
21421 ##### Enforcement
21423 not possible.
21425 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21427 ##### Reason
21429 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21431 ##### Example, bad
21433     int i;
21434     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21435     if (i == j)
21436         return i;
21438 ##### Note
21440 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21442     if (i < 0) error("negative argument");
21444     if (i < 0)
21445         error("negative argument");
21447 ##### Enforcement
21449 Use a tool.
21451 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21453 ##### Rationale
21455 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21456 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21457 Minimize unintentional conversions.
21459 ##### Example, bad
21461     void print_int(int i);
21462     void print_string(const char*);
21464     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21465     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21467 ##### Example, good
21469     void print(int i);
21470     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21472     print(1);              // clear, automatic type matching
21473     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21475 ##### Note
21477 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21479     printS  // print a std::string
21480     prints  // print a C-style string
21481     printi  // print an int
21483 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).
21485 ##### Note
21487 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21489     auto p = new User();
21490     auto p = make_unique<User>();
21491     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21492     //       just generally to say "this is an indirection"
21494     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21495     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21496     //       just generally to say "this is a count of something"
21498 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21500 ##### Note
21502 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21504     struct S {
21505         int m_;
21506         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21507     };
21509 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21511 ##### Note
21513 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21514 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21516     typename<typename T>
21517     class HashTable {   // maps string to T
21518         // ...
21519     };
21521     HashTable<int> index;
21523 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21525 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21527 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21529 ##### Example
21531     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21533     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21535     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21537     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21539     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21541 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21543 ##### Enforcement
21547 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21549 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
21551 ##### Note
21553 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21554 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21556 ##### Example
21558 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21560 * `int`
21561 * `vector`
21562 * `my_map`
21564 Avoid double underscores `__`.
21566 ##### Example
21568 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21569 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21571 * `int`
21572 * `vector`
21573 * `My_map`
21575 ##### Example
21577 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21579 * `int`
21580 * `vector`
21581 * `MyMap`
21582 * `myMap`
21584 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21586 ##### Note
21588 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21590     int mtbf {12};
21591     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21593 ##### Enforcement
21595 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21597 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21599 ##### Reason
21601 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21603 ##### Example
21605     void f()
21606     {
21607         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21608         int v[SIZE];
21609     }
21611 ##### Note
21613 This rule applies to non-macro symbolic constants:
21615     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21617 ##### Enforcement
21619 * Flag macros with lower-case letters
21620 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21622 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21624 ##### Reason
21626 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21628 ##### Note
21630 This rule is a default to use only if you have a choice.
21631 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21632 The need for consistency beats personal taste.
21634 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21635 This rule was added after many requests for guidance.
21637 ##### Example
21639 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21640 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21642 * `int`
21643 * `vector`
21644 * `My_map`
21646 ##### Enforcement
21648 Impossible.
21650 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21652 ##### Reason
21654 Readability.
21656 ##### Example
21658 Use digit separators to avoid long strings of digits
21660     auto c = 299'792'458; // m/s2
21661     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21662     auto ss_number = 123'456'7890;
21664 ##### Example
21666 Use literal suffixes where clarification is needed
21668     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21669     auto world = "world";   // a C-style string
21670     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21672 ##### Note
21674 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21675 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21676 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21678 ##### Enforcement
21680 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21682 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21684 ##### Reason
21686 Too much space makes the text larger and distracts.
21688 ##### Example, bad
21690     #include < map >
21692     int main(int argc, char * argv [ ])
21693     {
21694         // ...
21695     }
21697 ##### Example
21699     #include <map>
21701     int main(int argc, char* argv[])
21702     {
21703         // ...
21704     }
21706 ##### Note
21708 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21710 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21711 This rule was added after many requests for guidance.
21713 ##### Note
21715 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21717 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21719 ##### Reason
21721 A conventional order of members improves readability.
21723 When declaring a class use the following order
21725 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21726 * constructors, assignments, destructor
21727 * functions
21728 * data
21730 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21732 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21733 This rule was added after many requests for guidance.
21735 ##### Example
21737     class X {
21738     public:
21739         // interface
21740     protected:
21741         // unchecked function for use by derived class implementations
21742     private:
21743         // implementation details
21744     };
21746 ##### Example
21748 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21749 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21751     class X {
21752     public:
21753         // interface
21754     protected:
21755         // unchecked function for use by derived class implementations
21756     private:
21757         // implementation details (types, functions, and data)
21758     };
21760 ##### Example, bad
21762 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21764     class X {   // bad
21765     public:
21766         void f();
21767     public:
21768         int g();
21769         // ...
