List some non-enum alternatives to macros in Enum.1, closes #2054
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob0d80405ead27f65d37a13e841ccbc37369e43d64
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](#sl-the-standard-library)
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](#gsl-guidelines-support-library)
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](#gsl-guidelines-support-library))
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](#sl-the-standard-library)
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](#gsl-guidelines-support-library)
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](#gsl-guidelines-support-library), 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](#gsl-guidelines-support-library)
632 * [The ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
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: (x1,y1,x2,y2)? (x,y,h,w)? ...?
648                                     // need to look up documentation to know
650     draw_line(Point, Point);        // clearer
652 ##### Enforcement
654 Look for common patterns for which there are better alternatives
656 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
657 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
658 * loop variables in too large a scope
659 * naked `new` and `delete`
660 * functions with many parameters of built-in types
662 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
664 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
666 ##### Reason
668 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
669 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
671 * unions
672 * casts
673 * array decay
674 * range errors
675 * narrowing conversions
677 ##### Note
679 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
680 We try to provide alternative techniques.
682 ##### Enforcement
684 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
685 Always suggest an alternative.
686 For example:
688 * unions -- use `variant` (in C++17)
689 * casts -- minimize their use; templates can help
690 * array decay -- use `span` (from the GSL)
691 * range errors -- use `span`
692 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
694 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
696 ##### Reason
698 Code clarity and performance.
699 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
701 ##### Example
703     // Int is an alias used for integers
704     int bits = 0;         // don't: avoidable code
705     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
706         ++bits;
707     if (bits < 32)
708         cerr << "Int too small\n";
710 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
712     // Int is an alias used for integers
713     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
715 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
717 ##### Example
719     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
721     int a[100];
722     read(a, 1000);    // bad, off the end
724 better
726     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
728     int a[100];
729     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
731 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
733 ##### Enforcement
735 * Look for pointer arguments.
736 * Look for run-time checks for range violations.
738 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
740 ##### Reason
742 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
744 ##### Note
746 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).
748 ##### Example, bad
750     // separately compiled, possibly dynamically loaded
751     extern void f(int* p);
753     void g(int n)
754     {
755         // bad: the number of elements is not passed to f()
756         f(new int[n]);
757     }
759 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.
761 ##### Example, bad
763 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
765     // separately compiled, possibly dynamically loaded
766     extern void f2(int* p, int n);
768     void g2(int n)
769     {
770         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
771     }
773 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.
775 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
777 ##### Example, bad
779 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
781     // separately compiled, possibly dynamically loaded
782     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
783     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
784     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
786     void g3(int n)
787     {
788         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
789     }
791 ##### Example
793 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
795     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
796     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
797                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
798                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
800     void g3(int n)
801     {
802         vector<int> v(n);
803         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
804         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
805     }
807 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.
809 ##### Example
811 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
813     vector<int> f5(int n)    // OK: move
814     {
815         vector<int> v(n);
816         // ... initialize v ...
817         return v;
818     }
820     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
821     {
822         auto p = make_unique<int[]>(n);
823         // ... initialize *p ...
824         return p;
825     }
827     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
828     {
829         owner<int*> p = new int[n];
830         // ... initialize *p ...
831         return p;
832     }
834 ##### Example
836 * ???
837 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
838   Or strings as "free-style" options
840 ##### Enforcement
842 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
843 * ???
845 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
847 ##### Reason
849 Avoid "mysterious" crashes.
850 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
852 ##### Example
854     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
855     {
856         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
857     }
859     void use1(int m)
860     {
861         const int n = 10;
862         int a[n] = {};
863         // ...
864         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
865                             // but assume that m == 20
866         // ...
867     }
869 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
870 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
871 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
872 We could check earlier and improve the code:
874     void increment2(span<int> p)
875     {
876         for (int& x : p) ++x;
877     }
879     void use2(int m)
880     {
881         const int n = 10;
882         int a[n] = {};
883         // ...
884         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
885         // ...
886     }
888 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
889 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):
891     void use3(int m)
892     {
893         const int n = 10;
894         int a[n] = {};
895         // ...
896         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
897         // ...
898     }
900 ##### Example, bad
902 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
904     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
906     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
908     void user1(const string& date)    // manipulate date
909     {
910         auto d = extract_date(date);
911         // ...
912     }
914     void user2()
915     {
916         Date d = read_date(cin);
917         // ...
918         user1(d.to_string());
919         // ...
920     }
922 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
924 ##### Example
926 Excess checking can be costly.
927 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)`).
929     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
930         float x;
931         float y;
932         float z;
933         float e;
934     public:
935         Jet(float x, float y, float z, float e)
936             :x(x), y(y), z(z), e(e)
937         {
938             // Should I check here that the values are physically meaningful?
939         }
941         float m() const
942         {
943             // Should I handle the degenerate case here?
944             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
945         }
947         ???
948     };
950 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.
954 ##### Enforcement
956 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
957 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
958 * Look for unchecked values coming from input
959 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
960 * ???
962 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
964 ##### Reason
966 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
967 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
969 ##### Example, bad
971     void f(char* name)
972     {
973         FILE* input = fopen(name, "r");
974         // ...
975         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
976         // ...
977         fclose(input);
978     }
980 Prefer [RAII](#Rr-raii):
982     void f(char* name)
983     {
984         ifstream input {name};
985         // ...
986         if (something) return;   // OK: no leak
987         // ...
988     }
990 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
992 ##### Note
994 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
995 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
996 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
997 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
998 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
999 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
1001 ##### Note
1003 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
1004 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
1005 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
1007 ##### Enforcement
1009 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
1010   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
1011   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1012 * Look for naked `new` and `delete`
1013 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
1015 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1017 ##### Reason
1019 This is C++.
1021 ##### Note
1023 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.
1024 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1026 ##### Example, bad
1028     struct X {
1029         char ch;
1030         int i;
1031         string s;
1032         char ch2;
1034         X& operator=(const X& a);
1035         X(const X&);
1036     };
1038     X waste(const char* p)
1039     {
1040         if (!p) throw Nullptr_error{};
1041         int n = strlen(p);
1042         auto buf = new char[n];
1043         if (!buf) throw Allocation_error{};
1044         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1045         // ... manipulate buffer ...
1046         X x;
1047         x.ch = 'a';
1048         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1049         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1050         delete[] buf;
1051         return x;
1052     }
1054     void driver()
1055     {
1056         X x = waste("Typical argument");
1057         // ...
1058     }
1060 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1061 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1062 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1063 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1064 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1065 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1067 ##### Example, bad
1069     void lower(zstring s)
1070     {
1071         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1072     }
1074 This is actually an example from production code.
1075 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.
1077 ##### Note
1079 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1080 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1081 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.
1082 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1084 ##### Enforcement
1086 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1088 * 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.)
1091 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1093 ##### Reason
1095 It is easier to reason about constants than about variables.
1096 Something immutable cannot change unexpectedly.
1097 Sometimes immutability enables better optimization.
1098 You can't have a data race on a constant.
1100 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1102 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1104 ##### Reason
1106 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1107 A good interface is easier and safer to use.
1108 Messy, low-level code breeds more such code.
1110 ##### Example
1112     int sz = 100;
1113     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1114     int count = 0;
1115     // ...
1116     for (;;) {
1117         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1118         // ... check that x is valid ...
1119         if (count == sz)
1120             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1121         p[count++] = x;
1122         // ...
1123     }
1125 This is low-level, verbose, and error-prone.
1126 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1127 Instead, we could use `vector`:
1129     vector<int> v;
1130     v.reserve(100);
1131     // ...
1132     for (int x; cin >> x; ) {
1133         // ... check that x is valid ...
1134         v.push_back(x);
1135     }
1137 ##### Note
1139 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1140 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1141 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1142 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1143 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1144 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1145 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1147 ##### Enforcement
1149 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1152 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1154 ##### Reason
1156 There are many things that are done better "by machine".
1157 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1158 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1160 ##### Example
1162 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1164 ##### Note
1168 * [Static analysis tools](???)
1169 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1170 * [Testing tools](???)
1172 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1173 but those are beyond the scope of these guidelines.
1175 ##### Note
1177 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1178 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1181 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1183 ##### Reason
1185 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1186 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1187 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1188 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1189 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1190 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1191 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1193 ##### Example
1195     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1197 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1198 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1199 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1201 ##### Note
1203 By default use
1205 * The [ISO C++ Standard Library](#sl-the-standard-library)
1206 * The [Guidelines Support Library](#gsl-guidelines-support-library)
1208 ##### Note
1210 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1211 maybe you should design and implement it, and then use it.
1214 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1216 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.
1217 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.
1219 Interface rule summary:
1221 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1222 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1223 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1224 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1225 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1226 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1227 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1228 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1229 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1230 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1231 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1232 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1233 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1234 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1235 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1236 * [I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning](#Ri-unrelated)
1237 * [I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1238 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1239 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1240 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1242 **See also**:
1244 * [F: Functions](#S-functions)
1245 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1246 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1247 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1248 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1249 * [E: Error handling](#S-errors)
1250 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1252 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1254 ##### Reason
1256 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1258 ##### Example, bad
1260 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1262     int round(double d)
1263     {
1264         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1265     }
1267 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1269 ##### Exception
1271 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1272 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1274 ##### Example, bad
1276 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1278     // don't: no test of fprintf's return value
1279     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1281 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1283 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1285 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1286 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1288 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1289 Functions can be function templates and sets of functions can be classes or class templates.
1291 ##### Enforcement
1293 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1294 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1296 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1298 ##### Reason
1300 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1302 ##### Example
1304     struct Data {
1305         // ... lots of stuff ...
1306     } data;            // non-const data
1308     void compute()     // don't
1309     {
1310         // ... use data ...
1311     }
1313     void output()     // don't
1314     {
1315         // ... use data ...
1316     }
1318 Who else might modify `data`?
1320 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
1321 If you use a global object initialize it with a constant.
1322 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
1324 ##### Exception
1326 A global object is often better than a singleton.
1328 ##### Note
1330 Global constants are useful.
1332 ##### Note
1334 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1336 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1337 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1339 **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.
1340 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1342 Using global pointers or references to access and change non-const, and otherwise non-global,
1343 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.
1345 ##### Note
1347 You cannot have a race condition on immutable data.
1349 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1351 ##### Note
1353 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1355 ##### Enforcement
1357 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope and global pointers/references to non-const data.
1360 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1362 ##### Reason
1364 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1366 ##### Example
1368     class Singleton {
1369         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1370         // that it is initialized properly, etc.
1371     };
1373 There are many variants of the singleton idea.
1374 That's part of the problem.
1376 ##### Note
1378 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1380 ##### Exception
1382 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1384     X& myX()
1385     {
1386         static X my_x {3};
1387         return my_x;
1388     }
1390 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1391 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1392 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1394 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1395 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1396 For example:
1398     X& myX()
1399     {
1400         static auto p = new X {3};
1401         return *p;  // potential leak
1402     }
1404 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1405 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1407 * `myX` is in multi-threaded code,
1408 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1409 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1411 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.
1413 ##### Enforcement
1415 Very hard in general.
1417 * Look for classes with names that include `singleton`.
1418 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1419 * 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.
1421 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1423 ##### Reason
1425 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1426 Also, precisely typed code is often optimized better.
1428 ##### Example, don't
1430 Consider:
1432     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1434 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1435 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1436 implicitly convert to `void*`, so it is easy for callers to provide this value.
1438 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1439 That is error-prone and verbose.
1441 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.
1443 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1444 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1446 ##### Example, bad
1448 Consider:
1450     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1452     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1454 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?
1456 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1458     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1459     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1461     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1462     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1464 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1465 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1467 ##### Example, bad
1469 Consider:
1471     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1473 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1475 This design is more explicit, safe and legible:
1477     alarm_settings s{};
1478     s.enabled = true;
1479     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1480     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1481     set_settings(s);
1483 For the case of a set of boolean values consider using a flags `enum`; a pattern that expresses a set of boolean values.
1485     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1487 ##### Example, bad
1489 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1491     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1492     {
1493         // ...
1494         // do something with time_to_blink
1495         // ...
1496     }
1498     void use()
1499     {
1500         blink_led(2);
1501     }
1503 ##### Example, good
1505 `std::chrono::duration` types helps making the unit of time duration explicit.
1507     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1508     {
1509         // ...
1510         // do something with time_to_blink
1511         // ...
1512     }
1514     void use()
1515     {
1516         blink_led(1500ms);
1517     }
1519 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1521     template<class rep, class period>
1522     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1523     {
1524         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1525         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1526         // ...
1527         // do something with milliseconds_to_blink
1528         // ...
1529     }
1531     void use()
1532     {
1533         blink_led(2s);
1534         blink_led(1500ms);
1535     }
1537 ##### Enforcement
1539 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1540 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1541 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1543 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1545 ##### Reason
1547 Arguments have meaning that might constrain their proper use in the callee.
1549 ##### Example
1551 Consider:
1553     double sqrt(double x);
1555 Here `x` must be non-negative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1557     double sqrt(double x); // x must be non-negative
1559 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1561     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1563 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).
1565 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#gsl-guidelines-support-library).
1567 ##### Note
1569 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1570 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1572 ##### Note
1574 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1575 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1576 We don't need to mention it for each member function.
1578 ##### Enforcement
1580 (Not enforceable)
1582 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1584 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1586 ##### Reason
1588 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1590 ##### Example
1592     int area(int height, int width)
1593     {
1594         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1595         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1596         // ...
1597     }
1599 ##### Note
1601 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1602 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?).
1604 ##### Note
1606 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1607 but we don't yet have the language facilities to do that.
1608 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.
1610 ##### Note
1612 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1614 ##### Note
1616 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is non-negative](#Res-nonnegative).
1618 ##### Enforcement
1620 (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.
1622 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1624 ##### Reason
1626 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1628 ##### Example, bad
1630 Consider:
1632     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1634 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1635 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.
1636 Overflow can happen.
1637 Consider using:
1639     int area(int height, int width)
1640     {
1641         auto res = height * width;
1642         Ensures(res > 0);
1643         return res;
1644     }
1646 ##### Example, bad
1648 Consider a famous security bug:
1650     void f()    // problematic
1651     {
1652         char buffer[MAX];
1653         // ...
1654         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1655     }
1657 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1659     void f()    // better
1660     {
1661         char buffer[MAX];
1662         // ...
1663         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1664         Ensures(buffer[0] == 0);
1665     }
1667 ##### Note
1669 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.
1671 ##### Note
1673 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.
1675 ##### Example
1677 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1679     mutex m;
1681     void manipulate(Record& r)    // don't
1682     {
1683         m.lock();
1684         // ... no m.unlock() ...
1685     }
1687 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.
1688 Stating the postcondition would have made it clear:
1690     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1691     {
1692         m.lock();
1693         // ... no m.unlock() ...
1694     }
1696 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1698 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1700     void manipulate(Record& r)    // best
1701     {
1702         lock_guard<mutex> _ {m};
1703         // ...
1704     }
1706 ##### Note
1708 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1709 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1710 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1712 ##### Enforcement
1714 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1715 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1716 checkers) exist for many toolchains.
1718 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1720 ##### Reason
1722 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1724 ##### Example
1726     void f()
1727     {
1728         char buffer[MAX];
1729         // ...
1730         memset(buffer, 0, MAX);
1731         Ensures(buffer[0] == 0);
1732     }
1734 ##### Note
1736 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1737 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and might have the wrong semantics.
1739 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1741 ##### Note
1743 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1744 For now, we place it in the definition (function body).
1745 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.
1747 ##### Enforcement
1749 (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.
1751 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1753 ##### Reason
1755 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1757 ##### Example
1759 Use the C++20 style of requirements specification. For example:
1761     template<typename Iter, typename Val>
1762       requires input_iterator<Iter> && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
1763     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1764     {
1765         // ...
1766     }
1768 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1770 ##### Enforcement
1772 Warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1774 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1776 ##### Reason
1778 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1779 This is a major source of errors.
1781 ##### Example
1783     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1785     template<class F, class ...Args>
1786     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1787     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1789 ##### Note
1791 What is an error?
1793 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1794 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1795 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1796 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.
1797 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1799 ##### Exception
1801 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.
1803 ##### Alternative
1805 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:
1807     int val;
1808     int error_code;
1809     tie(val, error_code) = do_something();
1810     if (error_code) {
1811         // ... handle the error or exit ...
1812     }
1813     // ... use val ...
1815 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1816 Since C++17 the "structured bindings" feature can be used to initialize variables directly from the return value:
1818     auto [val, error_code] = do_something();
1819     if (error_code) {
1820         // ... handle the error or exit ...
1821     }
1822     // ... use val ...
1824 ##### Note
1826 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1828 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1829 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1830 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the [critical](#Rper-critical) part of the code.
1831 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1832 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1834 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1836 ##### Enforcement
1838 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1839 * Look for `errno`.
1841 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1843 ##### Reason
1845 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1847 ##### Example
1849 Consider:
1851     X* compute(args)    // don't
1852     {
1853         X* res = new X{};
1854         // ...
1855         return res;
1856     }
1858 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1859 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1861     vector<double> compute(args)  // good
1862     {
1863         vector<double> res(10000);
1864         // ...
1865         return res;
1866     }
1868 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1869 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1870 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1872 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1873 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library):
1875     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1876     {
1877         owner<X*> res = new X{};
1878         // ...
1879         return res;
1880     }
1882 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1883 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1885 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1887 ##### Note
1889 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1890 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1891 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1892 so the default is "no ownership transfer."
1894 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1896 ##### Enforcement
1898 * (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>`.
1899 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1900 * (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.
1902 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1904 ##### Reason
1906 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1907 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1909 ##### Example
1911     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1913     length(nullptr);                      // OK?
1915     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1917     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1919 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.
1921 ##### Note
1923 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#gsl-guidelines-support-library).
1925 ##### Note
1927 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*`.
1929     // we can assume that p cannot be nullptr
1930     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1931     int length(not_null<zstring> p);
1933 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1935 ##### Enforcement
1937 * (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`.
1938 * (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`.
1940 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1942 ##### Reason
1944  (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.
1946 ##### Example
1948 Consider:
1950     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1952 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1953 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1954 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1956 ##### Alternative
1958 Consider using explicit spans:
1960     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1962 ##### Example, bad
1964 Consider:
1966     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1967     Circle arr[10];
1968     // ...
1969     draw(arr, 10);
1971 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.
1973 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1975     void draw2(span<Circle>);
1976     Circle arr[10];
1977     // ...
1978     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1979     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1981     void draw3(span<Shape>);
1982     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1984 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 ???.
1986 ##### Exception
1988 Use `zstring` and `czstring` to represent C-style, zero-terminated strings.
1989 But when doing so, use `std::string_view` or `span<char>` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) to prevent range errors.
1991 ##### Enforcement
1993 * (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.
1994 * (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.
1996 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1998 ##### Reason
2000 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
2002 ##### Example
2004     // file1.c
2006     extern const X x;
2008     const Y y = f(x);   // read x; write y
2010     // file2.c
2012     extern const Y y;
2014     const X x = g(y);   // read y; write x
2016 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
2017 one will access an uninitialized `const`.
2018 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
2020 ##### Note
2022 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2023 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2025 ##### Enforcement
2027 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2028 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2030 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2032 ##### Reason
2034 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2036 ##### Discussion
2038 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2040 1. *Missing an abstraction.*
2041    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2042    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2043    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2044    are no longer protected by an enforced invariant.
2046 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2047    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2049 ##### Example
2051 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2053     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2054     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2055                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2056                          OutputIterator result, Compare comp);
2058 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2060 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2061 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2063     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2064     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2065                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2066                          OutputIterator result);
2068 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2069 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2071     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2072     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2074 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2076 Alternatively, we could use a standard library concept to define the notion of three types that must be usable for merging:
2078     template<class In1, class In2, class Out>
2079       requires mergeable<In1, In2, Out>
2080     Out merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2082 ##### Example
2084 The safety Profiles recommend replacing
2086     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2088 with
2090     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2092 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2094 ##### Note
2096 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2097 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2099 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2101 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2103 ##### Enforcement
2105 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2106 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2108 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent parameters that can be invoked by the same arguments in either order with different meaning
2110 ##### Reason
2112 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2114 ##### Example, bad
2116 Consider:
2118     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2120 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2122 Use `const` for the "from" argument:
2124     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2126 ##### Exception
2128 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2130     int max(int a, int b);
2132 ##### Alternative
2134 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2136     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2138 ##### Alternative
2140 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2142     struct SystemParams {
2143         string config_file;
2144         string output_path;
2145         seconds timeout;
2146     };
2147     void initialize(SystemParams p);
2149 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2150 are often filled in by name at the call site.
2152 ##### Note
2154 Only the interface's designer can adequately address the source of violations of this guideline.
2156 ##### Enforcement strategy
2158 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type
2160 We are still looking for a less-simple enforcement.
2162 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer empty abstract classes as interfaces to class hierarchies
2164 ##### Reason
2166 Abstract classes that are empty (have no non-static member data) are more likely to be stable than base classes with state.
2168 ##### Example, bad
2170 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2172     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2173     public:
2174         Point center() const { return c; }
2175         virtual void draw() const;
2176         virtual void rotate(int);
2177         // ...
2178     private:
2179         Point c;
2180         vector<Point> outline;
2181         Color col;
2182     };
2184 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:
2186     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2187     public:
2188         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2189         virtual void draw() const = 0;
2190         virtual void rotate(int) = 0;
2191         // ...
2192         // ... no data members ...
2193         // ...
2194         virtual ~Shape() = default;
2195     };
2197 ##### Enforcement
2199 (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.
2201 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2203 ##### Reason
2205 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2207 ##### Exception
2209 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2211 ##### Note
2213 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.
2215 ##### Enforcement
2217 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2219 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2221 ##### Reason
2223 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2224 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2225 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2227 ##### Example
2229 interface (widget.h)
2231     class widget {
2232         class impl;
2233         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2234     public:
2235         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2236         widget(int); // defined in the implementation file
2237         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2238         widget(widget&&); // defined in the implementation file
2239         widget(const widget&) = delete;
2240         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2241         widget& operator=(const widget&) = delete;
2242     };
2245 implementation (widget.cpp)
2247     class widget::impl {
2248         int n; // private data
2249     public:
2250         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2251         impl(int n) : n(n) {}
2252     };
2253     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2254     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2255     widget::widget(widget&&) = default;
2256     widget::~widget() = default;
2257     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2259 ##### Notes
2261 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.
2263 ##### Enforcement
2265 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2267 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2269 ##### Reason
2271 To keep code simple and safe.
2272 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2273 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2274 subtleties.
2275 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2277 ##### Example
2279 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2280 from a file, from the command line, or from standard input.
2281 We might write
2283     bool owned;
2284     owner<istream*> inp;
2285     switch (source) {
2286     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2287     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2288     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2289     }
2290     istream& in = *inp;
2292 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2293 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2294 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2295 In particular, someone has to remember to somewhere write
2297     if (owned) delete inp;
2299 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2300 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2301 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2302 at run time.
2303 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2304 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2305 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2307 So, we write a class
2309     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2310     public:
2311         enum Opt { from_line = 1 };
2312         Istream() { }
2313         Istream(zstring p) : owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2314         Istream(zstring p, Opt) : owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2315         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2316         operator istream&() { return *inp; }
2317     private:
2318         bool owned = false;
2319         istream* inp = &cin;
2320     };
2322 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2323 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2325 ##### Enforcement
2327 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2328 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2330 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2332 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.
2334 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.
2335 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2337 Function rule summary:
2339 Function definition rules:
2341 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2342 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2343 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2344 * [F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2345 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2346 * [F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2347 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2348 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2349 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2350 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
2351 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
2353 Parameter passing expression rules:
2355 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2356 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2357 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2358 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2359 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2360 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2361 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple](#Rf-out-multi)
2362 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2364 Parameter passing semantic rules:
2366 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2367 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2368 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2369 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2370 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2371 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2373 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2375 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2376 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2377 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2378 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2379 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2380 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2381 * [F.48: Don't return `std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2382 * [F.49: Don't return `const T`](#Rf-return-const)
2384 Other function rules:
2386 * [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)
2387 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2388 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2389 * [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)
2390 * [F.54: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture](#Rf-this-capture)
2391 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2392 * [F.56: Avoid unnecessary condition nesting](#F-nesting)
2394 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2396 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2398 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2400 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2402 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2404 ##### Reason
2406 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2407 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2409 ##### Example, don't
2411     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2412     {
2413         int x;
2414         if (is >> x)
2415             cout << "the int is " << x << '\n';
2416         else
2417             cerr << "no int on input\n";
2418     }
2420 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2421 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2422 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2423 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
2424 mess could become hard to understand.
2426 ##### Note
2428 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.