21770     };
21772 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21773 However, using macros obscures what is being expressed anyway.
21775 ##### Enforcement
21777 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21779 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21781 ##### Reason
21783 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21785 ##### Note
21787 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21789 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21790 This rule was added after many requests for guidance.
21792 ##### Example
21794     struct Cable {
21795         int x;
21796         // ...
21797     };
21799     double foo(int x)
21800     {
21801         if (0 < x) {
21802             // ...
21803         }
21805         switch (x) {
21806         case 0:
21807             // ...
21808             break;
21809         case amazing:
21810             // ...
21811             break;
21812         default:
21813             // ...
21814             break;
21815         }
21817         if (0 < x)
21818             ++x;
21820         if (x < 0)
21821             something();
21822         else
21823             something_else();
21825         return some_value;
21826     }
21828 Note the space between `if` and `(`
21830 ##### Note
21832 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21834 ##### Note
21836 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21838 ##### Note
21840 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21842 ##### Note
21844 Do not capitalize function names.
21846 ##### Enforcement
21848 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21850 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21852 ##### Reason
21854 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21855 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21857 ##### Example
21859     T& operator[](size_t);   // OK
21860     T &operator[](size_t);   // just strange
21861     T & operator[](size_t);   // undecided
21863 ##### Note
21865 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21866 This rule was added after many requests for guidance.
21868 ##### Enforcement
21870 Impossible in the face of history.
21873 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21875 ##### Reason
21877 Readability.
21878 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21879 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21881 ##### Example
21883     int oO01lL = 6; // bad
21885     int splunk = 7;
21886     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21888 ##### Enforcement
21892 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21894 ##### Reason
21896 Readability.
21897 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21899 ##### Example
21901     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21902     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21904 ##### Enforcement
21906 Easy.
21908 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21910 ##### Reason
21912 Readability.
21913 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21915 ##### Note
21917 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21920 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21922 ##### Reason
21924 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21926 ##### Example
21928     void f(void);   // bad
21930     void g();       // better
21932 ##### Note
21934 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21935 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21937     int f();
21938     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21940 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21942 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21944 ##### Reason
21946 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21947 Consistency in large code bases.
21949 ##### Example
21951     const int x = 7;    // OK
21952     int const y = 9;    // bad
21954     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21955     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21957 ##### Note
21959 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21960 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21962 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21964 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21965 This rule was added after many requests for guidance.
21967 ##### Enforcement
21969 Flag `const` used as a suffix for a type.
21971 ### <a name="Rl-file-suffix"></a>NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
21973 ##### Reason
21975 It's a longstanding convention.
21976 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
21978 ##### Note
21980 This convention reflects a common use pattern:
21981 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
21982 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.
21983 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
21984 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
21986 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
21987 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
21988 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
21989 even though the actual extension might be different.
21991 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
21993 ##### Example
21995     // foo.h:
21996     extern int a;   // a declaration
21997     extern void foo();
21999     // foo.cpp:
22000     int a;   // a definition
22001     void foo() { ++a; }
22003 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
22005 ##### Example, bad
22007     // foo.h:
22008     int a;   // a definition
22009     void foo() { ++a; }
22011 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
22013 ##### Enforcement
22015 * Flag non-conventional file names.
22016 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
22018 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
22020 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
22022 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
22024 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.
22026 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
22028 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).
22030 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
22032 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!"
22034 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
22036 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
22038 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
22040 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!
22042 ### <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?
22044 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.
22046 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
22048 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.
22050 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
22052 No. These guidelines are about how to best use modern standard C++ and write code assuming you have a modern conforming compiler.
22054 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
22056 No. These guidelines are about how to best use modern Standard C++, and they limit themselves to recommending only those features.
22058 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
22060 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
22062 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
22064 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
22065 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
22067 Avoid other HTML tags and other extensions.
22069 Note: We are not yet consistent with this style.
22071 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
22073 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.
22075 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
22077 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.
22079 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
22081 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.
22083 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
22085 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.
22087 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
22089 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.
22091 ### <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`?
22093 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>`.
22095 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
22097 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.
22099 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
22101 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.
22103 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
22105 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.