2430 ##### Example
2432     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2434 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2436     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2438     sort(a, b, lessT);
2440 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2442 ##### Exception
2444 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2445 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2446 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2447 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2449 ##### Enforcement
2451 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2452 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2454 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2456 ##### Reason
2458 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2460 ##### Example
2462 Consider:
2464     void read_and_print()    // bad
2465     {
2466         int x;
2467         cin >> x;
2468         // check for errors
2469         cout << x << "\n";
2470     }
2472 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:
2474     int read(istream& is)    // better
2475     {
2476         int x;
2477         is >> x;
2478         // check for errors
2479         return x;
2480     }
2482     void print(ostream& os, int x)
2483     {
2484         os << x << "\n";
2485     }
2487 These can now be combined where needed:
2489     void read_and_print()
2490     {
2491         auto x = read(cin);
2492         print(cout, x);
2493     }
2495 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:
2497     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2498     {
2499         input >> value;
2500         // check for errors
2501     };
2503     auto print(auto& output, const auto& value)
2504     {
2505         output << value << "\n";
2506     }
2508 ##### Enforcement
2510 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2511 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2512 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2514 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2516 ##### Reason
2518 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2519 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2521 ##### Example
2523 Consider:
2525     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2526         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2527         // given the two mode flags.
2528     {
2529         double intermediate;
2530         if (flag1 > 0) {
2531             intermediate = func1(val);
2532             if (flag2 % 2)
2533                  intermediate = sqrt(intermediate);
2534         }
2535         else if (flag1 == -1) {
2536             intermediate = func1(-val);
2537             if (flag2 % 2)
2538                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2539             flag1 = -flag1;
2540         }
2541         if (abs(flag2) > 10) {
2542             intermediate = func2(intermediate);
2543         }
2544         switch (flag2 / 10) {
2545         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2546                 break;
2547         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2548         default: break;
2549         }
2550         return finalize(intermediate, 0.);
2551     }
2553 This is too complex.
2554 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2555 Yes, it breaks other rules also.
2557 We can refactor:
2559     double func1_muon(double val, int flag)
2560     {
2561         // ???
2562     }
2564     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2565     {
2566         // ???
2567     }
2569     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2570         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2571         // given the two mode flags.
2572     {
2573         if (flag1 > 0)
2574             return func1_muon(val, flag2);
2575         if (flag1 == -1)
2576             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2577             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2578         return 0.;
2579     }
2581 ##### Note
2583 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2584 One-to-five-line functions should be considered normal.
2586 ##### Note
2588 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2589 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2591 ##### Enforcement
2593 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2594   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2595 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2596   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical paths through." Count a simple switch as one path.
2598 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function might have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2600 ##### Reason
2602  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2604 ##### Example
2606 The (in)famous factorial:
2608     constexpr int fac(int n)
2609     {
2610         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2611         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2612         int x = 1;
2613         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2614         return x;
2615     }
2617 This is C++14.
2618 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2620 ##### Note
2622 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2623 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.
2625     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2627     void test(int v)
2628     {
2629         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2630         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2631         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2632         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2633     }
2635 ##### Note
2637 Don't try to make all functions `constexpr`.
2638 Most computation is best done at run time.
2640 ##### Note
2642 Any API that might eventually depend on high-level run-time configuration or
2643 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2644 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2645 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2647 ##### Enforcement
2649 Impossible and unnecessary.
2650 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2652 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2654 ##### Reason
2656 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2657 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2658 We are still waiting.
2659 Specifying inline (explicitly, or implicitly when writing member functions inside a class definition) encourages the compiler to do a better job.
2661 ##### Example
2663     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2665 ##### Exception
2667 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2668 An inline function is part of the ABI.
2670 ##### Note
2672 `constexpr` implies `inline`.
2674 ##### Note
2676 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2678 ##### Exception
2680 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.
2682 ##### Enforcement
2684 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2686 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function must not throw, declare it `noexcept`
2688 ##### Reason
2690 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.
2692 ##### Example
2694 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2695 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2697 ##### Note
2699 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you might need conditional `noexcept` for some of those.
2701 ##### Example
2703 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2705     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2706     {
2707         vector<string> res;
2708         for (string s; is >> s;)
2709             res.push_back(s);
2710         return res;
2711     }
2713 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2714 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that might be just the right thing to do;
2715 `terminate()` might generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2717 ##### Note
2719 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2720 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2721 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2722 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2723 environments where a `bad_alloc` exception could be handled meaningfully.
2724 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2725 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2726 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2727 your application code cannot respond to an allocation failure, it could be
2728 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2730 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2731 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2732 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2733 considering whether the possible exceptions can be handled.
2735 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2736 low-level functions.
2738 ##### Note
2740 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2741 See also [C.44](#Rc-default00).
2743 ##### Enforcement
2745 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2746 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2748 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2750 ##### Reason
2752 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended.
2753 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
2755 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2756 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.
2758 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2760 ##### Example
2762     // accepts any int*
2763     void f(int*);
2765     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2766     void g(unique_ptr<int>);
2768     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2769     void g(shared_ptr<int>);
2771     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2772     void h(const unique_ptr<int>&);
2774     // accepts any int
2775     void h(int&);
2777 ##### Example, bad
2779     // callee
2780     void f(shared_ptr<widget>& w)
2781     {
2782         // ...
2783         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2784         // ...
2785     };
2787     // caller
2788     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2789     f(my_widget);
2791     widget stack_widget;
2792     f(stack_widget); // error
2794 ##### Example, good
2796     // callee
2797     void f(widget& w)
2798     {
2799         // ...
2800         use(w);
2801         // ...
2802     };
2804     // caller
2805     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
2806     f(*my_widget);
2808     widget stack_widget;
2809     f(stack_widget); // ok -- now this works
2811 ##### Note
2813 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.
2815 ##### Enforcement
2817 * (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()`.
2818   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2819 * 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.
2820   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
2822 **See also**:
2824 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2825 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2827 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2829 ##### Reason
2831 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2833 ##### Example
2835     template<class T>
2836     auto square(T t) { return t * t; }
2838 ##### Enforcement
2840 Not possible.
2842 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2844 ##### Reason
2846 Readability.
2847 Suppression of unused parameter warnings.
2849 ##### Example
2851     widget* find(const set<widget>& s, const widget& w, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2853 ##### Note
2855 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980s to address this problem.
2857 If parameters are conditionally unused, declare them with the `[[maybe_unused]]` attribute.
2858 For example:
2860     template <typename Value>
2861     Value* find(const set<Value>& s, const Value& v, [[maybe_unused]] Hint h)
2862     {
2863         if constexpr (sizeof(Value) > CacheSize)
2864         {
2865             // a hint is used only if Value is of a certain size
2866         }
2867     }
2869 ##### Enforcement
2871 Flag named unused parameters.
2873 ### <a name="Rf-name"></a>F.10: If an operation can be reused, give it a name
2875 ##### Reason
2877 Documentation, readability, opportunity for reuse.
2879 ##### Example
2881     struct Rec {
2882         string name;
2883         string addr;
2884         int id;         // unique identifier
2885     };
2887     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
2888     {
2889         return a.id == b.id;
2890     }
2892     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
2894     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2895         [&](Rec& r) {
2896             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
2897             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
2898                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
2899             return true;
2900         }
2901     );
2903 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
2905     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
2906     {
2907         if (a.size() != b.size()) return false;
2908         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
2909         return true;
2910     }
2912     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2913         [&](Rec& r) { return compare_insensitive(r.name, n); }
2914     );
2916 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
2918     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
2920     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
2921         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
2922     );
2924 ##### Note
2926 whether functions, lambdas, or operators.
2928 ##### Exception
2930 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
2931 * Lambdas as [initializers](#???)
2933 ##### Enforcement
2935 * (hard) flag similar lambdas
2936 * ???
2938 ### <a name="Rf-lambda"></a>F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
2940 ##### Reason
2942 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
2944 ##### Example
2946     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
2947                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
2950 ##### Exception
2952 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
2954 ##### Enforcement
2956 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
2958 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2960 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2962 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2964 ##### Reason
2966 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2967 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.
2969 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2971 Normal parameter passing:
2973 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2975 Advanced parameter passing:
2977 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2979 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2981 For passing sequences of characters see [String](#SS-string).
2983 ##### Exception
2985 To express shared ownership using `shared_ptr` types, rather than following guidelines F.16-21,
2986 follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner), [R.35](#Rr-sharedptrparam), and [R.36](#Rr-sharedptrparam-const).
2988 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2990 ##### Reason
2992 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2994 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2995 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.
2997 ##### Example
2999     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
3001     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
3003     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
3005     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
3007 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
3009 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
3010 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
3011   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).
3012 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
3014 ##### Example
3016     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
3018     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
3019     string& concatenate(string&, const string& suffix);
3021     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
3023 Avoid "esoteric techniques" such as passing arguments as `T&&` "for efficiency".
3024 Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3026 ##### Notes
3028 A reference can be assumed to refer to a valid object (language rule).
3029 There is no (legitimate) "null reference."
3030 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
3032 ##### Enforcement
3034 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
3035   Suggest using a reference to `const` instead.
3036 * (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.
3037 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
3039 ##### Exception
3041 To express shared ownership using `shared_ptr` types, follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) or [R.36](#Rr-sharedptrparam-const),
3042 depending on whether or not the function unconditionally takes a reference to the argument.
3044 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
3046 ##### Reason
3048 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
3050 ##### Example
3052     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
3054 ##### Note
3056 Some user-defined and standard library types, such as `span<T>` or the iterators
3057 are [cheap to copy](#Rf-in) and may be passed by value, while doing so has
3058 mutable (in-out) reference semantics:
3060     void increment_all(span<int> a)
3061     {
3062       for (auto&& e : a)
3063         ++e;
3064     }
3066 ##### Note
3068 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
3069 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
3071     void f(string& s)
3072     {
3073         s = "New York";  // non-obvious error
3074     }
3076     void g()
3077     {
3078         string buffer = ".................................";
3079         f(buffer);
3080         // ...
3081     }
3083 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).
3084 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
3086 ##### Enforcement
3088 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
3089 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
3091 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
3093 ##### Reason
3095 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.
3097 ##### Example
3099     void sink(vector<int>&& v)  // sink takes ownership of whatever the argument owned
3100     {
3101         // usually there might be const accesses of v here
3102         store_somewhere(std::move(v));
3103         // usually no more use of v here; it is moved-from
3104     }
3106 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
3107 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
3110 ##### Exception
3112 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.
3114 For example:
3116     template<class T>
3117     void sink(std::unique_ptr<T> p)
3118     {
3119         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
3120     }   // p gets destroyed
3122 ##### Exception
3124 If the "will-move-from" parameter is a `shared_ptr` follow [R.34](#Rr-sharedptrparam-owner) and pass the `shared_ptr` by value.
3126 ##### Enforcement
3128 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
3129 * Flag access to moved-from objects.
3130 * Don't conditionally move from objects
3132 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
3134 ##### Reason
3136 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.
3138 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.
3140 ##### Example
3142 Usually you forward the entire parameter (or parameter pack, using `...`) exactly once on every static control flow path:
3144     template<class F, class... Args>
3145     inline auto invoke(F f, Args&&... args)
3146     {
3147         return f(forward<Args>(args)...);
3148     }
3150 ##### Example
3152 Sometimes you may forward a composite parameter piecewise, each subobject once on every static control flow path:
3154     template<class PairLike>
3155     inline auto test(PairLike&&... pairlike)
3156     {
3157         // ...
3158         f1(some, args, and, forward<PairLike>(pairlike).first);           // forward .first
3159         f2(and, forward<PairLike>(pairlike).second, in, another, call);   // forward .second
3160     }
3162 ##### Enforcement
3164 * 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.
3166 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
3168 ##### Reason
3170 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
3172 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
3174 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3176 ##### Example
3178     // OK: return pointers to elements with the value x
3179     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3181     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3182     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3184 ##### Note
3186 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements might be in aggregate expensive to move.
3188 ##### Exceptions
3190 * For non-concrete types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3191 * 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).
3192 * 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).
3194 ##### Example
3196 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
3198     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
3199     {
3200         Matrix res;
3201         // ... fill res with the sum ...
3202         return res;
3203     }
3205     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
3207     y = m3 + m3;         // move assignment
3210 ##### Note
3212 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
3214 ##### Example
3216     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3217         char header[16];
3218         char load[2024 - 16];
3219     };
3221     Package fill();       // Bad: large return value
3222     void fill(Package&);  // OK
3224     int val();            // OK
3225     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3227 ##### Enforcement
3229 * 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.
3231 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3233 ##### Reason
3235 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3236 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.
3237 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3239 ##### Example
3241     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3242     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3243     {
3244         // ...
3245         output_data = something();
3246         return status;
3247     }
3249     // GOOD: self-documenting
3250     tuple<int, string> f(const string& input)
3251     {
3252         // ...
3253         return {status, something()};
3254     }
3256 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3257 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3259     // C++98
3260     result = my_set.insert("Hello");
3261     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3263 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3265     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3266     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3268     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3269     if (success) do_something_with(iter);
3271 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3273     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3275 ##### Exception
3277 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3278 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3279 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3280 For example:
3282     istream& operator>>(istream& in, string& s);    // much like std::operator>>()
3284     for (string s; in >> s; ) {
3285         // do something with line
3286     }
3288 Here, both `s` and `in` are used as in-out parameters.
3289 We pass `in` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3290 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3291 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3292 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3293 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3295 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3297     pair<istream&, string> get_string(istream& in)  // not recommended
3298     {
3299         string s;
3300         in >> s;
3301         return {in, move(s)};
3302     }
3304     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3305         // do something with p.second
3306     }
3308 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3310 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3311 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3312 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3314 ##### Note
3316 In many cases, it can be useful to return a specific, user-defined type.
3317 For example:
3319     struct Distance {
3320         int value;
3321         int unit = 1;   // 1 means meters
3322     };
3324     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3325     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3326     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3327                                         // to people who know measure()
3328     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3330 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3332 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3334 ##### Note
3336 When the tuple to be returned is initialized from local variables that are expensive to copy,
3337 explicit `move` may be helpful to avoid copying:
3339     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3340     {
3341         LargeObject large1 = g(input);
3342         LargeObject large2 = h(input);
3343         // ...
3344         return { move(large1), move(large2) }; // no copies
3345     }
3347 Alternatively,
3349     pair<LargeObject, LargeObject> f(const string& input)
3350     {
3351         // ...
3352         return { g(input), h(input) }; // no copies, no moves
3353     }
3355 Note this is different from the `return move(...)` anti-pattern from [ES.56](#Res-move)
3357 ##### Enforcement
3359 * Output parameters should be replaced by return values.
3360   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3362 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3364 ##### Reason
3366 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3367 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.
3369 ##### Example
3371     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3372     {
3373         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3374         return string{p};
3375     }
3377     void print(const vector<int>& r)
3378     {
3379         // r refers to a vector<int>; no check needed
3380     }
3382 ##### Note
3384 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = *p;`).
3385 That error is very uncommon.
3387 ##### Note
3389 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3391 ##### Enforcement
3393 * Flag ???
3395 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3397 ##### Reason
3399 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3400 Enables significant tool support.
3402 ##### Note
3404 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3406 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3407 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3408 * Hold the `nullptr`
3409 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3410 * Identify an array with a length specified separately
3411 * Identify a location in an array
3413 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3414 It complicates checking and tool support.
3416 ##### Example
3418     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3419     {
3420         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3421                         // assume it does not or use span<int>
3422         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3423                         // assume it does not or use zstring
3424         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3425                         // assume it does not or use owner
3426     }
3428 better
3430     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3431     {
3432         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3433         cout << s; // OK
3434         delete q;  // OK
3435     }
3437 ##### Note
3439 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3441 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3443 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3445 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3447 ##### Enforcement
3449 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3451 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3453 ##### Reason
3455 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.
3456 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`.
3458 ##### Example
3460 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3461 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3463 Consider:
3465     int length(Record* p);
3467 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3469     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3470     int length(not_null<Record*> p);
3472     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3473     int length(Record* p);
3475 ##### Note
3477 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).
3479 ##### Note
3481 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3483 ##### Enforcement
3485 * (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.
3486 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3487 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3489 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3491 ##### Reason
3493 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3495 ##### Example
3497     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3499     vector<X> vec;
3500     // ...
3501     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3503 ##### Note
3505 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3506 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3507 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3508 `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.
3510 ##### Example
3512 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3514     void f(span<int> s)
3515     {
3516         // range traversal (guaranteed correct)
3517         for (int x : s) cout << x << '\n';
3519         // C-style traversal (potentially checked)
3520         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3522         // random access (potentially checked)
3523         s[7] = 9;
3525         // extract pointers (potentially checked)
3526         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3527     }
3529 ##### Note
3531 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3533 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.
3535 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3537 ##### Enforcement
3539 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3541 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3543 ##### Reason
3545 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3546 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3548 If you don't need null termination, use `string_view`.
3550 ##### Example
3552 Consider:
3554     int length(const char* p);
3556 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3558     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3559     int length(zstring p);
3561     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3562     int length(not_null<zstring> p);
3564 ##### Note
3566 `zstring` does not represent ownership.
3568 **See also**: [Support library](#gsl-guidelines-support-library)
3570 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3572 ##### Reason
3574 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3576 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3578 ##### Example
3580     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3581     {
3582         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3583         switch (kind) {
3584         case kCircle:
3585             return make_unique<Circle>(is);
3586         case kTriangle:
3587             return make_unique<Triangle>(is);
3588         // ...
3589         }
3590     }
3592 ##### Note
3594 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).
3596 ##### Enforcement
3598 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3600 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3602 ##### Reason
3604 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3606 ##### Example
3608     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3610     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3611     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3612     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3613     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3615     // detach threads
3616     // last thread to finish deletes the image
3618 ##### Note
3620 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3621 `shared_ptr` is for shared ownership.
3623 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3625 ##### Alternative
3627 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3629 ##### Enforcement
3631 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3633 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3635 ##### Reason
3637 That's what pointers are good for.
3638 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3640 ##### Example
3642     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3643     {
3644         if (!t || t->name == s) return t;
3645         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3646         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3647         return nullptr;
3648     }
3650 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3651 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3653 ##### Note
3655 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3656 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](???).
3658 ##### Note
3660 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3662 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3664 ##### Enforcement
3666 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3667 Only owners should be deleted.
3668 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3669 Only owners should be responsible for deletion.
3671 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3673 ##### Reason
3675 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3677 ##### Example, bad
3679 After the return from a function its local objects no longer exist:
3681     int* f()
3682     {
3683         int fx = 9;
3684         return &fx;  // BAD
3685     }
3687     void g(int* p)   // looks innocent enough
3688     {
3689         int gx;
3690         cout << "*p == " << *p << '\n';
3691         *p = 999;
3692         cout << "gx == " << gx << '\n';
3693     }
3695     void h()
3696     {
3697         int* p = f();
3698         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3699         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3700     }
3702 Here on one popular implementation I got the output:
3704     *p == 999
3705     gx == 999
3707 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`.
3709 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3710 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3711 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3712 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3714 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3716 ##### Note
3718 This applies to references as well:
3720     int& f()
3721     {
3722         int x = 7;
3723         // ...
3724         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3725     }
3727 ##### Note
3729 This applies only to non-`static` local variables.
3730 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3732 ##### Example, bad
3734 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3736     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3738     template<class T>
3739     void steal(T x)
3740     {
3741         glob = x();  // BAD
3742     }
3744     void f()
3745     {
3746         int i = 99;
3747         steal([&] { return &i; });
3748     }
3750     int main()
3751     {
3752         f();
3753         cout << *glob << '\n';
3754     }
3756 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3757 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3759 ##### Note
3761 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.
3763 ##### Note
3765 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3766 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3768 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3770 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3771 It can be detected/prevented with similar techniques.
3773 ##### Enforcement
3775 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3776 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3778 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3780 ##### Reason
3782 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3784 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3785 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3787 ##### Example
3789     class Car
3790     {
3791         array<wheel, 4> w;
3792         // ...
3793     public:
3794         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3795         // ...
3796     };
3798     void use()
3799     {
3800         Car c;
3801         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3802     }
3804 ##### Enforcement
3806 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3808 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3810 ##### Reason
3812 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3813 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3815 ##### Example
3817 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3819     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3820     foo(x);                 // Undefined behavior
3822 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3823 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3825 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3828 ##### Example
3830 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3831 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3832 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3833 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&&`).
3835 Assume that `F` returns by value:
3837     template<class F>
3838     auto&& wrapper(F f)
3839     {
3840         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3841         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3842     }
3844 Better:
3846     template<class F>
3847     auto wrapper(F f)
3848     {
3849         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3850         return f();          // OK
3851     }
3854 ##### Exception
3856 `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 `&&`.
3858 ##### Enforcement
3860 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3862 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3864 ##### Reason
3866 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3867 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3869 ##### Example
3871         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3873         int main()
3874         {
3875             std::cout << "This is the way to do it\n";
3876         }
3878 ##### Note
3880 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3881 Note that despite its non-void return type, the main function does not require an explicit return statement.
3883 ##### Enforcement
3885 * The compiler should do it
3886 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3888 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3890 ##### Reason
3892 The convention for operator overloads (especially on concrete types) is for
3893 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3894 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3895 principle of "do as the ints do."
3897 ##### Note
3899 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3900 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.
3902 ##### Example
3904     class Foo
3905     {
3906      public:
3907         ...
3908         Foo& operator=(const Foo& rhs)
3909         {
3910           // Copy members.
3911           ...
3912           return *this;
3913         }
3914     };
3916 ##### Enforcement
3918 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3919 value) of any assignment operator.
3921 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3923 ##### Reason
3925 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3927 ##### Example, bad
3929     S f()
3930     {
3931       S result;
3932       return std::move(result);
3933     }
3935 ##### Example, good
3937     S f()
3938     {
3939       S result;
3940       return result;
3941     }
3943 ##### Enforcement
3945 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3947 ### <a name="Rf-return-const"></a>F.49: Don't return `const T`
3949 ##### Reason
3951 It is not recommended to return a `const` value.
3952 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3954 ##### Example
3956     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3958     void g(vector<int>& vx)
3959     {
3960         // ...
3961         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3962         // ...
3963         vx = fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3964         // ...
3965     }
3967 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3968 The argument against is that it prevents (very frequent) use of move semantics.
3970 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
3972 ##### Enforcement
3974 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3977 ### <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)
3979 ##### Reason
3981 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.
3983 ##### Example
3985     // writing a function that should only take an int or a string
3986     // -- overloading is natural
3987     void f(int);
3988     void f(const string&);
3990     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3991     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3992     vector<work> v = lots_of_work();
3993     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3994         pool.run([=, &v] {
3995             /*
3996             ...
3997             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3998             ...
3999             */
4000         });
4001     }
4002     pool.join();
4004 ##### Exception
4006 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.
4008 ##### Enforcement
4010 * 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.
4012 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
4014 ##### Reason
4016 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
4017 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
4018 The use of default arguments can avoid code replication.
4020 ##### Note
4022 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
4023 For example:
4025     void print(const string& s, format f = {});
4027 as opposed to
4029     void print(const string& s);  // use default format
4030     void print(const string& s, format f);
4032 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:
4034     void print(const char&);
4035     void print(int);
4036     void print(zstring);
4038 ##### See also
4041 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
4043 ##### Enforcement
4045 * 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.)
4047 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
4049 ##### Reason
4051 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.
4053 ##### Discussion
4055 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
4057 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.
4059 ##### Note
4061 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.
4063 ##### Example
4065 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):
4067     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
4068     {
4069         socket.send(message);
4070     });
4072 ##### Example
4074 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.
4076     void send_packets(buffers& bufs)
4077     {
4078         stage encryptor([](buffer& b) { encrypt(b); });
4079         stage compressor([&](buffer& b) { compress(b); encryptor.process(b); });
4080         stage decorator([&](buffer& b) { decorate(b); compressor.process(b); });
4081         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
4082     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
4084 ##### Enforcement
4086 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.)
4088 ### <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
4090 ##### Reason
4092 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.
4094 ##### Example, bad
4096     int local = 42;
4098     // Want a reference to local.
4099     // Note, that after program exits this scope,
4100     // local no longer exists, therefore
4101     // process() call will have undefined behavior!
4102     thread_pool.queue_work([&] { process(local); });
4104 ##### Example, good
4106     int local = 42;
4107     // Want a copy of local.
4108     // Since a copy of local is made, it will
4109     // always be available for the call.
4110     thread_pool.queue_work([=] { process(local); });
4112 ##### Note
4114 If a non-local pointer must be captured, consider using `unique_ptr`; this handles both lifetime and synchronization.
4116 If the `this` pointer must be captured, consider using `[*this]` capture, which creates a copy of the entire object.
4118 ##### Enforcement
4120 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
4121 * (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
4123 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: When writing a lambda that captures `this` or any class data member, don't use `[=]` default capture
4125 ##### Reason
4127 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.
4129 ##### Example
4131     class My_class {
4132         int x = 0;
4133         // ...
4135         void f()
4136         {
4137             int i = 0;
4138             // ...
4140             auto lambda = [=] { use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
4141             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
4142             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
4144             x = 42;
4145             lambda(); // calls use(0, 42);
4146             x = 43;
4147             lambda(); // calls use(0, 43);
4149             // ...