22107 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
22109 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
22111 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
22113 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
22115 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
22117 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
22119 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
22121 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
22123 Ideally, we follow all rules in all code.
22124 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
22126 * application code written before the guidelines were formulated or known
22127 * libraries written to older/different standards
22128 * code written under "unusual" constraints
22129 * code that we just haven't gotten around to modernizing
22131 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
22132 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
22134 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
22135 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
22136 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
22137 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
22138 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
22139 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
22141 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.
22142 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
22143 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
22144 The cost reductions must outweigh the risks.
22146 But how?
22148 There is no one approach to modernizing code.
22149 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
22150 Here are some (very general) ideas:
22152 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
22153   In most circumstances, it is also impossible.
22154 * 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.
22155 * 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.
22156 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
22157   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
22158   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
22160 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
22161 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
22163 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
22164 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
22166 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
22168 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
22169 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
22171 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
22173 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.
22175     class Employee {
22176         string email, first, last;
22177     public:
22178         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
22179         // ...
22180     };
22182     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
22183       : first(firstName),
22184         last(lastName),
22185         // BAD: first and last not yet constructed
22186         email(first + "." + last + "@acme.com")
22187     {}
22189 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.
22191 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.
22193 **References**:
22195 [\[Cline99\]](#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
22197 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
22201 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
22203 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:
22205 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
22206 * *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.
22207 * *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).)
22208 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
22210 Here is an example of the last option:
22212     class B {
22213     public:
22214         B()
22215         {
22216             /* ... */
22217             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
22218             /* ... */
22219         }
22221         virtual void f() = 0;
22222     };
22224     class B {
22225     protected:
22226         class Token {};
22228     public:
22229         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22230         // protected access level is gained by requiring a Token.
22231         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
22232         virtual void f() = 0;
22234         template<class T>
22235         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
22236         {
22237             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
22238             p->post_initialize();
22239             return p;
22240         }
22242     protected:
22243         virtual void post_initialize()   // called right after construction
22244             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
22245         }
22246     };
22249     class D : public B {                 // some derived class
22250     protected:
22251         class Token {};
22253     public:
22254         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22255         // protected access level is gained by requiring a Token.
22256         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
22257         void f() override { /* ...  */ };
22259     protected:
22260         template<class T>
22261         friend shared_ptr<T> B::create();
22262     };
22264     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
22266 This design requires the following discipline:
22268 * 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`.
22269 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
22270 * `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.
22272 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.
22274 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).
22276 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
22278 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
22280 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.
22282 ##### Example
22284 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>`:
22286     class Base {
22287     public:
22288         ~Base();                   // BAD, not virtual
22289         virtual ~Base();           // GOOD
22290         // ...
22291     };
22293     class Derived : public Base { /* ... */ };
22295     {
22296         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
22297         // ...
22298     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
22300 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:
22302     class My_policy {
22303     public:
22304         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
22305     protected:
22306         ~My_policy();              // GOOD
22307         // ...
22308     };
22310     template<class Policy>
22311     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
22313 ##### Note
22315 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
22317 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.
22319 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:
22321 * Whether it should behave virtually or not.
22322 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
22324 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.
22326 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.
22328 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.)
22330 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.
22332 ##### Exception
22334 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.
22336 Consider also this rare case:
22338 * `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.
22339 * 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.
22341 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.
22343 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`.
22345 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.
22347 **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
22349 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22353 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22355 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.
22357 ##### Example
22359     class Nefarious {
22360     public:
22361         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22362         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22363         // ...
22364     };
22366 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22369         void test(string& s)
22370         {
22371             Nefarious n;          // trouble brewing
22372             string copy = s;      // copy the string
22373         } // destroy copy and then n
22375     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.
22377 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:
22380         class Innocent_bystander {
22381             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22382             // ...
22383         };
22385         void test(string& s)
22386         {
22387             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22388             string copy2 = s;      // copy the string
22389         } // destroy copy and then i
22391     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`.
22393 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22396         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22398 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22401         void test()
22402         {
22403             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate()
22404         }
22406     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.
22408 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22411         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22413     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.
22415 ##### Note
22417 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.
22419 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22421 > 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)
22423 > 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)
22425 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.
22426 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`:
22428     T& T::operator=(const T& other)
22429     {
22430         auto temp = other;
22431         swap(temp);
22432         return *this;
22433     }
22435 (See also Item 56. ???)