4151             auto lambda2 = [i, this] { use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
4153             // ...
4154         }
4155     };
4157 ##### Note
4159 If you intend to capture a copy of all class data members, consider C++17 `[*this]`.
4161 ##### Enforcement
4163 * Flag any lambda capture-list that specifies a capture-default of `[=]` and also captures `this` (whether explicitly or via the default capture and a use of `this` in the body)
4165 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
4167 ##### Reason
4169 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
4170 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
4171 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.
4173 ##### Example
4175     int sum(...)
4176     {
4177         // ...
4178         while (/*...*/)
4179             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
4180         // ...
4181     }
4183     sum(3, 2); // ok
4184     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
4186     template<class ...Args>
4187     auto sum(Args... args) // GOOD, and much more flexible
4188     {
4189         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
4190     }
4192     sum(3, 2); // ok: 5
4193     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
4195 ##### Alternatives
4197 * overloading
4198 * variadic templates
4199 * `variant` arguments
4200 * `initializer_list` (homogeneous)
4202 ##### Note
4204 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.
4206 ##### Enforcement
4208 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
4209 * 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)]]`.
4212 ### <a name="F-nesting"></a>F.56: Avoid unnecessary condition nesting
4214 ##### Reason
4216 Shallow nesting of conditions makes the code easier to follow. It also makes the intent clearer.
4217 Strive to place the essential code at outermost scope, unless this obscures intent.
4219 ##### Example
4221 Use a guard-clause to take care of exceptional cases and return early.
4223     // Bad: Deep nesting
4224     void foo() {
4225         ...
4226         if (x) {
4227             computeImportantThings(x);
4228         }
4229     }
4231     // Bad: Still a redundant else.
4232     void foo() {
4233         ...
4234         if (!x) {
4235             return;
4236         }
4237         else {
4238             computeImportantThings(x);
4239         }
4240     }
4242     // Good: Early return, no redundant else
4243     void foo() {
4244         ...
4245         if (!x)
4246             return;
4248         computeImportantThings(x);
4249     }
4251 ##### Example
4253     // Bad: Unnecessary nesting of conditions
4254     void foo() {
4255         ...
4256         if (x) {
4257             if (y) {
4258                 computeImportantThings(x);
4259             }
4260         }
4261     }
4263     // Good: Merge conditions + return early
4264     void foo() {
4265         ...
4266         if (!(x && y))
4267             return;
4269         computeImportantThings(x);
4270     }
4272 ##### Enforcement
4274 Flag a redundant `else`.
4275 Flag a functions whose body is simply a conditional statement enclosing a block.
4278 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
4280 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
4281 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
4283 Class rule summary:
4285 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
4286 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
4287 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
4288 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
4289 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
4290 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
4291 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
4292 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
4294 Subsections:
4296 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
4297 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
4298 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
4299 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
4300 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
4301 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
4302 * [C.union: Unions](#SS-union)
4304 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
4306 ##### Reason
4308 Ease of comprehension.
4309 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4311 ##### Example
4313     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4314     void draw(Point from, Point to);          // better
4316 ##### Note
4318 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4320 ##### Note
4322 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4324 ##### Enforcement
4326 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4328 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4330 ##### Reason
4332 Readability.
4333 Ease of comprehension.
4334 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4335 This is a useful convention.
4337 ##### Note
4339 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4340 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4341 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4343 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4345 ##### Example
4347     struct Pair {  // the members can vary independently
4348         string name;
4349         int volume;
4350     };
4352 but:
4354     class Date {
4355     public:
4356         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4357         Date(int yy, Month mm, char dd);
4358         // ...
4359     private:
4360         int y;
4361         Month m;
4362         char d;    // day
4363     };
4365 ##### Note
4367 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4368 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4369 This effectively means the definer need to define an invariant.
4371 **See also**:
4373 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4374 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4375 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4376 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4378 ##### Enforcement
4380 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4382 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4384 ##### Reason
4386 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4388 ##### Example
4390     class Date {
4391     public:
4392         Date();
4393         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4394         Date(int yy, Month mm, char dd);
4396         int day() const;
4397         Month month() const;
4398         // ...
4399     private:
4400         // ... some representation ...
4401     };
4403 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4405 ##### Note
4407 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4408 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.
4409 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4410 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4412 ##### Enforcement
4416 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4418 ##### Reason
4420 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.
4422 ##### Example
4424     class Date {
4425         // ... relatively small interface ...
4426     };
4428     // helper functions:
4429     Date next_weekday(Date);
4430     bool operator==(Date, Date);
4432 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4434 ##### Note
4436 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4438 ##### Exception
4440 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4441 In particular, members of an abstract class rarely do.
4443 Note [multi-methods](https://web.archive.org/web/20200605021759/https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4445 ##### Exception
4447 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4449 ##### Exception
4451 An overload set could have some members that do not directly access `private` data:
4453     class Foobar {
4454     public:
4455         void foo(long x) { /* manipulate private data */ }
4456         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4457         // ...
4458     private:
4459         // ...
4460     };
4462 ##### Exception
4464 Similarly, a set of functions could be designed to be used in a chain:
4466     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4468 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4470 ##### Enforcement
4472 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4473 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4474 * Ignore `virtual` functions.
4475 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4476 * Ignore functions returning `this`.
4478 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4480 ##### Reason
4482 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.
4483 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.
4485 ##### Example
4487     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4489         class Time { /* ... */ };
4490         class Date { /* ... */ };
4492         // helper functions:
4493         bool operator==(Date, Date);
4494         Date next_weekday(Date);
4495         // ...
4496     }
4498 ##### Note
4500 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4502 ##### Enforcement
4504 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4506 ### <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
4508 ##### Reason
4510 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4512 ##### Example, bad
4514     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4516 ##### Example, good
4518     struct Data { /*...*/ };
4519     Data data{ /*...*/ };
4521 ##### Enforcement
4523 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4525 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4527 ##### Reason
4529 Readability.
4530 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4531 This is a useful convention.
4533 ##### Example, bad
4535     struct Date {
4536         int d, m;
4538         Date(int i, Month m);
4539         // ... lots of functions ...
4540     private:
4541         int y;  // year
4542     };
4544 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4545 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4546 The private data is hidden far from the public data.
4547 The data is split in different parts of the class declaration.
4548 Different parts of the data have different access.
4549 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4551 ##### Note
4553 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4555 ##### Enforcement
4557 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4559 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4561 ##### Reason
4563 Encapsulation.
4564 Information hiding.
4565 Minimize the chance of unintended access.
4566 This simplifies maintenance.
4568 ##### Example
4570     template<typename T, typename U>
4571     struct pair {
4572         T a;
4573         U b;
4574         // ...
4575     };
4577 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4578 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4579 This might be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4580 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4581 For example:
4583     class Distance {
4584     public:
4585         // ...
4586         double meters() const { return magnitude*unit; }
4587         void set_unit(double u)
4588         {
4589                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4590                 // ... change magnitude appropriately ...
4591                 unit = u;
4592         }
4593         // ...
4594     private:
4595         double magnitude;
4596         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4597     };
4599 ##### Note
4601 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.
4602 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4604 ##### Example
4606 A class can provide two interfaces to its users.
4607 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4608 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4610     class Foo {
4611     public:
4612         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4613         // ...
4614     protected:
4615         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4616         // ...
4617     private:
4618         // ... data ...
4619     };
4621     class Dir : public Foo {
4622         //...
4623         int mem(int x, int y)
4624         {
4625             /* ... do something ... */
4626             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4627         }
4628     };
4630     void user(Foo& x)
4631     {
4632         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4633         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4634         // ...
4635     }
4637 ##### Note
4639 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4641 ##### Note
4643 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members; see [NL.16](#Rl-order).
4645 ##### Enforcement
4647 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4648 * Flag mixtures of `public` and `private` data
4650 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4652 Concrete type rule summary:
4654 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4655 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4656 * [C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type](#Rc-constref)
4659 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4661 ##### Reason
4663 A concrete type is fundamentally simpler than a type in a class hierarchy:
4664 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4665 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4667 ##### Example
4669     class Point1 {
4670         int x, y;
4671         // ... operations ...
4672         // ... no virtual functions ...
4673     };
4675     class Point2 {
4676         int x, y;
4677         // ... operations, some virtual ...
4678         virtual ~Point2();
4679     };
4681     void use()
4682     {
4683         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4684         Point1 p12 {p11};    // a copy
4686         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4687         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4688         // ...
4689     }
4691 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.
4692 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4694 ##### Note
4696 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4698 ##### Note
4700 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4701 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4702 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4703 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.
4706 ##### Enforcement
4711 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4713 ##### Reason
4715 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4717 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.
4719 ##### Example
4721     struct Bundle {
4722         string name;
4723         vector<Record> vr;
4724     };
4726     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4727     {
4728         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4729     }
4731     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4732     Bundle b2 = b1;
4733     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4734     b2.name = "the other bundle";
4735     if (b1 == b2) error("No!");
4737 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`.
4739 ##### Note
4741 For structs intended to be shared with C code, defining `operator==` may not be feasible.
4743 ##### Note
4745 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),
4746 so they can't be regular; instead, they tend to be move-only.
4748 ##### Enforcement
4753 ### <a name="Rc-constref"></a>C.12: Don't make data members `const` or references in a copyable or movable type
4755 ##### Reason
4757 `const` and reference data members are not useful in a copyable or movable type, and make such types difficult to use by making them at least partly uncopyable/unmovable for subtle reasons.
4759 ##### Example; bad
4761     class bad {
4762         const int i;    // bad
4763         string& s;      // bad
4764         // ...
4765     };
4767 The `const` and `&` data members make this class "only-sort-of-copyable" -- copy-constructible but not copy-assignable.
4769 ##### Note
4771 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.
4773 ##### Enforcement
4775 Flag a data member that is `const`, `&`, or `&&` in a type that has any copy or move operation.
4779 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4781 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4782 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4784 These are *default operations*:
4786 * a default constructor: `X()`
4787 * a copy constructor: `X(const X&)`
4788 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4789 * a move constructor: `X(X&&)`
4790 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4791 * a destructor: `~X()`
4793 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4795 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4796 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4798 Set of default operations rules:
4800 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4801 * [C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4802 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4804 Destructor rules:
4806 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4807 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4808 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4809 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4810 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual](#Rc-dtor-virtual)
4811 * [C.36: A destructor must not fail](#Rc-dtor-fail)
4812 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4814 Constructor rules:
4816 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4817 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4818 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4819 * [C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor](#Rc-default0)
4820 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4821 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4822 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4823 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4824 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4825 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4826 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4827 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4828 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4830 Copy and move rules:
4832 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4833 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4834 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4835 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4836 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4837 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4838 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4839 * [C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move](#Rc-copy-virtual)
4841 Other default operations rules:
4843 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4844 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4845 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4846 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4847 * [C.84: A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail)
4848 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4849 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4850 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4851 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4852 * [C.90: Rely on constructors and assignment operators, not memset and memcpy](#Rc-memset)
4854 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4856 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4857 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4859 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4861 ##### Reason
4863 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4865 ##### Example
4867     struct Named_map {
4868     public:
4869         // ... no default operations declared ...
4870     private:
4871         string name;
4872         map<int, int> rep;
4873     };
4875     Named_map nm;        // default construct
4876     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4878 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4880 ##### Note
4882 This is known as "the rule of zero".
4884 ##### Enforcement
4886 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4887 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`.
4889 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any copy, move, or destructor function, define or `=delete` them all
4891 ##### Reason
4893 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.
4895 Declaring any copy/move/destructor function,
4896 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4897 of a move constructor and move assignment operator.
4898 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4899 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4900 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4901 So as soon as any of these are declared, the others should
4902 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4903 into more expensive copies, or making a class move-only.
4905 ##### Example, bad
4907     struct M2 {   // bad: incomplete set of copy/move/destructor operations
4908     public:
4909         // ...
4910         // ... no copy or move operations ...
4911         ~M2() { delete[] rep; }
4912     private:
4913         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4914     };
4916     void use()
4917     {
4918         M2 x;
4919         M2 y;
4920         // ...
4921         x = y;   // the default assignment
4922         // ...
4923     }
4925 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).
4927 ##### Note
4929 This is known as "the rule of five."
4931 ##### Note
4933 If you want a default implementation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4934 If you don't want a generated default function, suppress it with `=delete`.
4936 ##### Example, good
4938 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4939 defined as defaulted.
4941     class AbstractBase {
4942     public:
4943         virtual void foo() = 0;  // at least one abstract method to make the class abstract
4944         virtual ~AbstractBase() = default;
4945         // ...
4946     };
4948 To prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4949 make the copy and move operations protected or `=delete`d, and add a `clone`:
4951     class CloneableBase {
4952     public:
4953         virtual unique_ptr<CloneableBase> clone() const;
4954         virtual ~CloneableBase() = default;
4955         CloneableBase() = default;
4956         CloneableBase(const CloneableBase&) = delete;
4957         CloneableBase& operator=(const CloneableBase&) = delete;
4958         CloneableBase(CloneableBase&&) = delete;
4959         CloneableBase& operator=(CloneableBase&&) = delete;
4960         // ... other constructors and functions ...
4961     };
4963 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4964 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4965 makes it more obvious to the reader.
4967 ##### Note
4969 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4971 ##### Note
4973 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4975 ##### Note
4977 Writing these functions can be error-prone.
4978 Note their argument types:
4980     class X {
4981     public:
4982         // ...
4983         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4984         X(const X&) = default;             // copy constructor
4985         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4986         X(X&&) = default;                  // move constructor
4987         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4988     };
4990 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.
4991 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4993 ##### Enforcement
4995 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the copy/move/destructor functions.
4997 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4999 ##### Reason
5001 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
5002 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.
5004 ##### Example, bad
5006     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
5007         class Impl {
5008             // ...
5009         };
5010         shared_ptr<Impl> p;
5011     public:
5012         Silly(const Silly& a) : p(make_shared<Impl>()) { *p = *a.p; }   // deep copy
5013         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
5014         // ...
5015     };
5017 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
5019 ##### Enforcement
5021 * (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.
5022 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
5023 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
5024 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
5026 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
5028 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly insightful design question.
5029 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);
5030 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
5031 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
5033 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
5035 ##### Reason
5037 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
5038 If the default destructor is sufficient, use it.
5039 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
5041 ##### Example
5043     template<typename A>
5044     struct final_action {   // slightly simplified
5045         A act;
5046         final_action(A a) : act{a} {}
5047         ~final_action() { act(); }
5048     };
5050     template<typename A>
5051     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
5052     {
5053         return final_action<A>{act};
5054     }
5056     void test()
5057     {
5058         auto act = finally([] { cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
5059         // ...
5060         if (something) return;   // act done here
5061         // ...
5062     } // act done here
5064 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
5066 ##### Note
5068 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
5070 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
5071 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
5073 ##### Example, bad
5075     class Foo {   // bad; use the default destructor
5076     public:
5077         // ...
5078         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
5079     private:
5080         string s;
5081         int i;
5082         vector<int> vi;
5083     };
5085 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
5087 ##### Note
5089 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
5091 ##### Enforcement
5093 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
5095 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
5097 ##### Reason
5099 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
5101 ##### Note
5103 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
5105 ##### Example
5107     class X {
5108         ifstream f;   // might own a file
5109         // ... no default operations defined or =deleted ...
5110     };
5112 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it might have open upon destruction of its `X`.
5114 ##### Example, bad
5116     class X2 {     // bad
5117         FILE* f;   // might own a file
5118         // ... no default operations defined or =deleted ...
5119     };
5121 `X2` might leak a file handle.
5123 ##### Note
5125 What about a socket that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
5126 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
5127 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5128 See [discussion](#Sd-never-fail).
5129 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5130 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
5131 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5133 ##### Note
5135 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
5136 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
5137 For example:
5139     Preprocessor pp { /* ... */ };
5140     Parser p { pp, /* ... */ };
5141     Type_checker tc { p, /* ... */ };
5143 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
5145 ##### Enforcement
5147 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
5148   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
5149 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
5150   (e.g., look into the constructors).
5152 ### <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
5154 ##### Reason
5156 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
5158 ##### Example
5160     class legacy_class
5161     {
5162         foo* m_owning;   // Bad: change to unique_ptr<T> or owner<T*>
5163         bar* m_observer; // OK: keep
5164     }
5166 The only way to determine ownership may be code analysis.
5168 ##### Note
5170 Ownership should be clear in new code (and refactored legacy code) according to [R.20](#Rr-owner) for owning
5171 pointers and [R.3](#Rr-ptr) for non-owning pointers.  References should never own [R.4](#Rr-ref).
5173 ##### Enforcement
5175 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
5177 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
5179 ##### Reason
5181 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
5183 ##### Example
5185 A pointer member could represent a resource.
5186 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
5187 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
5189     template<typename T>
5190     class Smart_ptr {
5191         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5192         // ...
5193     public:
5194         // ... no user-defined default operations ...
5195     };
5197     void use(Smart_ptr<int> p1)
5198     {
5199         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
5200         auto p2 = p1;
5201     }
5203 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
5205     template<typename T>
5206     class Smart_ptr2 {
5207         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
5208         // ...
5209     public:
5210         // ... no user-defined copy operations ...
5211         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
5212     };
5214     void use(Smart_ptr2<int> p1)
5215     {
5216         auto p2 = p1;   // error: double deletion
5217     }
5219 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:
5221     template<typename T>
5222     class Smart_ptr3 {
5223         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
5224         // ...
5225     public:
5226         // ...
5227         // ... copy and move operations ...
5228         ~Smart_ptr3() { delete p; }
5229     };
5231     void use(Smart_ptr3<int> p1)
5232     {
5233         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
5234     }
5236 ##### Note
5238 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.
5240 ##### Note
5242 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
5243 That would sometimes require non-trivial code changes and might affect ABIs.
5245 ##### Enforcement
5247 * A class with a pointer data member is suspect.
5248 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
5251 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and non-virtual
5253 ##### Reason
5255 To prevent undefined behavior.
5256 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.
5257 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.
5258 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
5260 ##### Discussion
5262 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
5264 ##### Example, bad
5266     struct Base {  // BAD: implicitly has a public non-virtual destructor
5267         virtual void f();
5268     };
5270     struct D : Base {
5271         string s {"a resource needing cleanup"};
5272         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
5273         // ...
5274     };
5276     void use()
5277     {
5278         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
5279         // ...
5280     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
5282 ##### Note
5284 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
5285 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
5287 ##### Note
5289 A destructor must be non-private or it will prevent using the type:
5291     class X {
5292         ~X();   // private destructor
5293         // ...
5294     };
5296     void use()
5297     {
5298         X a;                        // error: cannot destroy
5299         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
5300     }
5302 ##### Exception
5304 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.
5307 ##### Enforcement
5309 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
5310 * 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.
5312 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor must not fail
5314 ##### Reason
5316 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
5317 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
5319 ##### Example
5321     class X {
5322     public:
5323         ~X() noexcept;
5324         // ...
5325     };
5327     X::~X() noexcept
5328     {
5329         // ...
5330         if (cannot_release_a_resource) terminate();
5331         // ...
5332     }
5334 ##### Note
5336 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5337 None have succeeded to come up with a general scheme.
5338 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5339 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5340 See [discussion](#Sd-never-fail).
5341 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5342 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5344 ##### Note
5346 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminates the program.
5348 ##### Note
5350 If a resource cannot be released and the program must not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5351 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5352 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5353 Consider the "my connection will not close" example.
5354 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.
5355 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5357 ##### Note
5359 If a destructor uses operations that could fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5360 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5362 ##### Enforcement
5364 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5366 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5368 ##### Reason
5370  [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.
5372 ##### Note
5374 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.
5376 ##### Example
5378 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5380     struct X {
5381         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5382         // ...
5383         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5384     };
5386 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5388 ##### Note
5390 Why not then declare all destructors noexcept?
5391 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5393 ##### Enforcement
5395 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5397 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5399 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5401 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5403 ##### Reason
5405 That's what constructors are for.
5407 ##### Example
5409     class Date {  // a Date represents a valid date
5410                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5411         Date(int dd, int mm, int yy)
5412             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5413         {
5414             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5415         }
5416         // ...
5417     private:
5418         int d, m, y;
5419     };
5421 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5423 ##### Note
5425 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5427     struct Rec {
5428         string s;
5429         int i {0};
5430         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5431         Rec(int ii) :i{ii} {}
5432     };
5434     Rec r1 {7};
5435     Rec r2 {"Foo bar"};
5437 ##### Note
5439 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5441     struct Rec2{
5442         string s;
5443         int i;
5444         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5445     };
5447     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5448     Rec2 r2 {"Bar"};
5450 The `Rec2` constructor is redundant.
5451 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5453 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5455 ##### Enforcement
5457 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5459 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5461 ##### Reason
5463 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5465 ##### Example, bad
5467     class X1 {
5468         FILE* f;   // call init() before any other function
5469         // ...
5470     public:
5471         X1() {}
5472         void init();   // initialize f
5473         void read();   // read from f
5474         // ...
5475     };
5477     void f()
5478     {
5479         X1 file;
5480         file.read();   // crash or bad read!
5481         // ...
5482         file.init();   // too late
5483         // ...
5484     }
5486 Compilers do not read comments.
5488 ##### Exception
5490 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5492 ##### Enforcement
5494 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5495 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5497 ##### Note
5499 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5500 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5502 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5504 ##### Reason
5506 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5508 ##### Example
5510     class X2 {
5511         FILE* f;
5512         // ...
5513     public:
5514         X2(const string& name)
5515             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5516         {
5517             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5518             // ...
5519         }
5521         void read();      // read from f
5522         // ...
5523     };
5525     void f()
5526     {
5527         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5528         file.read();      // fine
5529         // ...
5530     }
5532 ##### Example, bad
5534     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5535         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5536         bool valid;
5537         // ...
5538     public:
5539         X3(const string& name)
5540             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5541         {
5542             if (f) valid = true;
5543             // ...
5544         }
5546         bool is_valid() { return valid; }
5547         void read();   // read from f
5548         // ...
5549     };
5551     void f()
5552     {
5553         X3 file {"Heraclides"};
5554         file.read();   // crash or bad read!
5555         // ...
5556         if (file.is_valid()) {
5557             file.read();
5558             // ...
5559         }
5560         else {
5561             // ... handle error ...
5562         }
5563         // ...
5564     }
5566 ##### Note
5568 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.
5569 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5571 ##### Exception
5573 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.
5574 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5576 ##### Alternative
5578 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5579 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5581 ##### Note
5583 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5584 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5585 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)
5587 ##### Enforcement
5591 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable class has a default constructor
5593 ##### Reason
5595 That is, ensure that if a concrete class is copyable it also satisfies the rest of "semiregular."
5597 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5598 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5600 ##### Example
5602     class Date { // BAD: no default constructor
5603     public:
5604         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5605         // ...
5606     };
5608     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5609     vector<Date> vd2(1000, Date{7, Month::October, 1885});   // alternative
5611 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.
5612 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.
5614 `Date` is chosen to encourage thought:
5615 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.
5616 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5617 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5619     class Date {
5620     public:
5621         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5622         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5623         // ...
5624     private:
5625         int dd {1};
5626         int mm {1};
5627         int yyyy {1970};
5628         // ...
5629     };
5631     vector<Date> vd1(1000);
5633 ##### Note
5635 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5637     struct X {
5638         string s;
5639         vector<int> v;
5640     };
5642     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5644 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5646     struct X {
5647         string s;
5648         int i;
5649     };
5651     void f()
5652     {
5653         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5655         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5656         ++x.i;
5657     }
5659 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5660 Beware that your compiler might default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5661 Thus, code like the example above might appear to work, but it relies on undefined behavior.
5662 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5664     struct X {
5665         string s;
5666         int i {};   // default initialize (to 0)
5667     };
5669 ##### Notes
5671 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5673 For example, a base class should not be copyable, and so does not necessarily need a default constructor:
5675     // Shape is an abstract base class, not a copyable type.
5676     // It might or might not need a default constructor.
5677     struct Shape {
5678         virtual void draw() = 0;
5679         virtual void rotate(int) = 0;
5680         // =delete copy/move functions
5681         // ...
5682     };
5684 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:
5686     // std::lock_guard is not a copyable type.
5687     // It does not have a default constructor.
5688     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5689     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5691 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5692 (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:
5694     // std::ofstream is not a copyable type.
5695     // It does happen to have a default constructor
5696     // that goes along with a special "not open" state.
5697     ofstream out {"Foobar"};
5698     // ...
5699     out << log(time, transaction);
5701 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.
5703 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5705 ##### Enforcement
5707 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5708 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5711 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5713 ##### Reason
5715 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5717 ##### Example, problematic
5719     template<typename T>
5720     // elem points to space-elem element allocated using new
5721     class Vector0 {
5722     public:
5723         Vector0() :Vector0{0} {}
5724         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5725         // ...
5726     private:
5727         own<T*> elem;
5728         T* space;
5729         T* last;
5730     };
5732 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which might fail.
5733 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5734 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5736 ##### Example
5738     template<typename T>
5739     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5740     class Vector1 {
5741     public:
5742         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5743         Vector1() noexcept {}
5744         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5745         // ...
5746     private:
5747         own<T*> elem {};
5748         T* space {};
5749         T* last {};
5750     };
5752 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5753 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5755 ##### Enforcement
5757 * Flag throwing default constructors
5759 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5761 ##### Reason
5763 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5765 ##### Example, bad
5767     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5768         string s;
5769         int i;
5770     public:
5771         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5772         // ...
5773     };
5775 ##### Example
5777     class X2 {
5778         string s {"default"};
5779         int i {1};
5780     public:
5781         // use compiler-generated default constructor
5782         // ...
5783     };
5785 ##### Enforcement
5787 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5789 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5791 ##### Reason
5793 To avoid unintended conversions.
5795 ##### Example, bad
5797     class String {
5798     public:
5799         String(int);   // BAD
5800         // ...
5801     };
5803     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5805 ##### Exception
5807 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5809     class Complex {
5810     public:
5811         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5812         // ...
5813     };
5815     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5817 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5819 ##### Note
5821 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.
5823 ##### Enforcement
5825 (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".
5827 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5829 ##### Reason
5831 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5833 ##### Example, bad
5835     class Foo {
5836         int m1;
5837         int m2;
5838     public:
5839         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5840         // ...
5841     };
5843     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5845 ##### Enforcement
5847 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5849 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5851 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5853 ##### Reason
5855 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.
5857 ##### Example, bad
5859     class X {   // BAD
5860         int i;
5861         string s;
5862         int j;
5863     public:
5864         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5865         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5866         // ...
5867     };
5869 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.
5871 ##### Example
5873     class X2 {
5874         int i {666};
5875         string s {"qqq"};
5876         int j {0};
5877     public:
5878         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5879         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5880         // ...
5881     };
5883 **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:
5885     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5886         int i;
5887         string s;
5888         int j;
5889     public:
5890         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5891             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5892         // ...
5893     };
5895 ##### Enforcement
5897 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5898 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer might be more appropriate.
5900 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5902 ##### Reason
5904 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5906 ##### Example, good
5908     class A {   // Good
5909         string s1;
5910     public:
5911         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5912         // ...
5913     };
5915 ##### Example, bad
5917     class B {   // BAD
5918         string s1;
5919     public:
5920         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5921         // ...
5922     };
5924     class C {   // UGLY, aka very bad
5925         int* p;
5926     public:
5927         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5928         // ...
5929     };
5931 ##### Example, better still
5933 Instead of those `const char*`s we could use C++17 `std::string_view` or `gsl::span<char>`
5934 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5936     class D {   // Good
5937         string s1;
5938     public:
5939         D(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5940         // ...
5941     };
5943 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5945 ##### Reason
5947 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.
5949 ##### Note
5951 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.
5953 ##### Example, bad
5955     class B {
5956     public:
5957         B()
5958         {
5959             /* ... */
5960             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5961             /* ... */
5962         }
5964         virtual void f() = 0;
5965     };
5967 ##### Example
5969     class B {
5970     protected:
5971         class Token {};
5973     public:
5974         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
5975         virtual void f() = 0;
5977         template<class T>
5978         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
5979         {
5980             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
5981             p->post_initialize();
5982             return p;
5983         }
5985     protected:
5986         virtual void post_initialize()   // called right after construction
5987             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
5988     };
5990     class D : public B {                 // some derived class
5991     protected:
5992         class Token {};
5994     public:
5995         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
5996         void f() override { /* ...  */ };
5998     protected:
5999         template<class T>
6000         friend shared_ptr<T> B::create();
6001     };
6003     shared_ptr<D> p = D::create<D>();  // creating a D object
6005 `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.
6006 By providing the factory function `create()`, we make construction (on the free store) convenient.
6008 ##### Note
6010 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
6012 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
6014 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
6016 ##### Reason
6018 To avoid repetition and accidental differences.
6020 ##### Example, bad
6022     class Date {   // BAD: repetitive
6023         int d;
6024         Month m;
6025         int y;
6026     public:
6027         Date(int dd, Month mm, year yy)
6028             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6029             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6031         Date(int dd, Month mm)
6032             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
6033             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6034         // ...
6035     };
6037 The common action gets tedious to write and might accidentally not be common.
6039 ##### Example
6041     class Date2 {
6042         int d;
6043         Month m;
6044         int y;
6045     public:
6046         Date2(int dd, Month mm, year yy)
6047             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
6048             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
6050         Date2(int dd, Month mm)
6051             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
6052         // ...
6053     };
6055 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
6057 ##### Enforcement
6059 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
6061 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
6063 ##### Reason
6065 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
6067 ##### Example
6069 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
6071     class Rec {
6072         // ... data and lots of nice constructors ...
6073     };
6075     class Oper : public Rec {
6076         using Rec::Rec;
6077         // ... no data members ...
6078         // ... lots of nice utility functions ...
6079     };
6081 ##### Example, bad
6083     struct Rec2 : public Rec {
6084         int x;
6085         using Rec::Rec;
6086     };
6088     Rec2 r {"foo", 7};
6089     int val = r.x;   // uninitialized
6091 ##### Enforcement
6093 Make sure that every member of the derived class is initialized.
6095 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
6097 Concrete types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
6098 Resource handles might or might not be copyable.
6099 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
6101 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
6103 ##### Reason
6105 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
6107 ##### Example
6109     class Foo {
6110     public:
6111         Foo& operator=(const Foo& x)
6112         {
6113             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
6114             auto tmp = x;
6115             swap(tmp); // see C.83
6116             return *this;
6117         }
6118         // ...
6119     };
6121     Foo a;
6122     Foo b;
6123     Foo f();
6125     a = b;    // assign lvalue: copy
6126     a = f();  // assign rvalue: potentially move
6128 ##### Note
6130 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
6132 ##### Example
6134 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:
6136     template<typename T>
6137     class Vector {
6138     public:
6139         Vector& operator=(const Vector&);
6140         // ...
6141     private:
6142         T* elem;
6143         int sz;
6144     };
6146     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
6147     {
6148         if (a.sz > sz) {
6149             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
6150             return *this;
6151         }
6152         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
6153         if (a.sz < sz) {
6154             // ... destroy the surplus elements in *this and adjust size ...
6155         }
6156         return *this;
6157     }
6159 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).
6161 **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&)`.
6162 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
6164 ##### Enforcement
6166 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6167 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6168 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
6169   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
6171 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
6173 ##### Reason
6175 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
6176 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).
6178 ##### Example
6180     class X {   // OK: value semantics
6181     public:
6182         X();
6183         X(const X&);     // copy X
6184         void modify();   // change the value of X
6185         // ...
6186         ~X() { delete[] p; }
6187     private:
6188         T* p;
6189         int sz;
6190     };
6192     bool operator==(const X& a, const X& b)
6193     {
6194         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
6195     }
6197     X::X(const X& a)
6198         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
6199     {
6200         copy(a.p, a.p + sz, p);
6201     }
6203     X x;
6204     X y = x;
6205     if (x != y) throw Bad{};
6206     x.modify();
6207     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
6209 ##### Example
6211     class X2 {  // OK: pointer semantics
6212     public:
6213         X2();
6214         X2(const X2&) = default; // shallow copy
6215         ~X2() = default;
6216         void modify();          // change the pointed-to value
6217         // ...
6218     private:
6219         T* p;
6220         int sz;
6221     };
6223     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
6224     {
6225         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
6226     }
6228     X2 x;
6229     X2 y = x;
6230     if (x != y) throw Bad{};
6231     x.modify();
6232     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
6234 ##### Note
6236 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.
6238 ##### Enforcement
6240 (Not enforceable)
6242 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
6244 ##### Reason
6246 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
6248 ##### Example
6250 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
6252     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
6253     v = v;
6254     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
6256 ##### Note
6258 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
6260     struct Bar {
6261         vector<pair<int, int>> v;
6262         map<string, int> m;
6263         string s;
6264     };
6266     Bar b;
6267     // ...
6268     b = b;   // correct and efficient
6270 ##### Note
6272 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)).
6274     class Foo {
6275         string s;
6276         int i;
6277     public:
6278         Foo& operator=(const Foo& a);
6279         // ...
6280     };
6282     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
6283     {
6284         if (this == &a) return *this;
6285         s = a.s;
6286         i = a.i;
6287         return *this;
6288     }
6290 This is obviously safe and apparently efficient.
6291 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
6292 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).
6293 Consider:
6295     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
6296     {
6297         s = a.s;
6298         i = a.i;
6299         return *this;
6300     }
6302 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
6304 ##### Enforcement
6306 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
6308 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`
6310 ##### Reason
6312 It is simple and efficient.
6314 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6316 ##### Enforcement
6318 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
6320 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
6321 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
6322 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
6324 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
6326 ##### Reason
6328 That is the generally assumed semantics.
6329 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
6331 ##### Example
6333     class X {   // OK: value semantics
6334     public:
6335         X();
6336         X(X&& a) noexcept;  // move X
6337         X& operator=(X&& a) noexcept; // move-assign X
6338         void modify();     // change the value of X
6339         // ...
6340         ~X() { delete[] p; }
6341     private:
6342         T* p;
6343         int sz;
6344     };
6346     X::X(X&& a) noexcept
6347         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6348     {
6349         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6350         a.sz = 0;
6351     }
6353     void use()
6354     {
6355         X x{};
6356         // ...
6357         X y = std::move(x);
6358         x = X{};   // OK
6359     } // OK: x can be destroyed
6361 ##### Note
6363 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6364 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6365 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6366 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6367 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6368 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6370 ##### Note
6372 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6374 ##### Enforcement
6376 (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.
6378 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6380 ##### Reason
6382 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.
6384 ##### Example
6386     class Foo {
6387         string s;
6388         int i;
6389     public:
6390         Foo& operator=(Foo&& a);
6391         // ...
6392     };
6394     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6395     {
6396         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6397         s = std::move(a.s);
6398         i = a.i;
6399         return *this;
6400     }
6402 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.
6404 ##### Note
6406 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).
6408 ##### Note
6410 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.
6412 ##### Example
6414 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6416     // move from other.ptr to this->ptr
6417     T* temp = other.ptr;
6418     other.ptr = nullptr;
6419     delete ptr; // in self-move, this->ptr is also null; delete is a no-op
6420     ptr = temp; // in self-move, the original ptr is restored
6422 ##### Enforcement
6424 * (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`.
6425 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6427 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6429 ##### Reason
6431 A throwing move violates most people's reasonable assumptions.
6432 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6434 ##### Example
6436     template<typename T>
6437     class Vector {
6438     public:
6439         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6440         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6441         // ...
6442     private:
6443         T* elem;
6444         int sz;
6445     };
6447 These operations do not throw.
6449 ##### Example, bad
6451     template<typename T>
6452     class Vector2 {
6453     public:
6454         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6455         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6456         // ...
6457     private:
6458         T* elem;
6459         int sz;
6460     };
6462 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6464 ##### Enforcement
6466 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6468 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress public copy/move
6470 ##### Reason
6472 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.
6474 If the class has no data, `=delete` the copy/move functions. Otherwise, make them protected.
6476 ##### Example, bad
6478     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6479     public:
6480         virtual char m() { return 'B'; }
6481         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6482     };
6484     class D : public B {
6485     public:
6486         char m() override { return 'D'; }
6487         // ...
6488     };
6490     void f(B& b)
6491     {
6492         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6493     }
6495     D d;
6496     f(d);
6498 ##### Example
6500     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6501     public:
6502         B() = default;
6503         B(const B&) = delete;
6504         B& operator=(const B&) = delete;
6505         virtual char m() { return 'B'; }
6506         // ...
6507     };
6509     class D : public B {
6510     public:
6511         char m() override { return 'D'; }
6512         // ...
6513     };
6515     void f(B& b)
6516     {
6517         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6518     }
6520     D d;
6521     f(d);
6523 ##### Note
6525 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6527 ##### Exception
6529 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6531 ##### Enforcement
6533 * Flag a polymorphic class with a public copy operation.
6534 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6536 ## C.other: Other default operation rules
6538 In addition to the operations for which the language offers default implementations,
6539 there are a few operations that are so foundational that specific rules for their definition are needed:
6540 comparisons, `swap`, and `hash`.
6542 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6544 ##### Reason
6546 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6548 ##### Example
6550     class Tracer {
6551         string message;
6552     public:
6553         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6554         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6556         Tracer(const Tracer&) = default;
6557         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6558         Tracer(Tracer&&) = default;
6559         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6560     };
6562 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6564 ##### Example, bad
6566     class Tracer2 {
6567         string message;
6568     public:
6569         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6570         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6572         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6573         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6574         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6575         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6576     };
6578 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6580 ##### Enforcement
6582 (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
6584 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6586 ##### Reason
6588 In a few cases, a default operation is not desirable.
6590 ##### Example
6592     class Immortal {
6593     public:
6594         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6595         // ...
6596     };
6598     void use()
6599     {
6600         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6601         Immortal* p = new Immortal{};
6602         delete p;       // error: cannot destroy *p
6603     }
6605 ##### Example
6607 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:
6609     template<class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6610     public:
6611         // ...
6612         constexpr unique_ptr() noexcept;
6613         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6614         // ...
6615         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6616         // ...
6617         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6618         // ...
6619     };
6621     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6623     void f()
6624     {
6625         unique_ptr<int> pi {};
6626         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6627         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6628     }
6630 Note that deleted functions should be public.
6632 ##### Enforcement
6634 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.
6636 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6638 ##### Reason
6640 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6641 This can be most confusing.
6642 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6644 ##### Example, bad
6646     class Base {
6647     public:
6648         virtual void f() = 0;   // not implemented
6649         virtual void g();       // implemented with Base version
6650         virtual void h();       // implemented with Base version
6651         virtual ~Base();        // implemented with Base version
6652     };
6654     class Derived : public Base {
6655     public:
6656         void g() override;   // provide Derived implementation
6657         void h() final;      // provide Derived implementation
6659         Derived()
6660         {
6661             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6662             f();
6664             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6665             g();
6667             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6668             Derived::g();
6670             // ok, no qualification needed, h is final
6671             h();
6672         }
6673     };
6675 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6677 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6679 ##### Note
6681 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6682 The semantics of such calls is type safe.
6683 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6685 ##### Enforcement
6687 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6689 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6691 ##### Reason
6693 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).
6695 ##### Example, good
6697     class Foo {
6698     public:
6699         void swap(Foo& rhs) noexcept
6700         {
6701             m1.swap(rhs.m1);
6702             std::swap(m2, rhs.m2);
6703         }
6704     private:
6705         Bar m1;
6706         int m2;
6707     };
6709 Providing a non-member `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6711     void swap(Foo& a, Foo& b)
6712     {
6713         a.swap(b);
6714     }
6716 ##### Enforcement
6718 * Non-trivially copyable types should provide a member swap or a free swap overload.
6719 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6721 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function must not fail
6723 ##### Reason
6725  `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.
6727 ##### Example, bad
6729     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6730     {
6731         auto tmp = x;   // copy elements
6732         x = y;
6733         y = tmp;
6734     }
6736 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.
6738 ##### Enforcement
6740 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6742 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6744 ##### Reason
6746  [A `swap` must not fail](#Rc-swap-fail).
6747 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6749 ##### Enforcement
6751 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6753 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6755 ##### Reason
6757 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6758 `==` is a fundamental operation and programmers should be able to use it without fear of failure.
6760 ##### Example
6762     struct X {
6763         string name;
6764         int number;
6765     };
6767     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6768         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6769     }
6771 ##### Example, bad
6773     class B {
6774         string name;
6775         int number;
6776         bool operator==(const B& a) const {
6777             return name == a.name && number == a.number;
6778         }
6779         // ...
6780     };
6782 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6784 ##### Note
6786 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6787 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6789 ##### Note
6791 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6793 ##### Enforcement
6795 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6796 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6798 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6800 ##### Reason
6802 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6804 ##### Example, bad
6806     class B {
6807         string name;
6808         int number;
6809     public:
6810         virtual bool operator==(const B& a) const
6811         {
6812              return name == a.name && number == a.number;
6813         }
6814         // ...
6815     };
6817 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6819     class D : public B {
6820         char character;
6821     public:
6822         virtual bool operator==(const D& a) const
6823         {
6824             return B::operator==(a) && character == a.character;
6825         }
6826         // ...
6827     };
6829     B b = ...
6830     D d = ...
6831     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6832     d == b;    // compares name and number, ignores d's character
6833     D d2;
6834     d == d2;   // compares name, number, and character
6835     B& b2 = d2;
6836     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6838 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6840 ##### Note
6842 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6844 ##### Enforcement
6846 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`.
6848 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6850 ##### Reason
6852 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6853 It's a standard-library requirement.
6855 ##### Example, bad
6857     template<>
6858     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6859         using result_type = size_t;
6860         using argument_type = My_type;
6862         size_t operator()(const My_type & x) const
6863         {
6864             size_t xs = x.s.size();
6865             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6866             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6867         }
6868     };
6870     int main()
6871     {
6872         unordered_map<My_type, int> m;
6873         My_type mt{ "asdfg" };
6874         m[mt] = 7;
6875         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6876     }
6878 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6879 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6881 ##### Enforcement
6883 * Flag throwing `hash`es.
6885 ### <a name="Rc-memset"></a>C.90: Rely on constructors and assignment operators, not `memset` and `memcpy`
6887 ##### Reason
6889 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.
6890 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.
6892 ##### Example, good
6894     struct base {
6895         virtual void update() = 0;
6896         std::shared_ptr<int> sp;
6897     };
6899     struct derived : public base {
6900         void update() override {}
6901     };
6903 ##### Example, bad
6905     void init(derived& a)
6906     {
6907         memset(&a, 0, sizeof(derived));
6908     }
6910 This is type-unsafe and overwrites the vtable.
6912 ##### Example, bad
6914     void copy(derived& a, derived& b)
6915     {
6916         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
6917     }
6919 This is also type-unsafe and overwrites the vtable.
6921 ##### Enforcement
6923 * Flag passing a non-trivially-copyable type to `memset` or `memcpy`.
6925 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6927 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6928 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6930 Summary of container rules:
6932 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6933 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6934 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6935 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6936 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6937 * ???
6938 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6940 **See also**: [Resources](#S-resource)
6943 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6945 ##### Reason
6947 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6949 ##### Note
6951 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6952 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6953 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6955 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6957 ##### Example
6959     // simplified (e.g., no allocators):
6961     template<typename T>
6962     class Sorted_vector {
6963         using value_type = T;
6964         // ... iterator types ...
6966         Sorted_vector() = default;
6967         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6968         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6969         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6970         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6971         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6972         ~Sorted_vector() = default;
6974         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6975         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6977         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6978         // no non-const direct access to preserve order
6980         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6981         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6983         // ... cbegin(), cend() ...
6984     private:
6985         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6986     };
6988     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6989     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6990     // ...
6992 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6993 That's not uncommon.
6994 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6995 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6996 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6997 From that base, the container can be expanded as needed.
6998 Here, special constructors from `std::vector` were added.
7000 ##### Enforcement
7004 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
7006 ##### Reason
7008 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
7009 Familiarity.
7011 ##### Note
7013 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
7014 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
7016 ##### Example
7018     void f(const Sorted_vector<string>& v)
7019     {
7020         Sorted_vector<string> v2 {v};
7021         if (v != v2)
7022             cout << "Behavior against reason and logic.\n";
7023         // ...
7024     }
7026 ##### Enforcement
7030 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
7032 ##### Reason
7034 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
7035 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
7036 resource management problems.
7038 ##### Example
7040     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
7041     {
7042         vector<int> v;
7043         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
7044         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
7045         return sv;
7046     }
7048 A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
7050 ##### Enforcement
7054 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
7056 ##### Reason
7058 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
7059 Familiarity.
7061 ##### Example
7063     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
7065 ##### Enforcement
7069 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
7071 ##### Reason
7073 To make it `Regular`.
7075 ##### Example
7077     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
7079 ##### Enforcement
7083 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
7085 ##### Reason
7087 That's what is expected from pointers.
7088 Familiarity.
7090 ##### Example
7092     ???
7094 ##### Enforcement
7098 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
7100 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
7101 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
7102 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
7104 Summary:
7106 * [F.10: If an operation can be reused, give it a name](#Rf-name)
7107 * [F.11: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rf-lambda)
7108 * [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)
7109 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
7110 * [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)
7111 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7113 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
7115 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
7116 Typically base classes act as interfaces.
7117 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
7119 Class hierarchy rule summary:
7121 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
7122 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
7123 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
7125 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
7127 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor](#Rh-abstract-ctor)
7128 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
7129 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
7130 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
7131 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of public copy construction/assignment](#Rh-copy)
7132 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
7133 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
7134 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
7135 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
7136 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
7137 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
7138 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
7139 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
7140 * [C.139: Use `final` on classes sparingly](#Rh-final)
7141 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
7143 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
7145 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
7146 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
7147 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
7148 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
7149 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
7150 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
7151 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
7152 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
7153 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
7155 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
7157 ##### Reason
7159 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.
7161 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.
7163 ##### Example
7165     class DrawableUIElement {
7166     public:
7167         virtual void render() const = 0;
7168         // ...
7169     };
7171     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
7172     public:
7173         virtual void onClick() = 0;
7174         // ...
7175     };
7177     class PushButton : public AbstractButton {
7178         void render() const override;
7179         void onClick() override;
7180         // ...
7181     };
7183     class Checkbox : public AbstractButton {
7184     // ...
7185     };
7187 ##### Example, bad
7189 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
7191     template<typename T>
7192     class Container {
7193     public:
7194         // list operations:
7195         virtual T& get() = 0;
7196         virtual void put(T&) = 0;
7197         virtual void insert(Position) = 0;
7198         // ...
7199         // vector operations:
7200         virtual T& operator[](int) = 0;
7201         virtual void sort() = 0;
7202         // ...
7203         // tree operations:
7204         virtual void balance() = 0;
7205         // ...
7206     };
7208 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
7209 Thus the base class becomes an implementation burden.
7210 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
7211 it might throw an exception instead.
7212 Thus users have to resort to run-time checking and/or
7213 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
7215 ##### Enforcement
7217 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
7218 * 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`.
7220 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
7222 ##### Reason
7224 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
7225 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
7227 ##### Example
7229     class My_interface {
7230     public:
7231         // ...only pure virtual functions here ...
7232         virtual ~My_interface() {}   // or =default
7233     };
7235 ##### Example, bad
7237     class Goof {
7238     public:
7239         // ...only pure virtual functions here ...
7240         // no virtual destructor
7241     };
7243     class Derived : public Goof {
7244         string s;
7245         // ...
7246     };
7248     void use()
7249     {
7250         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
7251         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7252         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
7253     } // leak
7255 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
7256 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
7259 ##### Enforcement
7261 * 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.
7263 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
7265 ##### Reason
7267 Such as on an ABI (link) boundary.
7269 ##### Example
7271     struct Device {
7272         virtual ~Device() = default;
7273         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
7274         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
7275     };
7277     class D1 : public Device {
7278         // ... data ...
7280         void write(span<const char> outbuf) override;
7281         void read(span<char> inbuf) override;
7282     };
7284     class D2 : public Device {
7285         // ... different data ...
7287         void write(span<const char> outbuf) override;
7288         void read(span<char> inbuf) override;
7289     };
7291 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
7292 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`.
7294 ##### Enforcement
7296     ???
7298 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
7300 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a user-written constructor
7302 ##### Reason
7304 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
7306 ##### Example
7308     class Shape {
7309     public:
7310         // no user-written constructor needed in abstract base class
7311         virtual Point center() const = 0;    // pure virtual
7312         virtual void move(Point to) = 0;
7313         // ... more pure virtual functions...
7314         virtual ~Shape() {}                 // destructor
7315     };
7317     class Circle : public Shape {
7318     public:
7319         Circle(Point p, int rad);           // constructor in derived class
7320         Point center() const override { return x; }
7321     };
7323 ##### Exception
7325 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, might need a constructor.
7326 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
7327   (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.
7329 ##### Enforcement
7331 Flag abstract classes with constructors.
7333 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
7335 ##### Reason
7337 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).
7339 ##### Example, bad
7341     struct B {
7342         virtual int f() = 0;
7343         // ... no user-written destructor, defaults to public non-virtual ...
7344     };
7346     // bad: derived from a class without a virtual destructor
7347     struct D : B {
7348         string s {"default"};
7349         // ...
7350     };
7352     void use()
7353     {
7354         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
7355         // ...
7356     } // undefined behavior, might call B::~B only and leak the string
7358 ##### Note
7360 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`.
7362 ##### Enforcement
7364 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and non-virtual.
7365 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
7367 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
7369 ##### Reason
7371 Readability.
7372 Detection of mistakes.
7373 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.