22437 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).
22439 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22441 **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
22443 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22445 ##### Reason
22447  ???
22449 ##### Note
22451 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22453 ##### Note
22455 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22457 ##### Example
22459     class X {
22460     public:
22461         X(const X&) { /* stuff */ }
22463         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22465         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22467         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22469         // ...
22470     };
22472     X x1;
22473     X x2 = x1; // ok
22474     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22476 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.
22478     class X {
22479         HANDLE hnd;
22480         // ...
22481     public:
22482         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22483         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22484     };
22486     X x1;
22487     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22488     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22490 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22492     class X {
22493         string s; // defines more efficient move operations
22494         // ... other data members ...
22495     public:
22496         X(const X&) { /* stuff */ }
22497         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22499         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22500         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22501     };
22503     X test()
22504     {
22505         X local;
22506         // ...
22507         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22508     }
22510 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22512 ##### Note
22514 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:
22516 * 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.)
22517 * 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.
22518 * 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.
22520 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22522 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.
22524 **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.
22525 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22526 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.)
22528 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22530 Resource management rule summary:
22532 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22533 * [Never return or throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22534 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22535 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22536 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22537 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22538 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22539 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22541 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22543 ##### Reason
22545 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22547 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22549 ##### Example
22551     template<class T>
22552     class Vector {
22553     private:
22554         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22555         int sz;
22556         // ...
22557     };
22559 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.).
22561 ##### Example
22563     ??? "odd" non-memory resource ???
22565 ##### Enforcement
22567 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.
22569 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never return or throw while holding a resource not owned by a handle
22571 ##### Reason
22573 That would be a leak.
22575 ##### Example
22577     void f(int i)
22578     {
22579         FILE* f = fopen("a file", "r");
22580         ifstream is { "another file" };
22581         // ...
22582         if (i == 0) return;
22583         // ...
22584         fclose(f);
22585     }
22587 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:
22589     void f(int i)
22590     {
22591         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22592         // ...
22593         if (i == 0) return;
22594         // ...
22595     }
22597 Better:
22599     void f(int i)
22600     {
22601         ifstream input {"a file"};
22602         // ...
22603         if (i == 0) return;
22604         // ...
22605     }
22607 ##### Enforcement
22609 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22610 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22611 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22612 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22614 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22616 ##### Reason
22618 To be able to distinguish owners from views.
22620 ##### Note
22622 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22624 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22626 ##### Reason
22628 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22630 ##### Example
22632     string* bad()   // really bad
22633     {
22634         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22635         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22636         return &v[0];
22637     }
22639     void use()
22640     {
22641         string* p = bad();
22642         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22643         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22644         string x = *p;
22645         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22646         *p = "Evil!";
22647     }
22649 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.
22651 ##### Enforcement
22653 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.
22655 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22657 ##### Reason
22659 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22661 ##### Example
22663     template<typename T> class Vector {
22664         // ...
22665         T* elem;   // point to sz elements of type T
22666         int sz;
22667     };
22669 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22671 ##### Reason
22673 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22675 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22677 ##### Example
22679     vector<int> get_large_vector()
22680     {
22681         return ...;
22682     }
22684     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22686 ##### Exception
22688 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22690 ##### Enforcement
22692 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22694 ### <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
22696 ##### Reason
22698 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22700 ##### Example
22702     ??? Messing with pointers
22704 ##### Note
22706 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22708     template<typename T> struct Named {
22709         string name;
22710         T value;
22711     };
22713 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22715 ##### Enforcement
22717 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.
22719 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22721 ##### Reason
22723 It is common to need an initial set of elements.
22725 ##### Example
22727     template<typename T> class Vector {
22728     public:
22729         Vector(std::initializer_list<T>);
22730         // ...
22731     };
22733     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22735 ##### Enforcement
22737 When is a class a container? ???
22739 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22741 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
22742 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.
22744 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22746 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22748 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22750 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22752 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22754 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22755 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22757 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22759 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22760 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22761   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22762 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22763 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22764 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22765 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22766 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22767 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22768 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22769   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22770 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22771 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22772 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22773 * *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.
22774 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22775 * *bug*: an error in a program.
22776 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22777 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22778 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22779 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22780 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22781   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22782 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22783 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22784 * *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).
22785 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22786 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22787   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).