7375 It's simple and clear:
7377 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
7378 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
7379 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
7381 ##### Example, bad
7383     struct B {
7384         void f1(int);
7385         virtual void f2(int) const;
7386         virtual void f3(int);
7387         // ...
7388     };
7390     struct D : B {
7391         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
7392         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
7393         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
7394         // ...
7395     };
7397 ##### Example, good
7399     struct Better : B {
7400         void f1(int) override;        // error (caught): Better::f1() hides B::f1()
7401         void f2(int) const override;
7402         void f3(double) override;     // error (caught): Better::f3() hides B::f3()
7403         // ...
7404     };
7406 #### Discussion
7408 We want to eliminate two particular classes of errors:
7410 * **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)
7411 * **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)
7413 Note: On a class defined as `final`, it doesn't matter whether you put `override` or `final` on an individual virtual function.
7415 Note: Use `final` on functions sparingly. It does not necessarily lead to optimization, and it precludes further overriding.
7417 ##### Enforcement
7419 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7420 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7421 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7423 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7425 ##### Reason
7427 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7428 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7429 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7431 ##### Note
7433 Definition:
7435 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7436 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7437 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7438 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7440 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7442 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7443 and bad habits die hard.
7444 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7446 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7448 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7449 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7450 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7451 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7454 ##### Example, bad
7456     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7457     public:
7458         Shape();
7459         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7461         Point center() const { return cent; }
7462         Color color() const { return col; }
7464         virtual void rotate(int) = 0;
7465         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7467         virtual void redraw();
7469         // ...
7470     private:
7471         Point cent;
7472         Color col;
7473     };
7475     class Circle : public Shape {
7476     public:
7477         Circle(Point c, int r) : Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7479         // ...
7480     private:
7481         int rad;
7482     };
7484     class Triangle : public Shape {
7485     public:
7486         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7487         // ...
7488     };
7490 Problems:
7492 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors get harder to write and maintain.
7493 * Why calculate the center for the `Triangle`? we might never use it.
7494 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7495 and all classes derived from `Shape` and all code using `Shape` will need to be reviewed, possibly changed, and probably recompiled.
7497 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7498 we have defined `move()` once and for all, for all derived classes.
7499 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7500 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7502 ##### Example
7504 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7506     class Shape {  // pure interface
7507     public:
7508         virtual Point center() const = 0;
7509         virtual Color color() const = 0;
7511         virtual void rotate(int) = 0;
7512         virtual void move(Point p) = 0;
7514         virtual void redraw() = 0;
7516         // ...
7517     };
7519 Note that a pure interface rarely has constructors: there is nothing to construct.
7521     class Circle : public Shape {
7522     public:
7523         Circle(Point c, int r, Color c) : cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7525         Point center() const override { return cent; }
7526         Color color() const override { return col; }
7528         // ...
7529     private:
7530         Point cent;
7531         int rad;
7532         Color col;
7533     };
7535 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7536 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7538 ##### Example, dual hierarchy
7540 How can we gain the benefit of stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance?
7541 One popular technique is dual hierarchies.
7542 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7544 First we devise a hierarchy of interface classes:
7546     class Shape {   // pure interface
7547     public:
7548         virtual Point center() const = 0;
7549         virtual Color color() const = 0;
7551         virtual void rotate(int) = 0;
7552         virtual void move(Point p) = 0;
7554         virtual void redraw() = 0;
7556         // ...
7557     };
7559     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7560     public:
7561         virtual int radius() = 0;
7562         // ...
7563     };
7565 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7567     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7568     public:
7569         // constructors, destructor
7570         // ...
7571         Point center() const override { /* ... */ }
7572         Color color() const override { /* ... */ }
7574         void rotate(int) override { /* ... */ }
7575         void move(Point p) override { /* ... */ }
7577         void redraw() override { /* ... */ }
7579         // ...
7580     };
7582 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7583 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7585     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7586     public:
7587         // constructors, destructor
7589         int radius() override { /* ... */ }
7590         // ...
7591     };
7593 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7595     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7596     public:
7597         // ...
7598     };
7600     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7601     public:
7602         // constructors, destructor
7603         // ...
7604     }
7606 There are now two hierarchies:
7608 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7609 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7611 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7613     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7614       ^                     ^               ^
7615       |                     |               |
7616     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7618 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7620 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7622     void work_with_shape(Shape&);
7624     int user()
7625     {
7626         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7627         // ...
7628         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7629         // ...
7630         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7631         // ...
7632     }
7634 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7635 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7637 ##### Note
7639 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7641 ##### Note
7643 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and freestanding functions
7644 (in an implementation namespace).
7645 Base classes give a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7646 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7648 ##### Enforcement
7650 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7651 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7652 * ???
7655 ### <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
7657 ##### Reason
7659 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).
7661 ##### Example
7663     class B {
7664     public:
7665         B() = default;
7666         virtual ~B() = default;
7667         virtual gsl::owner<B*> clone() const = 0;
7668     protected:
7669          B(const B&) = default;
7670          B& operator=(const B&) = default;
7671          B(B&&) = default;
7672          B& operator=(B&&) = default;
7673         // ...
7674     };
7676     class D : public B {
7677     public:
7678         gsl::owner<D*> clone() const override
7679         {
7680             return new D{*this};
7681         };
7682     };
7684 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).
7688 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7690 ##### Reason
7692 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7694 ##### Example
7696     class Point {   // Bad: verbose
7697         int x;
7698         int y;
7699     public:
7700         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7701         int get_x() const { return x; }
7702         void set_x(int xx) { x = xx; }
7703         int get_y() const { return y; }
7704         void set_y(int yy) { y = yy; }
7705         // no behavioral member functions
7706     };
7708 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7710     struct Point {
7711         int x {0};
7712         int y {0};
7713     };
7715 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7717 ##### Note
7719 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.
7721 ##### Enforcement
7723 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7725 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7727 ##### Reason
7729 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7730 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7731 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7733 ##### Example, bad
7735     template<class T>
7736     class Vector {
7737     public:
7738         // ...
7739         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7740     private:
7741         T* elem;   // the elements
7742         int sz;    // number of elements
7743     };
7745 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7747 ##### Enforcement
7749 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7750 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7752 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7754 ##### Reason
7756 `protected` data is a source of complexity and errors.
7757 `protected` data complicates the statement of invariants.
7758 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7760 ##### Example, bad
7762     class Shape {
7763     public:
7764         // ... interface functions ...
7765     protected:
7766         // data for use in derived classes:
7767         Color fill_color;
7768         Color edge_color;
7769         Style st;
7770     };
7772 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7773 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7774 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7775 spread over a lot of classes.
7776 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7777 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7778 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7779 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7781 ##### Note
7783 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7784 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7785 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7786 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7788 ##### Note
7790 Protected member function can be just fine.
7792 ##### Enforcement
7794 Flag classes with `protected` data.
7796 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7798 ##### Reason
7800 Prevention of logical confusion leading to errors.
7801 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7802 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7804 ##### Discussion
7806 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7808 There are exactly two kinds of data members:
7810 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7811 * 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.
7813 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.
7815 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.
7817 Most classes are either all A or all B:
7819 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7820   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7821 * *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.
7823 ##### Exception
7825 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`).
7827 ##### Enforcement
7829 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7831 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7833 ##### Reason
7835 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7836 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7838 ##### Example
7840     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7841         // ...
7842     };
7844 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7845 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7847 ##### Note
7849 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7850 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7852 ##### Note
7854 Such interfaces are typically abstract classes.
7856 ##### Enforcement
7860 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7862 ##### Reason
7864 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7865 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7867 ##### Example
7869     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7870         // ...
7871     };
7873 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7874 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7876 ##### Note
7878 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7880 ##### Example
7882 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7883 members to enable the implementation of the policies it requires.
7884 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7885 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7887 ##### Enforcement
7891 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7893 ##### Reason
7895  Allow separation of shared data and interface.
7896  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7898 ##### Example
7900     struct Interface {
7901         virtual void f();
7902         virtual int g();
7903         // ... no data here ...
7904     };
7906     class Utility {  // with data
7907         void utility1();
7908         virtual void utility2();    // customization point
7909     public:
7910         int x;
7911         int y;
7912     };
7914     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7915         // override Interface functions
7916         // Maybe override Utility virtual functions
7917         // ...
7918     };
7920     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7921         // override Interface functions
7922         // Maybe override Utility virtual functions
7923         // ...
7924     };
7926 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7929 ##### Note
7931 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7932 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7933 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7934 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.
7936 ##### Note
7938 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7940 ##### Enforcement
7942 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7944 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7946 ##### Reason
7948 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7950 ##### Example, bad
7952     #include <iostream>
7953     class B {
7954     public:
7955         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7956         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7957         virtual ~B() = default;
7958     };
7959     class D: public B {
7960     public:
7961         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7962     };
7963     int main()
7964     {
7965         D d;
7966         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7967         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7968     }
7970 ##### Example, good
7972     class D: public B {
7973     public:
7974         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7975         using B::f; // exposes f(double)
7976     };
7978 ##### Note
7980 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
7982 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7984     template<class... Ts>
7985     struct Overloader : Ts... {
7986         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7987     };
7989 ##### Enforcement
7991 Diagnose name hiding
7993 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` on classes sparingly
7995 ##### Reason
7997 Capping a hierarchy with `final` classes is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7999 ##### Example, bad
8001     class Widget { /* ... */ };
8003     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
8004     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
8006     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
8008 ##### Note
8010 Not every class is meant to be a base class.
8011 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
8012 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
8014 ##### Note
8016 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
8017 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
8019 ##### Note
8021 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
8022 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
8024 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
8025 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
8026 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
8027 However, misuses are (or at least have been) far more common.
8029 ##### Enforcement
8031 Flag uses of `final` on classes.
8034 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
8036 ##### Reason
8038 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
8040 ##### Example, bad
8042     class Base {
8043     public:
8044         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
8045         virtual ~Base() = default;
8046     };
8048     class Derived : public Base {
8049     public:
8050         int multiply(int value, int factor = 10) override;
8051     };
8053     Derived d;
8054     Base& b = d;
8056     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
8057     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
8059 ##### Enforcement
8061 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
8063 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
8065 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
8067 ##### Reason
8069 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
8071 ##### Example
8073     struct B { int a; virtual int f(); virtual ~B() = default };
8074     struct D : B { int b; int f() override; };
8076     void use(B b)
8077     {
8078         D d;
8079         B b2 = d;   // slice
8080         B b3 = b;
8081     }
8083     void use2()
8084     {
8085         D d;
8086         use(d);   // slice
8087     }
8089 Both `d`s are sliced.
8091 ##### Exception
8093 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
8095     void use3()
8096     {
8097         D d;
8098         d.f();   // OK
8099     }
8101 ##### See also
8103 [A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
8105 ##### Enforcement
8107 Flag all slicing.
8109 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
8111 ##### Reason
8113 `dynamic_cast` is checked at run time.
8115 ##### Example
8117     struct B {   // an interface
8118         virtual void f();
8119         virtual void g();
8120         virtual ~B();
8121     };
8123     struct D : B {   // a wider interface
8124         void f() override;
8125         virtual void h();
8126     };
8128     void user(B* pb)
8129     {
8130         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
8131             // ... use D's interface ...
8132         }
8133         else {
8134             // ... make do with B's interface ...
8135         }
8136     }
8138 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`:
8140     void user2(B* pb)   // bad
8141     {
8142         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
8143         // ... use D's interface ...
8144     }
8146     void user3(B* pb)    // unsafe
8147     {
8148         if (some_condition) {
8149             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
8150             // ... use D's interface ...
8151         }
8152         else {
8153             // ... make do with B's interface ...
8154         }
8155     }
8157     void f()
8158     {
8159         B b;
8160         user(&b);   // OK
8161         user2(&b);  // bad error
8162         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
8163     }
8165 ##### Note
8167 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
8168 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
8169 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
8170 and reasonably convenient.
8172 ##### Note
8174 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
8175 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
8176 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
8177 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
8178 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
8179 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
8181 Consider:
8183     struct B {
8184         const char* name {"B"};
8185         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
8186         virtual const char* id() const { return name; }
8187         // ...
8188     };
8190     struct D : B {
8191         const char* name {"D"};
8192         const char* id() const override { return name; }
8193         // ...
8194     };
8196     void use()
8197     {
8198         B* pb1 = new B;
8199         B* pb2 = new D;
8201         cout << pb1->id(); // "B"
8202         cout << pb2->id(); // "D"
8205         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
8206             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
8207             // ...
8208         }
8209         // ...
8210     }
8212 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
8213 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
8214 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.
8216 If you implement your own RTTI, be careful.
8218 ##### Exception
8220 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you might have to use a workaround.
8221 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
8222 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
8223 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)
8224 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
8226 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
8227 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).
8228 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
8230 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.
8232 ##### Exception
8234 Consider:
8236     template<typename B>
8237     class Dx : B {
8238         // ...
8239     };
8241 ##### Enforcement
8243 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
8244 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
8246 ### <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
8248 ##### Reason
8250 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.
8252 ##### Example
8254     std::string f(Base& b)
8255     {
8256         return dynamic_cast<Derived&>(b).to_string();
8257     }
8259 ##### Enforcement
8263 ### <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
8265 ##### Reason
8267 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.
8269 Contrast with [C.147](#Rh-ref-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
8271 ##### Example
8273 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.
8274 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
8276     void add(Shape* const item)
8277     {
8278       // Ownership is always taken
8279       owned_shapes.emplace_back(item);
8281       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
8283       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
8284       {
8285         view_of_evens.emplace_back(even);
8286       }
8288       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
8289       {
8290         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
8291       }
8292     }
8294 ##### Notes
8296 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.
8297 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it might contain a null value, and tested.
8299 ##### Enforcement
8301 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
8303 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
8305 ##### Reason
8307 Avoid resource leaks.
8309 ##### Example
8311     void use(int i)
8312     {
8313         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
8314         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
8315         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
8316         delete p;                       // too late
8317     }
8319 ##### Enforcement
8321 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
8322 * Flag `delete` of local variable
8324 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
8326 See [R.23](#Rr-make_unique)
8328 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
8330 See [R.22](#Rr-make_shared)
8332 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
8334 ##### Reason
8336 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
8338 ##### Example
8340     struct B { int x; };
8341     struct D : B { int y; };
8343     void use(B*);
8345     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
8346     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8347     p[1].x = 7;   // overwrite a[0].y
8349     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
8351 ##### Enforcement
8353 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
8354 * 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`
8357 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
8359 ##### Reason
8361 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
8362 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast might reach an intermediate class and therefore
8363 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
8365 ##### Example
8367     ???
8369 ##### Enforcement
8371 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
8373 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8375 You can overload ordinary functions, function templates, and operators.
8376 You cannot overload function objects.
8378 Overload rule summary:
8380 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8381 * [C.161: Use non-member functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8382 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8383 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8384 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8385 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8386 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8387 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8388 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8389 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8391 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8393 ##### Reason
8395 Minimize surprises.
8397 ##### Example
8399     class X {
8400     public:
8401         // ...
8402         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8403         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8404                                                     // after a = b we have a == b
8405         // ...
8406     };
8408 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8410 ##### Example, bad
8412     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8414 ##### Note
8416 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8417 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8419 ##### Enforcement
8421 Possibly impossible.
8423 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use non-member functions for symmetric operators
8425 ##### Reason
8427 If you use member functions, you need two.
8428 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8430 ##### Example
8432     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8434 ##### Enforcement
8436 Flag member operator functions.
8438 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8440 ##### Reason
8442 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.
8444 ##### Example
8446 Consider:
8448     void print(int a);
8449     void print(int a, int base);
8450     void print(const string&);
8452 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8454     void print_int(int a);
8455     void print_based(int a, int base);
8456     void print_string(const string&);
8458 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8460 ##### Enforcement
8464 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8466 ##### Reason
8468 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8470 ##### Example
8472 Consider:
8474     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8475     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8477 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8479     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8480     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8482 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8483 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8485 ##### Note
8487 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8489 ##### Enforcement
8493 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8495 ##### Reason
8497 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8499 ##### Note
8501 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8502 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8503 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8504 just to gain a minor convenience.
8506 ##### Example
8508     struct S1 {
8509         string s;
8510         // ...
8511         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8512     };
8514     struct S2 {
8515         string s;
8516         // ...
8517         explicit operator char*() { return s.data(); }
8518     };
8520     void f(S1 s1, S2 s2)
8521     {
8522         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8523         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8524         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8525     }
8527 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8529     S1 ff();
8531     char* g()
8532     {
8533         return ff();
8534     }
8536 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8538 ##### Enforcement
8540 Flag all non-explicit conversion operators.
8542 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8544 ##### Reason
8546 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8548 ##### Example
8550 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8551 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8552 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.
8554     namespace N {
8555         My_type X { /* ... */ };
8556         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8557         // ...
8558     }
8560     void f1(N::X& a, N::X& b)
8561     {
8562         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8563     }
8565 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8566 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8567 How do we get `N::X` considered?
8569     void f2(N::X& a, N::X& b)
8570     {
8571         swap(a, b);   // calls N::swap
8572     }
8574 But that might not be what we wanted for generic code.
8575 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8576 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8578     void f3(N::X& a, N::X& b)
8579     {
8580         using std::swap;  // make std::swap available
8581         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8582     }
8584 ##### Enforcement
8586 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8587 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8589 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8591 ##### Reason
8593 The `&` operator is fundamental in C++.
8594 Many parts of the C++ semantics assume its default meaning.
8596 ##### Example
8598     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8599         Ptr(X* pp) : p(pp) { /* check */ }
8600         X* operator->() { /* check */ return p; }
8601         X operator[](int i);
8602         X operator*();
8603     private:
8604         T* p;
8605     };
8607     class X {
8608         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8609         // ...
8610     };
8612 ##### Note
8614 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8615 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8616 We hope to remedy that: [Operator Dot (R2)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf).
8617 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8619 ##### Enforcement
8621 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8623 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8625 ##### Reason
8627 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8629 ##### Example
8631     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8632     {
8633         std::cout << /* class members here */;
8634     }
8636     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8637     {
8638         return os << /* class members here */;
8639     }
8641 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8643     My_class var { /* ... */ };
8644     // ...
8645     cout << "var = " << var << '\n';
8647 ##### Note
8649 There are strong and vigorous conventions for the meaning of most operators, such as
8651 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, and `<=>`),
8652 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8653 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8654 * assignment (`=`)
8656 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8658 ##### Enforcement
8660 Tricky. Requires semantic insight.
8662 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8664 ##### Reason
8666 Readability.
8667 Ability for find operators using ADL.
8668 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8670 ##### Example
8672     struct S { };
8673     S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8674     S s;
8676     S r = s + s;
8678 ##### Example
8680     namespace N {
8681         struct S { };
8682         S operator+(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8683     }
8685     N::S s;
8687     S r = s + s;  // finds N::operator+() by ADL
8689 ##### Example, bad
8691     struct S { };
8692     S s;
8694     namespace N {
8695         bool operator!(S a) { return true; }
8696         bool not_s = !s;
8697     }
8699     namespace M {
8700         bool operator!(S a) { return false; }
8701         bool not_s = !s;
8702     }
8704 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8705 This can be most confusing.
8706 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8708 ##### Note
8710 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8711 For example:
8713     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8715 This might be something best avoided.
8717 ##### See also
8719 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8721 ##### Enforcement
8723 * Flag operator definitions that are not in the namespace of their operands
8725 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8727 ##### Reason
8729 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8731 ##### Example
8733     void f(int);
8734     void f(double);
8735     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8737     auto g = [](int) { /* ... */ };
8738     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8740     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8742 ##### Enforcement
8744 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8746 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8748 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8749 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8750 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8752 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*.
8754 Union rule summary:
8756 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8757 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8758 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8759 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8760 * ???
8762 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8764 ##### Reason
8766 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8767 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8769 ##### Example
8771     union Value {
8772         int x;
8773         double d;
8774     };
8776     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8777     cout << v.x << '\n';    // write 123
8778     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8779     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8781 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8783 ##### Example
8785     // Short-string optimization
8787     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8789     class Immutable_string {
8790     public:
8791         Immutable_string(const char* str) :
8792             size(strlen(str))
8793         {
8794             if (size < buffer_size)
8795                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8796             else {
8797                 string_ptr = new char[size + 1];
8798                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8799             }
8800         }
8802         ~Immutable_string()
8803         {
8804             if (size >= buffer_size)
8805                 delete[] string_ptr;
8806         }
8808         const char* get_str() const
8809         {
8810             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8811         }
8813     private:
8814         // If the string is short enough, we store the string itself
8815         // instead of a pointer to the string.
8816         union {
8817             char* string_ptr;
8818             char string_buffer[buffer_size];
8819         };
8821         const size_t size;
8822     };
8824 ##### Enforcement
8828 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8830 ##### Reason
8832 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8833 so that the programmer has to keep track.
8834 Naked unions are a source of type errors.
8836 ##### Example, bad
8838     union Value {
8839         int x;
8840         double d;
8841     };
8843     Value v;
8844     v.d = 987.654;  // v holds a double
8846 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8848     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8850 Note that the type error happened without any explicit cast.
8851 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which is the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8852 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8854 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8856     v.x = 123;
8857     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8859 ##### Alternative
8861 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8863 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8865     variant<int, double> v;
8866     v = 123;        // v holds an int
8867     int x = get<int>(v);
8868     v = 123.456;    // v holds a double
8869     w = get<double>(v);
8871 ##### Enforcement
8875 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8877 ##### Reason
8879 A well-designed tagged union is type safe.
8880 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8882 ##### Example
8884 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8885 You can look there for an explanation.
8887 The code is somewhat elaborate.
8888 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8889 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8891     class Value { // two alternative representations represented as a union
8892     private:
8893         enum class Tag { number, text };
8894         Tag type; // discriminant
8896         union { // representation (note: anonymous union)
8897             int i;
8898             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8899         };
8900     public:
8901         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8903         ~Value();
8904         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8905         Value(const Value&);
8906         // ...
8907         int number() const;
8908         string text() const;
8910         void set_number(int n);
8911         void set_text(const string&);
8912         // ...
8913     };
8915     int Value::number() const
8916     {
8917         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8918         return i;
8919     }
8921     string Value::text() const
8922     {
8923         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8924         return s;
8925     }
8927     void Value::set_number(int n)
8928     {
8929         if (type == Tag::text) {
8930             s.~string();      // explicitly destroy string
8931             type = Tag::number;
8932         }
8933         i = n;
8934     }
8936     void Value::set_text(const string& ss)
8937     {
8938         if (type == Tag::text)
8939             s = ss;
8940         else {
8941             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8942             type = Tag::text;
8943         }
8944     }
8946     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8947     {
8948         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8949             s = e.s;    // usual string assignment
8950             return *this;
8951         }
8953         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8955         switch (e.type) {
8956         case Tag::number:
8957             i = e.i;
8958             break;
8959         case Tag::text:
8960             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8961         }
8963         type = e.type;
8964         return *this;
8965     }
8967     Value::~Value()
8968     {
8969         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8970     }
8972 ##### Enforcement
8976 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8978 ##### Reason
8980 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8981 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8982 Type punning using a `union` is a source of errors.
8984 ##### Example, bad
8986     union Pun {
8987         int x;
8988         unsigned char c[sizeof(int)];
8989     };
8991 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8993     void bad(Pun& u)
8994     {
8995         u.x = 'x';
8996         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8997     }
8999 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
9001     void if_you_must_pun(int& x)
9002     {
9003         auto p = reinterpret_cast<std::byte*>(&x);
9004         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
9005         // ...
9006     }
9008 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,
9009 but at least we can see that something tricky is going on.)
9011 ##### Note
9013 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
9014 We don't consider "sometimes, it works as expected" a conclusive argument.
9016 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.
9018 ##### Enforcement
9024 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
9026 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
9027 There are two kinds of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
9029 Enumeration rule summary:
9031 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
9032 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
9033 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
9034 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
9035 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
9036 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
9037 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
9038 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
9040 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
9042 ##### Reason
9044 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.
9046 ##### Example
9048 First some bad old code:
9050     // webcolors.h (third party header)
9051     #define RED   0xFF0000
9052     #define GREEN 0x00FF00
9053     #define BLUE  0x0000FF
9055     // productinfo.h
9056     // The following define product subtypes based on color
9057     #define RED    0
9058     #define PURPLE 1
9059     #define BLUE   2
9061     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
9063 Instead use an `enum`:
9065     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9066     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9068     int webby = blue;   // error: be specific
9069     Web_color webby = Web_color::blue;
9071 We used an `enum class` to avoid name clashes.
9073 ##### Note
9075 Also consider `constexpr` and `const inline` variables.
9077 ##### Enforcement
9079 Flag macros that define integer values. Use `enum` or `const inline` or another non-macro alternative instead.
9082 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
9084 ##### Reason
9086 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
9090 ##### Example
9092     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9095 ##### Note
9097 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
9099     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9101     void print(Product_info inf)
9102     {
9103         switch (inf) {
9104         case Product_info::red: cout << "red"; break;
9105         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
9106         }
9107     }
9109 Such off-by-one `switch`-statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
9111 ##### Enforcement
9113 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
9114 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but there is no `default`.
9117 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
9119 ##### Reason
9121 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
9123 ##### Example
9125     void Print_color(int color);
9127     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9128     enum Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9130     Web_color webby = Web_color::blue;
9132     // Clearly at least one of these calls is buggy.
9133     Print_color(webby);
9134     Print_color(Product_info::blue);
9136 Instead use an `enum class`:
9138     void Print_color(int color);
9140     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
9141     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
9143     Web_color webby = Web_color::blue;
9144     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
9145     Print_color(Product_info::red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
9147 ##### Enforcement
9149 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
9151 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
9153 ##### Reason
9155 Convenience of use and avoidance of errors.
9157 ##### Example
9159     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
9161     Day& operator++(Day& d)
9162     {
9163         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
9164     }
9166     Day today = Day::sat;
9167     Day tomorrow = ++today;
9169 The use of a `static_cast` is not pretty, but
9171     Day& operator++(Day& d)
9172     {
9173         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
9174     }
9176 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
9179 ##### Enforcement
9181 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
9184 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
9186 ##### Reason
9188 Avoid clashes with macros.
9190 ##### Example, bad
9192      // webcolors.h (third party header)
9193     #define RED   0xFF0000
9194     #define GREEN 0x00FF00
9195     #define BLUE  0x0000FF
9197     // productinfo.h
9198     // The following define product subtypes based on color
9200     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
9202 ##### Enforcement
9204 Flag ALL_CAPS enumerators.
9206 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
9208 ##### Reason
9210 If you can't name an enumeration, the values are not related
9212 ##### Example, bad
9214     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
9216 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
9218 ##### Alternative
9220 Use `constexpr` values instead. For example:
9222     constexpr int red = 0xFF0000;
9223     constexpr short scale = 4;
9224     constexpr bool is_signed = true;
9226 ##### Enforcement
9228 Flag unnamed enumerations.
9231 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
9233 ##### Reason
9235 The default is the easiest to read and write.
9236 `int` is the default integer type.
9237 `int` is compatible with C `enum`s.
9239 ##### Example
9241     enum class Direction : char { n, s, e, w,
9242                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
9244     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
9245                                      green = 0x00FF00,
9246                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
9248 ##### Note
9250 Specifying the underlying type is necessary to forward-declare an enum or enum class:
9252     enum Flags : char;
9254     void f(Flags);
9256     // ....
9258     enum Flags : char { /* ... */ };
9260 or to ensure that values of that type have a specified bit-precision:
9262     enum Bitboard : uint64_t { /* ... */ };
9264 ##### Enforcement
9266 ????
9269 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
9271 ##### Reason
9273 It's the simplest.
9274 It avoids duplicate enumerator values.
9275 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
9277 ##### Example
9279     enum class Col1 { red, yellow, blue };
9280     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
9281     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
9282                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
9283     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
9285 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
9286 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
9288 ##### Enforcement
9290 * Flag duplicate enumerator values
9291 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
9294 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
9296 This section contains rules related to resources.
9297 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
9298 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release might do harm.
9299 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.
9300 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
9302 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
9303 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.
9304 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.
9305 Here, we ignore such cases.
9307 * Resource management rule summary:
9309   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
9310   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
9311   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
9312   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
9313   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
9314   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
9316 * Allocation and deallocation rule summary:
9318   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
9319   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
9320   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
9321   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
9322   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
9323   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
9325 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
9327   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
9328   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
9329   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
9330   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
9331   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
9332   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
9333   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
9334   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
9335   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
9336   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership](#Rr-sharedptrparam-owner)
9337   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
9338   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
9339   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
9341 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
9343 ##### Reason
9345 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
9346 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`.
9347 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.
9349 ##### Example, bad
9351 Consider:
9353     void send(X* x, string_view destination)
9354     {
9355         auto port = open_port(destination);
9356         my_mutex.lock();
9357         // ...
9358         send(port, x);
9359         // ...
9360         my_mutex.unlock();
9361         close_port(port);
9362         delete x;
9363     }
9365 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
9366 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
9368 ##### Example
9370 Consider:
9372     void send(unique_ptr<X> x, string_view destination)  // x owns the X
9373     {
9374         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
9375         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
9376         // ...
9377         send(port, x);
9378         // ...
9379     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9381 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.
9383 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9385     class Port {
9386         PortHandle port;
9387     public:
9388         Port(string_view destination) : port{open_port(destination)} { }
9389         ~Port() { close_port(port); }
9390         operator PortHandle() { return port; }
9392         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9393         Port(const Port&) = delete;
9394         Port& operator=(const Port&) = delete;
9395     };
9397 ##### Note
9399 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)
9401 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9403 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9405 ##### Reason
9407 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9408 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9410 ##### Example, bad
9412     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9413     {
9414         // ...
9415         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9416         // ...
9417     }
9419 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9420 Use a `span` instead.
9422 ##### Example
9424     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9425     {
9426         // ... uses *p and p[0] only ...
9427     }
9429 ##### Exception
9431 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9432 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9434 ##### Note
9436 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9437 However, where `nullptr` is a possible value, a reference might not be a reasonable alternative.
9439 ##### Enforcement
9441 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9442   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9443 * Flag array names passed as simple pointers
9445 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9447 ##### Reason
9449 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9450 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9452 ##### Example
9454     void f()
9455     {
9456         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9457         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9458         // ...
9459     }
9461 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9463 ##### Example
9465     template<typename T>
9466     class X {
9467     public:
9468         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9469         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9470         // ...
9471     };
9473 We can fix that problem by making ownership explicit:
9475     template<typename T>
9476     class X2 {
9477     public:
9478         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9479         T* q;         // OK: q is not owning
9480         // ...
9481     };
9483 ##### Exception
9485 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.
9486 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9487 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9488 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9489 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9490 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9491 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.
9493 This code cannot all be rewritten (even assuming good code transformation software), especially not soon.
9494 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9495 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9496 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9497 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9498 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9499 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9501 ##### Note
9503 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9504 It is simply an indicator to programmers and analysis tools.
9505 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9507 ##### Example, bad
9509 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9511     Gadget* make_gadget(int n)
9512     {
9513         auto p = new Gadget{n};
9514         // ...
9515         return p;
9516     }
9518     void caller(int n)
9519     {
9520         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9521         // ...
9522         delete p;
9523     }
9525 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)):
9527     Gadget make_gadget(int n)
9528     {
9529         Gadget g{n};
9530         // ...
9531         return g;
9532     }
9534 ##### Note
9536 This rule applies to factory functions.
9538 ##### Note
9540 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."
9542 ##### Enforcement
9544 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9545 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9546 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9547 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9548   Suggest considering returning it by value instead.
9550 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9552 ##### Reason
9554 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9555 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9557 ##### Example
9559     void f()
9560     {
9561         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9562         // ...
9563         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9564     }
9566 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9568 ##### Enforcement
9570 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9572 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9574 ##### Reason
9576 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9577 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9578 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9580 ##### Example
9582 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:
9584     void f(int n)
9585     {
9586         auto p = new Gadget{n};
9587         // ...
9588         delete p;
9589     }
9591 Instead, use a local variable:
9593     void f(int n)
9594     {
9595         Gadget g{n};
9596         // ...
9597     }
9599 ##### Enforcement
9601 * (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.
9602 * (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`.
9603 Exception: Do not produce such a warning on a local `Unique_pointer` to an unbounded array. (See below.)
9605 ##### Exception
9607 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.
9609 ##### Example
9611 A valid use case for a local `const unique_ptr<T[]>` variable:
9613     int get_median_value(const std::list<int>& integers)
9614     {
9615       const auto size = integers.size();
9617       // OK: declaring a local unique_ptr<T[]>.
9618       const auto local_buffer = std::make_unique_for_overwrite<int[]>(size);
9620       std::copy_n(begin(integers), size, local_buffer.get());
9621       std::nth_element(local_buffer.get(), local_buffer.get() + size/2, local_buffer.get() + size);
9623       return local_buffer[size/2];
9624     }
9626 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9628 See [I.2](#Ri-global)
9630 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9632 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9634 ##### Reason
9636  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9638 ##### Example
9640     class Record {
9641         int id;
9642         string name;
9643         // ...
9644     };
9646     void use()
9647     {
9648         // p1 might be nullptr
9649         // *p1 is not initialized; in particular,
9650         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9651         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9653         auto p2 = new Record;
9655         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9656         auto p3 = new(nothrow) Record;
9657         // p3 might be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9659         // ...
9661         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9662         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9663     }
9665 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9667 ##### Exception
9669 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9670 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9671 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9672 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9673 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9675 ##### Enforcement
9677 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9679 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9681 ##### Reason
9683 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9684 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9686 ##### Note
9688 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9689 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?
9690 The bug might be latent: it might emerge only during maintenance.
9691 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9693 ##### Enforcement
9695 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9697 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9699 ##### Reason
9701 If you don't, an exception or a return might lead to a leak.
9703 ##### Example, bad
9705     void func(const string& name)
9706     {
9707         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9708         vector<char> buf(1024);
9709         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9710         // ...
9711     }
9713 The allocation of `buf` might fail and leak the file handle.
9715 ##### Example
9717     void func(const string& name)
9718     {
9719         ifstream f{name};   // open the file
9720         vector<char> buf(1024);
9721         // ...
9722     }
9724 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9726 ##### Enforcement
9728 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9730 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9732 ##### Reason
9734 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.
9736 ##### Example
9738     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9740 This `fun` can be called like this:
9742     // BAD: potential leak
9743     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9745 This is exception-unsafe because the compiler might reorder the two expressions building the function's two arguments.
9746 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9747 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9748 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9750 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9751 For example:
9753     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9754     fun(sp1, new Widget(c, d));
9756 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9758     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9760 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9762 ##### Enforcement
9764 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9766 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9768 ##### Reason
9770 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9771 Use `span` to preserve size information.
9773 ##### Example
9775     void f(int[]);          // not recommended
9777     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9778                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9780     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9782 ##### Enforcement
9784 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9786 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9788 ##### Reason
9790 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9792 ##### Example
9794     class X {
9795         // ...
9796         void* operator new(size_t s);
9797         void operator delete(void*);
9798         // ...
9799     };
9801 ##### Note
9803 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9804 Don't leave it undeclared.
9806 ##### Enforcement
9808 Flag incomplete pairs.
9810 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9812 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9814 ##### Reason
9816 They can prevent resource leaks.
9818 ##### Example
9820 Consider:
9822     void f()
9823     {
9824         X* p1 { new X };              // bad, p1 will leak
9825         auto p2 = make_unique<X>();   // good, unique ownership
9826         auto p3 = make_shared<X>();   // good, shared ownership
9827     }
9829 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9831 ##### Enforcement
9833 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9834 * (Simple) Warn if the result of a function returning a raw owning pointer is assigned to a raw pointer.
9836 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9838 ##### Reason
9840 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9842 ##### Example, bad
9844 This needlessly adds and maintains a reference count.
9846     void f()
9847     {
9848         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9849         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9850     } // destroy base
9852 ##### Example
9854 This is more efficient:
9856     void f()
9857     {
9858         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9859         // use base locally
9860     } // destroy base
9862 ##### Enforcement
9864 (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.
9866 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9868 ##### Reason
9870 `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
9871 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.
9873 ##### Example
9875 Consider:
9877     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9878     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9880 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9882 ##### Enforcement
9884 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9886 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9888 ##### Reason
9890 `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
9891 It also ensures exception safety in complex expressions.
9893 ##### Example
9895     unique_ptr<Foo> p {new Foo{7}};    // OK: but repetitive
9897     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
9899 ##### Enforcement
9901 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9903 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9905 ##### Reason
9907  `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
9908 be able to destroy a cyclic structure.
9910 ##### Example
9912     #include <memory>
9914     class bar;
9916     class foo {
9917     public:
9918       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9919         : forward_reference_(forward_reference)
9920       { }
9921     private:
9922       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9923     };
9925     class bar {
9926     public:
9927       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9928         : back_reference_(back_reference)
9929       { }
9930       void do_something()
9931       {
9932         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9933           // Use *shared_back_reference
9934         }
9935       }
9936     private:
9937       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9938     };
9940 ##### Note
9942  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9943 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9944 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9946 ##### Enforcement
9948 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9950 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9952 See [F.7](#Rf-smart).
9954 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9956 ##### Reason
9958 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.
9959 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9961 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9963 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9964 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9966 ##### Example, bad
9968     // use Boost's intrusive_ptr
9969     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9970     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9971     {
9972         p->foo();
9973     }
9975     // use Microsoft's CComPtr
9976     #include <atlbase.h>
9977     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9978     {
9979         p->foo();
9980     }
9982 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9983 `p` is a `Shared_pointer`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9984 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&`.
9985 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.
9987 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9989 ##### Reason
9991 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9993 ##### Example
9995     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9997     void uses(widget*);            // just uses the widget
9999 ##### Example, bad
10001     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10003 ##### Enforcement
10005 * (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.
10006 * (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.
10008 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`
10010 ##### Reason
10012 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
10014 ##### Note
10016 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
10018 ##### Example
10020     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
10022 ##### Example, bad
10024     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
10026 ##### Enforcement
10028 * (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.
10029 * (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.
10031 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express shared ownership
10033 ##### Reason
10035 This makes the function's ownership sharing explicit.
10037 ##### Example, good
10039     class WidgetUser
10040     {
10041     public:
10042         // WidgetUser will share ownership of the widget
10043         explicit WidgetUser(std::shared_ptr<widget> w) noexcept:
10044             m_widget{std::move(w)} {}
10045         // ...
10046     private:
10047         std::shared_ptr<widget> m_widget;
10048     };
10050 ##### Enforcement
10052 * (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.
10053 * (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.
10054 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10056 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
10058 ##### Reason
10060 This makes the function's reseating explicit.
10062 ##### Note
10064 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
10066 ##### Example, good
10068     void ChangeWidget(std::shared_ptr<widget>& w)
10069     {
10070         // This will change the callers widget
10071         w = std::make_shared<widget>(widget{});
10072     }
10074 ##### Enforcement
10076 * (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.
10077 * (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.
10078 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10080 ### <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 ???
10082 ##### Reason
10084 This makes the function's ??? explicit.
10086 ##### Example, good
10088     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
10090     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
10092     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
10094 ##### Enforcement
10096 * (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.
10097 * (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.
10098 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_pointer<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
10100 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
10102 ##### Reason
10104 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
10105 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
10106 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
10107 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
10109 ##### Note
10111 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.
10113 ##### Example
10115 Consider this code:
10117     // global (static or heap), or aliased local ...
10118     shared_ptr<widget> g_p = ...;
10120     void f(widget& w)
10121     {
10122         g();
10123         use(w);  // A
10124     }
10126     void g()
10127     {
10128         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
10129     }
10131 The following should not pass code review:
10133     void my_code()
10134     {
10135         // BAD: passing pointer or reference obtained from a non-local smart pointer
10136         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or its callees
10137         f(*g_p);
10139         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
10140         g_p->func();
10141     }
10143 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
10145     void my_code()
10146     {
10147         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
10148         auto pin = g_p;
10150         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
10151         f(*pin);
10153         // GOOD: same reason
10154         pin->func();
10155     }
10157 ##### Enforcement
10159 * (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.
10161 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
10163 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
10165 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
10167 General rules:
10169 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
10170 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
10171 * [ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code](#Res-DRY)
10173 Declaration rules:
10175 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
10176 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
10177 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer](#Res-name-length)
10178 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
10179 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
10180 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
10181 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
10182 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
10183 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
10184 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
10185 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
10186 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
10187 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
10188 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
10189 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10190 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
10191 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
10192 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
10193 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
10194 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
10195 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
10196 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
10198 Expression rules:
10200 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
10201 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
10202 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
10203 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
10204 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
10205 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
10206 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
10207 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
10208 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
10209 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
10210 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
10211 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
10212 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
10213 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
10214 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
10215 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
10216 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
10217 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
10218 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
10220 Statement rules:
10222 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
10223 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
10224 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
10225 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
10226 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
10227 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
10228 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
10229 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
10230 * [ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements](#Res-break)
10231 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
10232 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
10233 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
10234 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
10235 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
10237 Arithmetic rules:
10239 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
10240 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
10241 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
10242 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
10243 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
10244 * [ES.105: Don't divide by integer zero](#Res-zero)
10245 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
10246 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
10248 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
10250 ##### Reason
10252 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.
10253 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
10254 It is available as part of all C++ implementations.
10256 ##### Example
10258     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
10260 a range version of `accumulate` would be even better:
10262     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
10264 but don't hand-code a well-known algorithm:
10266     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
10267     double sum = 0.0;
10268     for (int i = 0; i < max; ++i)
10269         sum = sum + v[i];
10271 ##### Exception
10273 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.
10275 ##### Enforcement
10277 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10279 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
10281 ##### Reason
10283 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.
10285 ##### Example
10287     vector<string> read1(istream& is)   // good
10288     {
10289         vector<string> res;
10290         for (string s; is >> s;)
10291             res.push_back(s);
10292         return res;
10293     }
10295 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
10297     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
10298     {
10299         auto res = new char*[maxelem];
10300         int elemcount = 0;
10301         while (is && elemcount < maxelem) {
10302             auto s = new char[maxstring];
10303             is.read(s, maxstring);
10304             res[elemcount++] = s;
10305         }
10306         *nread = elemcount;
10307         return res;
10308     }
10310 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.
10312 ##### Enforcement
10314 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of built-in types. Cyclomatic complexity?
10316 ### <a name="Res-DRY"></a>ES.3: Don't repeat yourself, avoid redundant code
10318 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.
10320 Use standard algorithms where appropriate, instead of writing some own implementation.
10322 **See also**: [SL.1](#Rsl-lib), [ES.11](#Res-auto)
10324 ##### Example
10326     void func(bool flag)    // Bad, duplicated code.
10327     {
10328         if (flag) {
10329             x();
10330             y();
10331         }
10332         else {
10333             x();
10334             z();
10335         }
10336     }
10338     void func(bool flag)    // Better, no duplicated code.
10339     {
10340         x();
10342         if (flag)
10343             y();
10344         else
10345             z();
10346     }
10349 ##### Enforcement
10351 * Use a static analyzer. It will catch at least some redundant constructs.
10352 * Code review
10354 ## ES.dcl: Declarations
10356 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and might cause the construction of a named object.
10358 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
10360 ##### Reason
10362 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
10364 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
10366 ##### Example
10368     void use()
10369     {
10370         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
10371         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10372         // no intended use of i here
10373         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
10375         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
10376             // ... deal with Circle ...
10377         }
10378         else {
10379             // ... handle error ...
10380         }
10381     }
10383 ##### Example, bad
10385     void use(const string& name)
10386     {
10387         string fn = name + ".txt";
10388         ifstream is {fn};
10389         Record r;
10390         is >> r;
10391         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10392     }
10394 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`
10395 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10396 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10398     Record load_record(const string& name)
10399     {
10400         string fn = name + ".txt";
10401         ifstream is {fn};
10402         Record r;
10403         is >> r;
10404         return r;
10405     }
10407     void use(const string& name)
10408     {
10409         Record r = load_record(name);
10410         // ... 200 lines of code ...
10411     }
10413 ##### Enforcement
10415 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10416 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10418 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10420 ##### Reason
10422 Readability.
10423 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10424 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10425 Minimize resource retention.
10427 ##### Example
10429     void use()
10430     {
10431         for (string s; cin >> s;)
10432             v.push_back(s);
10434         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10435             // ...
10436         }
10438         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10439             // ... deal with Circle ...
10440         }
10441         else {
10442             // ... handle error ...
10443         }
10444     }
10446 ##### Example, don't
10448     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10449     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10450         // ...
10451     }
10452     // j is still visible here and isn't needed
10454 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10456 ##### Enforcement
10458 * Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10459 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10461 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10462 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10464 ##### C++17 and C++20 example
10466 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10468     map<int, string> mymap;
10470     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10471         // insert succeeded, and result is valid for this block
10472         use(result.first);  // ok
10473         // ...
10474     } // result is destroyed here
10476 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10478 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10479 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10481 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and non-local names longer
10483 ##### Reason
10485 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10487 ##### Example
10489 Conventional short, local names increase readability:
10491     template<typename T>    // good
10492     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10493     {
10494         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10495             os << v[i] << '\n';
10496     }
10498 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
10500     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10501     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10502     {
10503         for (gsl::index current_element_index = 0;
10504              current_element_index < current_vector.size();
10505              ++current_element_index
10506         )
10507         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10508     }
10510 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10512 ##### Example
10514 Unconventional and short non-local names obscure code:
10516     void use1(const string& s)
10517     {
10518         // ...
10519         tt(s);   // bad: what is tt()?
10520         // ...
10521     }
10523 Better, give non-local entities readable names:
10525     void use1(const string& s)
10526     {
10527         // ...
10528         trim_tail(s);   // better
10529         // ...
10530     }
10532 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10534 ##### Example, bad
10536 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10538     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10539     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10540     // vi placing (name, index) pairs into out
10541     {
10542         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10543     }
10545 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10547 ##### Enforcement
10549 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10551 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10553 ##### Reason
10555 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10557 ##### Example, bad
10559     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10561 ##### Example, bad
10563 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.
10565     struct foo { int n; };
10566     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10567     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10569 ##### Exception
10571 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10573 ##### Enforcement
10575 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10576 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10578 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10580 ##### Reason
10582 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10584 ##### Example
10586     // somewhere in some header:
10587     #define NE !=
10589     // somewhere else in some other header:
10590     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10592     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10593     switch (direction) {
10594     case N:
10595         // ...
10596     case NE:
10597         // ...
10598     // ...
10599     }
10601 ##### Note
10603 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10605 ##### Enforcement
10607 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10609 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10611 ##### Reason
10613 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10614 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10615 comment.
10617 ##### Example, bad
10619     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10621 ##### Exception
10623 A function declaration can contain several function argument declarations.
10625 ##### Exception
10627 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10629     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10630     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10632 ##### Example
10634     template<class InputIterator, class Predicate>
10635     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10637 or better using concepts:
10639     bool any_of(input_iterator auto first, input_iterator auto last, predicate auto pred);
10641 ##### Example
10643     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10647     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10648         double x,     // base value
10649         int n         // exponent
10650     );
10654     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10655     double scalbn(double base, int exponent);
10657 ##### Example
10659     int a = 10, b = 11, c = 12, d, e = 14, f = 15;
10661 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10663 ##### Enforcement
10665 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10667 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10669 ##### Reason
10671 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10672 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10673 * In a function template declaration the return type can be a member type.
10675 ##### Example
10677 Consider:
10679     auto p = v.begin();      // vector<DataRecord>::iterator
10680     auto z1 = v[3];          // makes copy of DataRecord
10681     auto& z2 = v[3];         // avoids copy
10682     const auto& z3 = v[3];   // const and avoids copy
10683     auto h = t.future();
10684     auto q = make_unique<int[]>(s);
10685     auto f = [](int x) { return x + 10; };
10687 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10689 ##### Example
10691     template<class T>
10692     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10694 ##### Exception
10696 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10698 ##### Example
10700     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10701     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10703 ##### Note
10705 As of C++20, we can (and should) use concepts to be more specific about the type we are deducing:
10707     // ...
10708     forward_iterator auto p = algo(x, y, z);
10710 ##### Example (C++17)
10712     std::set<int> values;
10713     // ...
10714     auto [ position, newly_inserted ] = values.insert(5);   // break out the members of the std::pair
10716 ##### Enforcement
10718 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10720 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10722 ##### Reason
10724 It is easy to get confused about which variable is used.
10725 Can cause maintenance problems.
10727 ##### Example, bad
10729     int d = 0;
10730     // ...
10731     if (cond) {
10732         // ...
10733         d = 9;
10734         // ...
10735     }
10736     else {
10737         // ...
10738         int d = 7;
10739         // ...
10740         d = value_to_be_returned;
10741         // ...
10742     }
10744     return d;
10746 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10747 This is a known source of bugs.
10748 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10750 ##### Note
10752 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10754 ##### Example
10756 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10758     void f(int x)
10759     {
10760         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10762         if (x) {
10763             int x = 7;  // allowed, but bad
10764             // ...
10765         }
10766     }
10768 ##### Example, bad
10770 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10772     struct S {
10773         int m;
10774         void f(int x);
10775     };
10777     void S::f(int x)
10778     {
10779         m = 7;    // assign to member
10780         if (x) {
10781             int m = 9;
10782             // ...
10783             m = 99; // assign to local variable
10784             // ...
10785         }
10786     }
10788 ##### Exception
10790 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10792     struct B {
10793         void f(int);
10794     };
10796     struct D : B {
10797         void f(double);
10798         using B::f;
10799     };
10801 This is error-prone.
10802 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10804 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10806 ##### Enforcement
10808 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10809 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10810 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10811 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10813 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10815 ##### Reason
10817 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10818 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10819 Simplify refactoring.