22788 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22789 * *copy*: an operation that makes two objects have values that compare equal. See also move.
22790 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22791   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22792   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22793 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22794   Ideally, cost should be a function of complexity.
22795 * *customization point*: ???
22796 * *data*: values used in a computation.
22797 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22798 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22799 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22800   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22801 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22802 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22803 * *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.
22804 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22805 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22806 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22807 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22808 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22809 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22810 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22811 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22812   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22813 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22814 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22815 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22816 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22817   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22818 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22819 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22820 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22821 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22822   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22823 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22824 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22825 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22826 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22827 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22828 * *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.
22829 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22830 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22831 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22832 * *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.
22833 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22834 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22835 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22836 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22837 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22838 * *move-only type*: a concrete type that is movable but not copyable.
22839 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22840 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22841 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22842 * *object file*: a file containing object code.
22843 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22844 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22845 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22846 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22847 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22848 * *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.
22849 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22850 * *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.
22851 * *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.
22852 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22853 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22854 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22855 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22856 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22857 * *programming language*: a language for expressing programs.
22858 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22859 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22860 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22861 * *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.
22862 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22863 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22864 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22865 * *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 `==`.
22866 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*.
22867 * *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.
22868 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22869 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22870 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22871 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22872 * *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*.
22873 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22874 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22875 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22876 * *source file*: a file containing source code.
22877 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22878 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22879 * *state*: a set of values.
22880 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22881 * *string*: a sequence of characters.
22882 * *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.
22883 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22884 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22885 * *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.
22886 * *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.
22887 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22888 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22889 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22890 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22891 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22892 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22893 * *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.
22894 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22895 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22896 * *value type*: a term some people use to mean a regular or semiregular type.
22897 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22898 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22899 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22901 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22903 This is our to-do list.
22904 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22905 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22907 * No long-distance friendship
22908 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22909 * Namespaces
22910 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22911 * 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?
22912 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22913 * Avoid implicit conversions
22914 * 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
22915 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22916 * 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. :)
22917 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22918 * Use `auto`
22919 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22920 * Don't overabstract
22921 * Never pass a pointer down the call stack
22922 * falling through a function bottom
22923 * 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?
22924 * 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?
22925 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22926 * 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?
22927 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22928 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22930         void bad()
22931         {
22932             int* p = new int[700];
22933             int* q = &p[7];
22934             delete p;
22936             vector<int> v(700);
22937             int* q2 = &v[7];
22938             v.resize(900);
22940             // ... use q and q2 ...
22941         }
22943 * LSP
22944 * private inheritance vs/and membership
22945 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22947 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22948 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22949 * 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`?
22950 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22951 * 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.
22952 * 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)
22953 * 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)
22954 * 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)
22956 * rules for arithmetic
22958 # Bibliography
22960 * <a name="Abrahams01"></a>
22961   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22962 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22963   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22964 * <a name="Cplusplus03"></a>
22965   \[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).
22966 * <a name="Cargill92"></a>
22967   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22968 * <a name="Cline99"></a>
22969   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22970 * <a name="Dewhurst03"></a>
22971   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22972 * <a name="Henricson97"></a>
22973   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22974 * <a name="Koenig97"></a>
22975   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
22976 * <a name="Lakos96"></a>
22977   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
22978 * <a name="Meyers96"></a>
22979   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
22980 * <a name="Meyers97"></a>
22981   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
22982 * <a name="Meyers01"></a>
22983   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
22984 * <a name="Meyers05"></a>
22985   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
22986 * <a name="Meyers15"></a>
22987   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
22988 * <a name="Murray93"></a>
22989   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
22990 * <a name="Stroustrup94"></a>
22991   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
22992 * <a name="Stroustrup00"></a>
22993   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
22994 * <a name="Stroustrup05"></a>
22995   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
22996 * <a name="Stroustrup13"></a>
22997   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
22998 * <a name="Stroustrup14"></a>
22999   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
23000   Addison Wesley 2014.
23001 * <a name="Stroustrup15"></a>
23002   \[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).
23003 * <a name="SuttHysl04b"></a>
23004   \[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).
23005 * <a name="SuttAlex05"></a>
23006   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
23007 * <a name="Sutter00"></a>
23008   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
23009 * <a name="Sutter02"></a>
23010   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
23011 * <a name="Sutter04"></a>
23012   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
23013 * <a name="Taligent94"></a>
23014   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).