10821 ##### Example
10823     void use(int arg)
10824     {
10825         int i;   // bad: uninitialized variable
10826         // ...
10827         i = 7;   // initialize i
10828     }
10830 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10832     void use(int arg)   // OK
10833     {
10834         int i = 7;   // OK: initialized
10835         string s;    // OK: default initialized
10836         // ...
10837     }
10839 ##### Note
10841 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10842 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10844 * It leads to less readable code
10845 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10846 * It leads to harder to read code
10847 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10848 * It hampers refactoring
10850 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10852 ##### Example
10854 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10856     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10857     widget j;
10859     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10860         i = f1();
10861         j = f2();
10862     }
10863     else {
10864         i = f3();
10865         j = f4();
10866     }
10868 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10869 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10870 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.
10872 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10874     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10875     {
10876         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4()};
10877     }
10879     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10881 If the `make_related_widgets` function is otherwise redundant,
10882 we can eliminate it by using a lambda [ES.28](#Res-lambda-init):
10884     auto [i, j] = [x] { return (x) ? pair{f1(), f2()} : pair{f3(), f4()} }();    // C++17
10886 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10888     widget i = uninit;  // bad
10889     widget j = uninit;
10891     // ...
10892     use(i);         // possibly used before set
10893     // ...
10895     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10896         i = f1();
10897         j = f2();
10898     }
10899     else {
10900         i = f3();
10901         j = f4();
10902     }
10904 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?
10906 ##### Note
10908 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10909 It has also been a major source of errors and complexity.
10910 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10912 ##### Example
10914 This rule covers member variables.
10916     class X {
10917     public:
10918         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10919         // ...
10921     private:
10922         int m1 = 7;
10923         int m2;
10924         int m3;
10926         const int cm1 = 7;
10927         const int cm2;
10928         const int cm3;
10929     };
10931 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10932 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10933 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10935 ##### Exception
10937 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10938 However, beware that this might leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10940     constexpr int max = 8 * 1024;
10941     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10942     f.read(buf, max);
10944 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10945 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10947     constexpr int max = 8 * 1024;
10948     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10949     f.read(buf, max);
10951 Because of the restrictive initialization rules for arrays and `std::array`, they offer the most compelling examples of the need for this exception.
10953 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10955     string s;   // s is default initialized to ""
10956     cin >> s;   // s expands to hold the string
10958 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10960     int i;   // bad
10961     // ...
10962     cin >> i;
10964 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.
10966     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10967     // ...
10968     cin >> i2;
10970 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10973 ##### Note
10975 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10977     error_code ec;
10978     Value v = [&] {
10979         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10980         ec = p.first;
10981         return p.second;
10982     }();
10984 or maybe:
10986     Value v = [] {
10987         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10988         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10989         return p.second;
10990     }();
10992 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10994 ##### Enforcement
10996 * Flag every uninitialized variable.
10997   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10998 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10999   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
11001 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
11003 ##### Reason
11005 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
11007 ##### Example
11009     int x = 7;
11010     // ... no use of x here ...
11011     ++x;
11013 ##### Enforcement
11015 Flag declarations that are distant from their first use.
11017 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
11019 ##### Reason
11021 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
11023 ##### Example, bad
11025     string s;
11026     // ... no use of s here ...
11027     s = "what a waste";
11029 ##### Example, bad
11031     SomeLargeType var;  // Hard-to-read CaMeLcAsEvArIaBlE
11033     if (cond)   // some non-trivial condition
11034         Set(&var);
11035     else if (cond2 || !cond3) {
11036         var = Set2(3.14);
11037     }
11038     else {
11039         var = 0;
11040         for (auto& e : something)
11041             var += e;
11042     }
11044     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
11046 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
11047 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
11048 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
11050 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
11052 ##### Enforcement
11054 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
11055 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
11057 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax
11059 ##### Reason
11061 Prefer `{}`. The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
11063 Use `=` only when you are sure that there can be no narrowing conversions. For built-in arithmetic types, use `=` only with `auto`.
11065 Avoid `()` initialization, which allows parsing ambiguities.
11067 ##### Example
11069     int x {f(99)};
11070     int y = x;
11071     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
11073 ##### Exception
11075 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
11077     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
11078     vector<int> v2{10};    // vector of 1 element with the value 10
11080     vector<int> v3(1, 2);  // vector of 1 element with the value 2
11081     vector<int> v4{1, 2};  // vector of 2 elements with the values 1 and 2
11083 ##### Note
11085 `{}`-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).
11087 ##### Example
11089     int x {7.9};   // error: narrowing
11090     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
11091     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
11093 ##### Note
11095 `{}` initialization can be used for nearly all initialization; other forms of initialization can't:
11097     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
11098     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
11099         // ...
11100     };
11101     X var {};   // initialize var to be empty
11102     struct S {
11103         int m {7};   // default initializer for a member
11104         // ...
11105     };
11107 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
11108 (though there unfortunately are a few irregularities left).
11110 ##### Note
11112 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
11113 The C++17 rules are somewhat less surprising:
11115     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
11116     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
11118     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
11119     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
11121 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
11123     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
11125 ##### Note
11127 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
11128 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
11129 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not. For example:
11131     struct Z { explicit Z() {} };
11133     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
11134     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
11136 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
11138 ##### Example
11140     template<typename T>
11141     void f()
11142     {
11143         T x1(1);    // T initialized with 1
11144         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
11146         T y1 {1};   // T initialized with 1
11147         T y0 {};    // default initialized T
11148         // ...
11149     }
11151 **See also**: [Discussion](#???)
11153 ##### Enforcement
11155 * Flag uses of `=` to initialize arithmetic types where narrowing occurs.
11156 * Flag uses of `()` initialization syntax that are actually declarations. (Many compilers should warn on this already.)
11158 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
11160 ##### Reason
11162 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
11163 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
11164 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
11166 ##### Example
11168     void use(bool leak)
11169     {
11170         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
11171         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
11172         // ... no assignment to p2 ...
11173         if (leak) return;
11174         // ... no assignment to p2 ...
11175         vector<int> v(7);
11176         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
11177         delete p2;                      // too late to prevent leaks
11178         // ...
11179     }
11181 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
11182 The same is the case when `at()` throws. In both cases, the `delete p2` statement is not reached.
11184 ##### Enforcement
11186 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that might return such pointers.
11188 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
11190 ##### Reason
11192 That way you can't change the value by mistake. That way might offer the compiler optimization opportunities.
11194 ##### Example
11196     void f(int n)
11197     {
11198         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
11199         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
11200         // ...
11201     }
11203 ##### Enforcement
11205 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
11206 not. Unfortunately, it might be impossible to detect when a non-`const` was not
11207 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
11209 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
11211 ##### Reason
11213 Readability and safety.
11215 ##### Example, bad
11217     void use()
11218     {
11219         int i;
11220         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
11221         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
11222     }
11224 ##### Note
11226 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.
11228     void write_to_file()
11229     {
11230         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
11231         for (auto& o : objects) {
11232             // First part of the work.
11233             generate_first_string(buffer, o);
11234             write_to_file(buffer);
11236             // Second part of the work.
11237             generate_second_string(buffer, o);
11238             write_to_file(buffer);
11240             // etc...
11241         }
11242     }
11244 ##### Enforcement
11246 Flag recycled variables.
11248 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
11250 ##### Reason
11252 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
11253 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
11255 ##### Example, bad
11257     const int n = 7;
11258     int m = 9;
11260     void f()
11261     {
11262         int a1[n];
11263         int a2[m];   // error: not ISO C++
11264         // ...
11265     }
11267 ##### Note
11269 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
11270 There is a lot of such code.
11271 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
11272 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
11273 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
11275 ##### Example
11277     const int n = 7;
11278     int m = 9;
11280     void f()
11281     {
11282         array<int, n> a1;
11283         stack_array<int> a2(m);
11284         // ...
11285     }
11287 ##### Enforcement
11289 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
11290 * Flag arrays with non-local constant bounds
11292 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
11294 ##### Reason
11296 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.
11298 ##### Example, bad
11300     widget x;   // should be const, but:
11301     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
11302         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11303     }                                        // needed to initialize x
11304     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
11306 ##### Example, good
11308     const widget x = [&] {
11309         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
11310         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
11311             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
11312         }                                          // needed to initialize x
11313         return val;
11314     }();
11316 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.
11318 ##### Enforcement
11320 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
11322 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
11324 ##### Reason
11326 Macros are a major source of bugs.
11327 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11328 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11329 Macros complicate tool building.
11331 ##### Example, bad
11333     #define Case break; case   /* BAD */
11335 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
11337 ##### Note
11339 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
11341 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
11343 ##### Note
11345 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
11346 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
11347 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
11348 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
11349 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
11351     #define CAT(a, b) a ## b
11352     #define STRINGIFY(a) #a
11354     void f(int x, int y)
11355     {
11356         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
11357         string sx2 = STRINGIFY(x);
11358         // ...
11359     }
11361 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
11363     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
11365     enum E { a, b };
11367     template<int x>
11368     constexpr const char* stringify()
11369     {
11370         switch (x) {
11371         case a: return "a";
11372         case b: return "b";
11373         }
11374     }
11376     void f(int x, int y)
11377     {
11378         string sx = stringify<x>();
11379         // ...
11380     }
11382 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
11384 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
11386 ##### Enforcement
11388 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11390 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
11392 ##### Reason
11394 Macros are a major source of bugs.
11395 Macros don't obey the usual scope and type rules.
11396 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
11397 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
11398 Macros complicate tool building.
11400 ##### Example, bad
11402     #define PI 3.14
11403     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11405 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11407     constexpr double pi = 3.14;
11408     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11410 ##### Enforcement
11412 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11414 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11416 ##### Reason
11418 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11420 ##### Example
11422     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11424     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11426 ##### Enforcement
11428 Scream when you see a lower case macro.
11430 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11432 ##### Reason
11434 Macros do not obey scope rules.
11436 ##### Example
11438     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11440     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11442 ##### Note
11444 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11445 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11446 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.
11448 ##### Enforcement
11450 Warn against short macro names.
11452 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11454 ##### Reason
11456 Not type safe.
11457 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11459 ##### Example
11461     #include <cstdarg>
11463     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11464     void error(int severity ...)
11465     {
11466         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11467         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11469         for (;;) {
11470             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11471             char* p = va_arg(ap, char*);
11472             if (!p) break;
11473             cerr << p << ' ';
11474         }
11476         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11478         cerr << '\n';
11479         if (severity) exit(severity);
11480     }
11482     void use()
11483     {
11484         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11485         error(7); // crash
11486         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11487         const char* is = "is";
11488         string an = "an";
11489         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11490     }
11492 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11494     #include <iostream>
11496     void error(int severity)
11497     {
11498         std::cerr << '\n';
11499         std::exit(severity);
11500     }
11502     template<typename T, typename... Ts>
11503     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11504     {
11505         std::cerr << head;
11506         error(severity, tail...);
11507     }
11509     void use()
11510     {
11511         error(7); // No crash!
11512         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11514         std::string an = "an";
11515         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11517         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11518     }
11521 ##### Note
11523 This is basically the way `printf` is implemented.
11525 ##### Enforcement
11527 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11528 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11531 ## ES.expr: Expressions
11533 Expressions manipulate values.
11535 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11537 ##### Reason
11539 Complicated expressions are error-prone.
11541 ##### Example
11543     // bad: assignment hidden in subexpression
11544     while ((c = getc()) != -1)
11546     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11547     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11549     // better, but possibly still too complicated
11550     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11552     // OK: if i and j are not aliased
11553     int x = ++i + ++j;
11555     // OK: if i != j and i != k
11556     v[i] = v[j] + v[k];
11558     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11559     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11561     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11562     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11564     // bad: undefined behavior
11565     x = x++ + x++ + ++x;
11567 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.
11569 ##### Note
11571 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11572 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11573 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11575 ##### Note
11577 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11579 ##### Example
11581     x = k * y + z;             // OK
11583     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11584     x = t1 + z;
11586     if (0 <= x && x < max)   // OK
11588     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11589     auto t2 = x < max;
11590     if (t1 && t2)            // ...
11592 ##### Enforcement
11594 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:
11596 * 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
11597 * writes to aliased variables
11598 * more than N operators (and what should N be?)
11599 * reliance of subtle precedence rules
11600 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11601 * implementation defined behavior?
11602 * ???
11604 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11606 ##### Reason
11608 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11610 ##### Example
11612     const unsigned int flag = 2;
11613     unsigned int a = flag;
11615     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11617 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.
11619     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11621 ##### Note
11623 You should know enough not to need parentheses for:
11625     if (a < 0 || a <= max) {
11626         // ...
11627     }
11629 ##### Enforcement
11631 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11632 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11633 * ???
11635 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11637 ##### Reason
11639 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11641 ##### Note
11643 Use `gsl::span` instead.
11644 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11645 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11646 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11647 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11649 ##### Example, bad
11651     void f(int* p, int count)
11652     {
11653         if (count < 2) return;
11655         int* q = p + 1;    // BAD
11657         ptrdiff_t d;
11658         int n;
11659         d = (p - &n);      // OK
11660         d = (q - p);       // OK
11662         int n = *p++;      // BAD
11664         if (count < 6) return;
11666         p[4] = 1;          // BAD
11668         p[count - 1] = 2;  // BAD
11670         use(&p[0], 3);     // BAD
11671     }
11673 ##### Example, good
11675     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11676     {
11677         if (a.size() < 2) return;
11679         int n = a[0];      // OK
11681         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11683         if (a.size() < 6) return;
11685         a[4] = 1;          // OK
11687         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11689         use(a.data(), 3);  // OK
11690     }
11692 ##### Note
11694 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11695 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11696 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11697 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11699 ##### Example, bad
11701     void f(array<int, 10> a, int pos)
11702     {
11703         a[pos / 2] = 1; // BAD
11704         a[pos - 1] = 2; // BAD
11705         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11706         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11707     }
11709 ##### Example, good
11711 Use a `span`:
11713     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11714     {
11715         a[pos / 2] = 1; // OK
11716         a[pos - 1] = 2; // OK
11717     }
11719     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11720     {
11721         span<int> a = {arr.data(), pos};
11722         a[pos / 2] = 1; // OK
11723         a[pos - 1] = 2; // OK
11724     }
11726 Use `at()`:
11728     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11729     {
11730         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11731         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11732     }
11734 ##### Example, bad
11736     void f()
11737     {
11738         int arr[COUNT];
11739         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11740             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11741     }
11743 ##### Example, good
11745 Use a `span`:
11747     void f1()
11748     {
11749         int arr[COUNT];
11750         span<int> av = arr;
11751         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11752             av[i] = i;
11753     }
11755 Use a `span` and range-`for`:
11757     void f1a()
11758     {
11759          int arr[COUNT];
11760          span<int, COUNT> av = arr;
11761          int i = 0;
11762          for (auto& e : av)
11763              e = i++;
11764     }
11766 Use `at()` for access:
11768     void f2()
11769     {
11770         int arr[COUNT];
11771         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11772             at(arr, i) = i;
11773     }
11775 Use a range-`for`:
11777     void f3()
11778     {
11779         int arr[COUNT];
11780         int i = 0;
11781         for (auto& e : arr)
11782              e = i++;
11783     }
11785 ##### Note
11787 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11789     static int a[10];
11791     void f(int i, int j)
11792     {
11793         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11794         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11795     }
11797 ##### Example
11799 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11801     void g(int* p);
11803     void f()
11804     {
11805         int a[5];
11806         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11807         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11808     }
11810 If you want to pass an array, say so:
11812     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11814     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11816     void f2()
11817     {
11818         int a[5];
11819         span<int> av = a;
11821         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11822         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11823     }
11825 ##### Enforcement
11827 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11828 * 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.
11829 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11831 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11834 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11836 ##### Reason
11838 You have no idea what such code does. Portability.
11839 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.
11841 ##### Note
11843 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11844 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11846 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.
11848 ##### Example
11850     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11852 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11854 ##### Enforcement
11856 Can be detected by a good analyzer.
11858 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11860 ##### Reason
11862 Because that order is unspecified.
11864 ##### Note
11866 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11868 ##### Example
11870     int i = 0;
11871     f(++i, ++i);
11873 Before C++17, the behavior is undefined, so the behavior could be anything (e.g., `f(2, 2)`).
11874 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.
11876 ##### Example
11878 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11880     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11881     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11883 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)
11885     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11887 ##### Enforcement
11889 Can be detected by a good analyzer.
11891 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11893 ##### Reason
11895 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11897 ##### Example
11899     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11900         cout << month[m] << '\n';
11902 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11904     // months are indexed 1..12
11905     constexpr int first_month = 1;
11906     constexpr int last_month = 12;
11908     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11909         cout << month[m] << '\n';
11911 Better still, don't expose constants:
11913     for (auto m : month)
11914         cout << m << '\n';
11916 ##### Enforcement
11918 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11920 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11922 ##### Reason
11924 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11926 ##### Example, bad
11928 A key example is basic narrowing:
11930     double d = 7.9;
11931     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11932     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11934     void f(int x, long y, double d)
11935     {
11936         char c1 = x;   // bad: narrowing
11937         char c2 = y;   // bad: narrowing
11938         char c3 = d;   // bad: narrowing
11939     }
11941 ##### Note
11943 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:
11945     i = gsl::narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11946     i = gsl::narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11948 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11950     double d = -7.9;
11951     unsigned u = 0;
11953     u = d;                               // bad: narrowing
11954     u = gsl::narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 4294967289
11955     u = gsl::narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11957 ##### Note
11959 This rule does not apply to [contextual conversions to bool](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#Contextual_conversions):
11961     if (ptr) do_something(*ptr);   // OK: ptr is used as a condition
11962     bool b = ptr;                  // bad: narrowing
11964 ##### Enforcement
11966 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11968 * Flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data).
11969 * Flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data).
11970 * Consider narrowing conversions for function arguments especially suspect.
11972 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11974 ##### Reason
11976 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11977 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11978 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11979 or `0`.
11981 ##### Example
11983 Consider:
11985     void f(int);
11986     void f(char*);
11987     f(0);         // call f(int)
11988     f(nullptr);   // call f(char*)
11990 ##### Enforcement
11992 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation might be helped by simple program transformation.
11994 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11996 ##### Reason
11998 Casts are a well-known source of errors and make some optimizations unreliable.
12000 ##### Example, bad
12002     double d = 2;
12003     auto p = (long*)&d;
12004     auto q = (long long*)&d;
12005     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12007 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
12009     2 0 4611686018427387904
12011 Adding
12013     *q = 666;
12014     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
12016 I got
12018     3.29048e-321 666 666
12020 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
12022 ##### Note
12024 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
12025 or that writing a cast makes the program "easier to read".
12026 In fact, they often disable the general rules for using values.
12027 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
12028 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
12030 ##### Notes
12032 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
12033 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
12034 are seriously overused as well as a major source of errors.
12036 If you feel the need for a lot of casts, there might be a fundamental design problem.
12038 The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast` and C-style casts.
12040 Never cast to `(void)` to ignore a `[[nodiscard]]`return value.
12041 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).
12042 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.
12044 ##### Alternatives
12046 Casts are widely (mis)used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
12048 * Use templates
12049 * Use `std::variant`
12050 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
12051 * Use `std::ignore =` to ignore `[[nodiscard]]` values.
12053 ##### Enforcement
12055 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12056 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12057 * Flag [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast).
12058 * Flag an explicit pointer cast that could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast).
12060 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
12062 ##### Reason
12064 Readability. Error avoidance.
12065 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
12067 The named casts are:
12069 * `static_cast`
12070 * `const_cast`
12071 * `reinterpret_cast`
12072 * `dynamic_cast`
12073 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
12074 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
12075 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12076 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12078 ##### Example
12080     class B { /* ... */ };
12081     class D { /* ... */ };
12083     template<typename D> D* upcast(B* pb)
12084     {
12085         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
12086         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
12087         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
12088         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
12089         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
12090         // ...
12091     }
12093 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
12094 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).
12096 ##### Note
12098 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
12099 `double` or from `int32` to `int64`), brace initialization might be used instead.
12101     double d {some_float};
12102     int64_t i {some_int32};
12104 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
12105 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
12106 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
12107 for example.)
12109 ##### Note
12111 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
12113     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
12116 ##### Enforcement
12118 * Flag all C-style casts, including to `void`.
12119 * Flag functional style casts using `Type(value)`. Use `Type{value}` instead which is not narrowing. (See [ES.64](#Res-construct).)
12120 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
12121 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
12123 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
12125 ##### Reason
12127 It makes a lie out of `const`.
12128 If the variable is actually declared `const`, modifying it results in undefined behavior.
12130 ##### Example, bad
12132     void f(const int& x)
12133     {
12134         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
12135     }
12137     static int i = 0;
12138     static const int j = 0;
12140     f(i); // silent side effect
12141     f(j); // undefined behavior
12143 ##### Example
12145 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:
12147     class Bar;
12149     class Foo {
12150     public:
12151         // BAD, duplicates logic
12152         Bar& get_bar()
12153         {
12154             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
12155         }
12157         const Bar& get_bar() const
12158         {
12159             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
12160         }
12161     private:
12162         Bar my_bar;
12163     };
12165 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`:
12167     class Foo {
12168     public:
12169         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
12170         Bar& get_bar()
12171         {
12172             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
12173         }
12174         const Bar& get_bar() const
12175         {
12176             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
12177         }
12178     private:
12179         Bar my_bar;
12180     };
12182 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.
12184 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:
12186     class Foo {
12187     public:                         // good
12188               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
12189         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
12190     private:
12191         Bar my_bar;
12193         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
12194         static auto& get_bar_impl(T& t)
12195             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
12196     };
12198 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.
12200 ##### Exception
12202 You might need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
12203 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
12205 ##### Example
12207 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
12208 Examples are caching, memoization, and precomputation.
12209 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
12211 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
12213     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
12215     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
12216     public:
12217         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
12218         void set(int x, int v);             // make y the value for x
12219         // ...
12220     private:
12221         // ...
12222     };
12224     class X {
12225     public:
12226         int get_val(int x)
12227         {
12228             auto p = cache.find(x);
12229             if (p.first) return p.second;
12230             int val = compute(x);
12231             cache.set(x, val); // insert value for x
12232             return val;
12233         }
12234         // ...
12235     private:
12236         Cache cache;
12237     };
12239 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
12240 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
12242     class X {   // Suspicious solution based on casting
12243     public:
12244         int get_val(int x) const
12245         {
12246             auto p = cache.find(x);
12247             if (p.first) return p.second;
12248             int val = compute(x);
12249             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
12250             return val;
12251         }
12252         // ...
12253     private:
12254         Cache cache;
12255     };
12257 Fortunately, there is a better solution:
12258 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
12260     class X {   // better solution
12261     public:
12262         int get_val(int x) const
12263         {
12264             auto p = cache.find(x);
12265             if (p.first) return p.second;
12266             int val = compute(x);
12267             cache.set(x, val);
12268             return val;
12269         }
12270         // ...
12271     private:
12272         mutable Cache cache;
12273     };
12275 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
12277     class X {   // OK, but slightly messier solution
12278     public:
12279         int get_val(int x) const
12280         {
12281             auto p = cache->find(x);
12282             if (p.first) return p.second;
12283             int val = compute(x);
12284             cache->set(x, val);
12285             return val;
12286         }
12287         // ...
12288     private:
12289         unique_ptr<Cache> cache;
12290     };
12292 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
12293 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
12295 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
12297 ##### Enforcement
12299 * Flag `const_cast`s.
12300 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
12302 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
12304 ##### Reason
12306 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
12308 ##### Example
12310     for (auto& x : v)      // print all elements of v
12311         cout << x << '\n';
12313     auto p = find(v, x);   // find x in v
12315 ##### Enforcement
12317 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
12319 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
12321 ##### Reason
12323 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
12325 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).
12327 ##### Notes
12329 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.
12331 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`.
12333 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.
12335 ##### Example, bad
12337     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
12339     void user()
12340     {
12341         X x;
12342         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
12343         sink(x);
12344         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
12345         sink(std::move(x));
12347         // ...
12349         // probably a mistake
12350         use(x);
12351     }
12353 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
12354 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.
12356     void f()
12357     {
12358         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
12360         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
12361         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
12363         // bad, if you want to keep using s1's value
12364         string s3 = move(s1);
12366         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
12367         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
12368     }
12370 ##### Example
12372     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
12374     void f()
12375     {
12376         auto w = make_unique<widget>();
12377         // ...
12378         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
12379         // ...
12380         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
12381     }
12383 ##### Notes
12385 `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.
12386 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.
12388 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
12389 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
12390 In general, don't complicate your code without reason (??).
12391 Never write `std::move()` on a const object, it is silently transformed into a copy (see Item 23 in [Meyers15](#Meyers15))
12393 ##### Example, bad
12395     vector<int> make_vector()
12396     {
12397         vector<int> result;
12398         // ... load result with data
12399         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
12400     }
12402 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
12403 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.
12406 ##### Example, bad
12408     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
12410 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
12411 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
12413 ##### Example
12415     void mover(X&& x)
12416     {
12417         call_something(std::move(x));         // ok
12418         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12419         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12420     }
12422     template<class T>
12423     void forwarder(T&& t)
12424     {
12425         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12426         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12427         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12428     }
12430 ##### Enforcement
12432 * 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.
12433 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12434 * Flag a `std::move`d 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.
12435 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12436 * 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.)
12437 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a non-template parameter type). Use `std::move` instead.
12438 * 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.)
12439 * 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.
12441 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12443 ##### Reason
12445 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12447 ##### Note
12449 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12451 ##### Example, bad
12453     void f(int n)
12454     {
12455         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12456         // ...
12457         delete[] p;
12458     }
12460 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12462 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12464 ##### Enforcement
12466 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12468 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12470 ##### Reason
12472 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12474 ##### Example, bad
12476     void f(int n)
12477     {
12478         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12479         // ...
12480         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12481     }
12483 ##### Note
12485 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12487 ##### Enforcement
12489 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12490 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12492 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12494 ##### Reason
12496 The result of doing so is undefined.
12498 ##### Example, bad
12500     void f()
12501     {
12502         int a1[7];
12503         int a2[9];
12504         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12505         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12506     }
12508 ##### Note
12510 This example has many more problems.
12512 ##### Enforcement
12516 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12518 ##### Reason
12520 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12521 the object was meant to be considered as a whole.
12522 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12524 ##### Example
12526     class Shape { /* ... */ };
12527     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12529     Circle c {{0, 0}, 42};
12530     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12531     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12533     void assign(const Shape& src, Shape& dest)
12534     {
12535         dest = src;
12536     }
12537     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12538     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12539     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12540                      // but this will likely return false
12542 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12543 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12545 ##### Alternative
12547 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12548 This saves readers from confusion.
12549 For example:
12551     class Smiley : public Circle {
12552         public:
12553         Circle copy_circle();
12554         // ...
12555     };
12557     Smiley sm { /* ... */ };
12558     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12559     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12561 ##### Enforcement
12563 Warn against slicing.
12565 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12567 ##### Reason
12569 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12570 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12571 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12572 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12574 ##### Example
12576 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12578     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12579     {
12580         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12581         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12582         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12583         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12585         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12586         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12587         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12588         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12590         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12591         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12592         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12593         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12594     }
12596 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12597 between platforms with different integer and pointer sizes.
12599 ##### Note
12601 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12603 ##### Note
12605 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12607     complex<double> f(complex<double>);
12609     auto z = f({2*pi, 1});
12611 ##### Note
12613 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12615 ##### Exception
12617 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12618 Consider:
12620     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12621     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12622     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12624 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12626     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12628 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12629 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12630 must be resolved.
12631 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12633 This mistake need not be repeated in new code.
12634 We can define a type to represent the number of elements:
12636     struct Count { int n; };
12638     template<typename T>
12639     class Vector {
12640     public:
12641         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12642         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12643         // ...
12644     };
12646     Vector<int> v1{10};
12647     Vector<int> v2{Count{10}};
12648     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12650 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12652 ##### Enforcement
12654 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12657 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12659 ##### Reason
12661 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12662 wrong results, or memory corruption.
12664 ##### Note
12666 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12667 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12668 This is a major part of the discussion of [C++'s model for type- and resource-safety](#Stroustrup15).
12670 **See also**:
12672 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12673 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12674 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12675 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12676 * Use [not_null](#Rf-nullptr) to catch unexpected `nullptr` early.
12677 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12680 ##### Example
12682     void f()
12683     {
12684         int x = 0;
12685         int* p = &x;
12687         if (condition()) {
12688             int y = 0;
12689             p = &y;
12690         } // invalidates p
12692         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12693     }
12695 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).
12697     void f1()
12698     {
12699         int x = 0;
12700         int* p = &x;
12702         int y = 0;
12703         if (condition()) {
12704             p = &y;
12705         }
12707         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12708     }
12710 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12712 ##### Example
12714     void f(int* p)
12715     {
12716         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12717     }
12719 There is a huge amount of such code.
12720 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12721 Consequently, this is also a major source of errors.
12722 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12724     void f1(int* p) // deal with nullptr
12725     {
12726         if (!p) {
12727             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12728         }
12729         int x = *p;
12730     }
12732 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12734 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12735 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12736 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12738 <!-- comment needed for code block after list -->
12739     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12740     {
12741         assert(p);
12742         int x = *p;
12743     }
12745 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12746 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12748     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12749         [[expects: p]]
12750     {
12751         int x = *p;
12752     }
12754 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12756     void f(not_null<int*> p)
12757     {
12758         int x = *p;
12759     }
12761 These remedies take care of `nullptr` only.
12762 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12764 ##### Example
12766     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12767     {
12768         delete p;
12769     }
12771     void g()        // old code: uses naked new
12772     {
12773         auto q = new int{7};
12774         f(q);
12775         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12776     }
12778 ##### Example
12780     void f()
12781     {
12782         vector<int> v(10);
12783         int* p = &v[5];
12784         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12785         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12786     }
12788 ##### Enforcement
12790 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12792 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12793 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by assigning a `nullptr`
12794 * Flag a dereference of a pointer that might have been invalidated by a `delete`
12795 * Flag a dereference to a pointer to a container element that might have been invalidated by dereference
12798 ## ES.stmt: Statements
12800 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12802 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12804 ##### Reason
12806 * Readability.
12807 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12808 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12810 ##### Example
12812     void use(int n)
12813     {
12814         switch (n) {   // good
12815         case 0:
12816             // ...
12817             break;
12818         case 7:
12819             // ...
12820             break;
12821         default:
12822             // ...
12823             break;
12824         }
12825     }
12827 rather than:
12829     void use2(int n)
12830     {
12831         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12832             // ...
12833         else if (n == 7)
12834             // ...
12835     }
12837 ##### Enforcement
12839 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12841 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12843 ##### Reason
12845 Readability. Error prevention. Efficiency.
12847 ##### Example
12849     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12850         cout << v[i] << '\n';
12852     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12853         cout << *p << '\n';
12855     for (auto& x : v)    // OK
12856         cout << x << '\n';
12858     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12859         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12861     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12862         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12864     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12865         if (i % 2 != 0)
12866             cout << v[i] << '\n'; // output odd elements
12867     }
12869 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.
12871 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12873 ##### Note
12875 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12877     for (string s : vs) // ...
12879 This will copy each element of `vs` into `s`. Better:
12881     for (string& s : vs) // ...
12883 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12885     for (const string& s : vs) // ...
12887 ##### Enforcement
12889 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.
12891 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12893 ##### Reason
12895 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12897 ##### Example
12899     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12900         // do work
12901     }
12903 ##### Example, bad
12905     int i = 0;
12906     while (i < vec.size()) {
12907         // do work
12908         i++;
12909     }
12911 ##### Enforcement
12915 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12917 ##### Reason
12919 Readability.
12921 ##### Example
12923     int events = 0;
12924     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12925         // ...
12926     }
12928 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12929 Better
12931     int events = 0;
12932     while (wait_for_event()) {      // better
12933         ++events;
12934         // ...
12935     }
12937 ##### Enforcement
12939 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12941 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12943 See [ES.6](#Res-cond)
12945 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12947 ##### Reason
12949 Readability, avoidance of errors.
12950 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12952 ##### Example
12954     int x;
12955     do {
12956         cin >> x;
12957         // ...
12958     } while (x < 0);
12960 ##### Note
12962 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12964 ##### Enforcement
12966 Flag `do`-statements.
12968 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12970 ##### Reason
12972 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12974 ##### Exception
12976 Breaking out of a nested loop.
12977 In that case, always jump forwards.
12979     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12980         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12981             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12982             // ...
12983         }
12984     finished:
12985     // ...
12987 ##### Example, bad
12989 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12991     void f()
12992     {
12993         // ...
12994             goto exit;
12995         // ...
12996             goto exit;
12997         // ...
12998     exit:
12999         // ... common cleanup code ...
13000     }
13002 This is an ad-hoc simulation of destructors.
13003 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
13004 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
13005 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
13007 ##### Enforcement
13009 * 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.
13011 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
13013 ##### Reason
13015  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
13017  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
13018  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
13020 ##### Example
13022     switch(x) {
13023     case 1 :
13024         while (/* some condition */) {
13025             // ...
13026         break;
13027         } // Oops! break switch or break while intended?
13028     case 2 :
13029         // ...
13030         break;
13031     }
13033 ##### Alternative
13035 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
13037     //Original code: break inside loop
13038     void use1()
13039     {
13040         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13041         T value;
13042         for (const T item : vec) {
13043             if (/* some condition*/) {
13044                 value = item;
13045                 break;
13046             }
13047         }
13048         /* then do something with value */
13049     }
13051     //BETTER: create a function and return inside loop
13052     T search(const std::vector<T> &vec)
13053     {
13054         for (const T &item : vec) {
13055             if (/* some condition*/) return item;
13056         }
13057         return T(); //default value
13058     }
13060     void use2()
13061     {
13062         std::vector<T> vec = {/* initialized with some values */};
13063         T value = search(vec);
13064         /* then do something with value */
13065     }
13067 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
13069     for (int item : vec) {  // BAD
13070         if (item%2 == 0) continue;
13071         if (item == 5) continue;
13072         if (item > 10) continue;
13073         /* do something with item */
13074     }
13076     for (int item : vec) {  // GOOD
13077         if (item%2 != 0 && item != 5 && item <= 10) {
13078             /* do something with item */
13079         }
13080     }
13082 ##### Note
13084 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):
13087 ##### Enforcement
13091 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Don't rely on implicit fallthrough in `switch` statements
13093 ##### Reason
13095 Always end a non-empty `case` with a `break`. Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
13096 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
13098 ##### Example
13100     switch (eventType) {
13101     case Information:
13102         update_status_bar();
13103         break;
13104     case Warning:
13105         write_event_log();
13106         // Bad - implicit fallthrough
13107     case Error:
13108         display_error_window();
13109         break;
13110     }
13112 Multiple case labels of a single statement is OK:
13114     switch (x) {
13115     case 'a':
13116     case 'b':
13117     case 'f':
13118         do_something(x);
13119         break;
13120     }
13122 Return statements in a case label are also OK:
13124     switch (x) {
13125     case 'a':
13126         return 1;
13127     case 'b':
13128         return 2;
13129     case 'c':
13130         return 3;
13131     }
13133 ##### Exceptions
13135 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
13137     switch (eventType) {
13138     case Information:
13139         update_status_bar();
13140         break;
13141     case Warning:
13142         write_event_log();
13143         [[fallthrough]];
13144     case Error:
13145         display_error_window();
13146         break;
13147     }
13149 ##### Note
13151 ##### Enforcement
13153 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
13156 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
13158 ##### Reason
13160  Code clarity.
13161  Improved opportunities for error detection.
13163 ##### Example
13165     enum E { a, b, c, d };
13167     void f1(E x)
13168     {
13169         switch (x) {
13170         case a:
13171             do_something();
13172             break;
13173         case b:
13174             do_something_else();
13175             break;
13176         default:
13177             take_the_default_action();
13178             break;
13179         }
13180     }
13182 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
13184 ##### Example
13186 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
13187 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
13189     void f2(E x)
13190     {
13191         switch (x) {
13192         case a:
13193             do_something();
13194             break;
13195         case b:
13196             do_something_else();
13197             break;
13198         default:
13199             // do nothing for the rest of the cases
13200             break;
13201         }
13202     }
13204 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler might reasonably assume that you intended to handle all cases:
13206     void f2(E x)
13207     {
13208         switch (x) {
13209         case a:
13210             do_something();
13211             break;
13212         case b:
13213         case c:
13214             do_something_else();
13215             break;
13216         }
13217     }
13219 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
13220 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
13221 switch over the enumerators.
13223 ##### Enforcement
13225 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
13226 This might yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
13227 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
13229 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
13231 ##### Reason
13233 There is no such thing.
13234 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.
13236 ##### Example, bad
13238     void f()
13239     {
13240         lock_guard<mutex>{mx};   // Bad
13241         // ...
13242     }
13244 This declares an unnamed `lock_guard` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
13245 This is not an uncommon mistake.
13246 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
13248 ##### Note
13250 Unnamed function arguments are fine.
13252 ##### Enforcement
13254 Flag statements that are just a temporary.
13256 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
13258 ##### Reason
13260 Readability.
13262 ##### Example
13264     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
13265     v[i] = f(v[i]);
13267     for (auto x : v) {           // better
13268         // nothing
13269     }
13270     v[i] = f(v[i]);
13272 ##### Enforcement
13274 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
13276 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
13278 ##### Reason
13280 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.
13282 ##### Example
13284     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13285         // no updates to i -- ok
13286     }
13288     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13289         //
13290         if (/* something */) ++i; // BAD
13291         //
13292     }
13294     bool skip = false;
13295     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
13296         if (skip) { skip = false; continue; }
13297         //
13298         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
13299         //
13300     }
13302 ##### Enforcement
13304 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
13307 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
13309 ##### Reason
13311 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
13312 Helps make style consistent and conventional.
13314 ##### Example
13316 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
13317 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
13319     // These all mean "if p is not nullptr"
13320     if (p) { ... }            // good
13321     if (p != 0) { ... }       // redundant !=0, bad: don't use 0 for pointers
13322     if (p != nullptr) { ... } // redundant !=nullptr, not recommended
13324 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
13325 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
13327 ##### Example
13329 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
13331     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
13333     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
13335 ##### Example
13337 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
13338 For example:
13340     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
13342 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
13344 ##### Note
13346 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
13347 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
13348 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
13349 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
13351     void f(int i)
13352     {
13353         if (i)            // suspect
13354         // ...
13355         if (i == success) // possibly better
13356         // ...
13357     }
13359 Always remember that an integer can have more than two values.
13361 ##### Example, bad
13363 It has been noted that
13365     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13367 is a common beginners error.
13368 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
13369 Being verbose and writing
13371     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
13373 would not in itself save you.
13375 ##### Note
13377 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
13379     // These all mean "if p is nullptr"
13380     if (!p) { ... }           // good
13381     if (p == 0) { ... }       // redundant == 0, bad: don't use 0 for pointers
13382     if (p == nullptr) { ... } // redundant == nullptr, not recommended
13384 ##### Enforcement
13386 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
13390 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
13392 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
13394 ##### Reason
13396 Avoid wrong results.
13398 ##### Example
13400     int x = -3;
13401     unsigned int y = 7;
13403     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
13404     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
13405     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
13407 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
13409 ##### Note
13411 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
13412 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13414 ##### Enforcement
13416 * Compilers already know and sometimes warn.
13417 * (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`.
13420 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
13422 ##### Reason
13424 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
13426 ##### Example
13428     unsigned char x = 0b1010'1010;
13429     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
13431 ##### Note
13433 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
13434 However, if you want modulo arithmetic add
13435 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
13436 can be surprising for many programmers.
13438 ##### Enforcement
13440 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
13441 * ???
13443 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
13445 ##### Reason
13447 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13448 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13450 ##### Example
13452 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13453 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13455     template<typename T, typename T2>
13456     T subtract(T x, T2 y)
13457     {
13458         return x - y;
13459     }
13461     void test()
13462     {
13463         int s = 5;
13464         unsigned int us = 5;
13465         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13466         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13467         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13468         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13469         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13470         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13471     }
13473 Here we have been very explicit about what's happening,
13474 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`?
13476 ##### Exception
13478 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13479 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13480 is going to be surprising for many programmers.
13482 ##### Example
13484 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13485 The built-in array uses signed types for subscripts.
13486 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13488     int a[10];
13489     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13490     vector<int> v(10);
13491     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13492     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13494     int a2[-2];         // error: negative size
13496     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13497     vector<int> v2(-2);
13499  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13501 ##### Enforcement
13503 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13504 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13505 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13506 * (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`.
13509 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13511 ##### Reason
13513 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13514 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13516 ##### Example, bad
13518     int a[10];
13519     a[10] = 7;   // bad, array bounds overflow
13521     for (int n = 0; n <= 10; ++n)
13522         a[n] = 9;   // bad, array bounds overflow
13524 ##### Example, bad
13526     int n = numeric_limits<int>::max();
13527     int m = n + 1;   // bad, numeric overflow
13529 ##### Example, bad
13531     int area(int h, int w) { return h * w; }
13533     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad, numeric overflow
13535 ##### Exception
13537 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13539 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13541 ##### Enforcement
13545 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13547 ##### Reason
13549 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13551 ##### Example, bad
13553     int a[10];
13554     a[-2] = 7;   // bad
13556     int n = 101;
13557     while (n--)
13558         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13560 ##### Exception
13562 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13564 ##### Enforcement
13568 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by integer zero
13570 ##### Reason
13572 The result is undefined and probably a crash.
13574 ##### Note
13576 This also applies to `%`.
13578 ##### Example, bad
13580     int divide(int a, int b)
13581     {
13582         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13583         return a / b;
13584     }
13586 ##### Example, good
13588     int divide(int a, int b)
13589     {
13590         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13591         Expects(b != 0);
13592         return a / b;
13593     }
13595     double divide(double a, double b)
13596     {
13597         // good, address via using double instead
13598         return a / b;
13599     }
13601 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13603 ##### Enforcement
13605 * Flag division by an integral value that could be zero
13608 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13610 ##### Reason
13612 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13613 can suppress warnings related to overflow,
13614 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13615 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13617 ##### Example
13619     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13620     int i1 = -2;
13621     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13622     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13624 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13625 Consider:
13627     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13628     // ...
13629     int height;
13630     cin >> height;
13631     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13633 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13634 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13636 ##### Example
13638     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13639     unsigned short x = 100;
13640     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13642 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13644 ##### Alternatives
13646 * use signed integers and check for `x >= 0`
13647 * use a positive integer type
13648 * use an integer subrange type
13649 * `Assert(-1 < x)`
13651 For example
13653     struct Positive {
13654         int val;
13655         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13656         operator int() { return val; }
13657     };
13659     int f(Positive arg) { return arg; }
13661     int r1 = f(2);
13662     int r2 = f(-2);  // throws
13664 ##### Note
13668 ##### Enforcement
13670 See ES.100 Enforcements.
13673 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13675 ##### Reason
13677 To avoid signed/unsigned confusion.
13678 To enable better optimization.
13679 To enable better error detection.
13680 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13682 ##### Example, bad
13684     vector<int> vec = /*...*/;
13686     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // might not be big enough
13687         cout << vec[i] << '\n';
13688     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13689         cout << vec[i] << '\n';
13690     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // might not be big enough
13691         cout << vec[i] << '\n';
13692     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13693         cout << vec[i] << '\n';
13694     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13695         cout << vec[i] << '\n';
13696     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // might not be big enough
13697         cout << vec[i] << '\n';
13699 ##### Example, good
13701     vector<int> vec = /*...*/;
13703     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13704         cout << vec[i] << '\n';
13705     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13706         cout << vec[i] << '\n';
13708 ##### Note
13710 The built-in array allows signed subscripts.
13711 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13712 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).
13713 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`.
13715 ##### Example
13717     template<typename T>
13718     struct My_container {
13719     public:
13720         // ...
13721         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13722         // ...
13723     };
13725 ##### Example
13727     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13729 ##### Alternatives
13731 Alternatives for users
13733 * use algorithms
13734 * use range-for
13735 * use iterators/pointers
13737 ##### Enforcement
13739 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13740 * (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`.
13745 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13747 ??? should this section be in the main guide???
13749 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13750 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.
13751 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13752 Do not naïvely try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13754 Performance rule summary:
13756 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13757 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13758 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13759 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13760 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13761 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13762 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13763 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13764 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13765 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13766 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13767 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13768 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13769 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13770 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13771 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13772 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13773 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13775 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13777 ##### Reason
13779 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13781 ##### Note
13783 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13787 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13789 ##### Reason
13791 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13795 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13797 ##### Reason
13799 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13801 ##### Note
13803 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13805 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13806 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13807 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13808 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13809 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13811 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13813 ##### Reason
13815 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13817 ##### Example, good
13819     // clear expression of intent, fast execution
13821     vector<uint8_t> v(100000);
13823     for (auto& c : v)
13824         c = ~c;
13826 ##### Example, bad
13828     // intended to be faster, but is often slower
13830     vector<uint8_t> v(100000);
13832     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t)) {
13833         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13834         quad_word = ~quad_word;
13835     }
13837 ##### Note
13843 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13845 ##### Reason
13847 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13849 ##### Note
13855 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13857 ##### Reason
13859 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13860 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13862 ##### Note
13864 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13866 ##### Note
13868 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13869 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13870 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13871 Often, you will be surprised.
13875 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13877 ##### Reason
13879 Because we often need to optimize the initial design.
13880 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13882 ##### Example
13884 From the C (and C++) standard:
13886     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13888 When did you even want to sort memory?
13889 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13890 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13891 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13892 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13894     double data[100];
13895     // ... fill a ...
13897     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13898     // address data using the order defined by compare_doubles
13899     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13901 From the point of view of interface design, `qsort` throws away useful information.
13903 We can do better (in C++98)
13905     template<typename Iter>
13906         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13908     sort(data, data + 100);
13910 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13912 With C++20, we can do better still
13914     // sortable specifies that c must be a
13915     // random-access sequence of elements comparable with <
13916     void sort(sortable auto& c);
13918     sort(c);
13920 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13921 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13922 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13923 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criterion:
13925     // compare elements of c using r
13926     template<random_access_range R, class C> requires sortable<R, C>
13927     void sort(R&& r, C c);
13929 The standard-library specification of `sort` offers those two versions, and more.
13931 ##### Note
13933 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13934 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13935 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13936 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13938 * Information passing:
13939 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13940 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13941 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13942 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13943 * Function argument passing and return:
13944 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13945 Don't impose a resource management burden on your users.
13946 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13947 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13948 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13949 * Abstraction:
13950 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13951 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13952 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13953 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13954 The ideal is zero-overhead generalization.
13955 * Libraries:
13956 Use libraries with good interfaces.
13957 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13958 The [standard library](#sl-the-standard-library) is a good first place to look for inspiration.
13959 * Isolation:
13960 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13961 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13962 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13964 ##### Example
13966 Consider:
13968     template<class ForwardIterator, class T>
13969     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13971 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13972 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13974 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13975 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13977     template<class ForwardIterator, class T>
13978     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13980 `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.
13982 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13984     template<class ForwardIterator, class T>
13985     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13986     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13988 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13990     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13991     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13992         cout << *p << '\n';
13994 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13995 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13996 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13997 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13998 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
14000 ##### Note
14002 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
14003 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
14005 ##### Note
14007 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
14008 High-level code isn't necessarily slow or bloated.
14010 ##### Note
14012 Things have costs.
14013 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
14014 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
14015 For example, have a rough idea of the cost of
14016 a memory access,
14017 a function call,
14018 a string comparison,
14019 a system call,
14020 a disk access,
14021 and a message through a network.
14023 ##### Note
14025 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
14026 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
14027 One question that can be useful is
14028 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
14030 ##### Note
14032 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
14033 It complements it, encouraging developers to enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
14035 ##### Enforcement
14037 Tricky.
14038 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
14040 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
14042 ##### Reason
14044 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.
14048 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
14050 ##### Reason
14052 To decrease code size and run time.
14053 To avoid data races by using constants.
14054 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
14056 ##### Example
14058     double square(double d) { return d*d; }
14059     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
14061     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
14062     {
14063             double m = 1;
14064             while (n--) m *= d;
14065             return m;
14066     }
14067     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
14069 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
14070 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
14072 * we suffer the overhead of a function call at run time
14073 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
14075 Note: you can't have a data race on a constant.
14077 ##### Example
14079 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
14081     constexpr int on_stack_max = 20;
14083     template<typename T>
14084     struct Scoped {     // store a T in Scoped
14085             // ...
14086         T obj;
14087     };
14089     template<typename T>
14090     struct On_heap {    // store a T on the free store
14091             // ...
14092             T* objp;
14093     };
14095     template<typename T>
14096     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
14097                         Scoped<T>,      // first alternative
14098                         On_heap<T>      // second alternative
14099                    >::type;
14101     void f()
14102     {
14103         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
14104         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
14105         // ...
14106     }
14108 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
14109 Here we compute the optimal type to use at compile time.
14110 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
14112 ##### Note
14114 The ideal is *not* to try to execute everything at compile time.
14115 Obviously, most computations depend on inputs, so they can't be moved to compile time,
14116 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
14117 and complicate debugging.
14118 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
14119 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.
14121 ##### Enforcement
14123 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
14124 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
14125 * Look for macros that could be constexpr.
14127 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
14131 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
14135 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
14139 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
14143 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
14145 ##### Reason
14147 Performance is typically dominated by memory access times.
14151 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
14155 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
14157 ##### Reason
14159 Performance is typically dominated by memory access times.
14163 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
14165 ##### Reason
14167 Performance is very sensitive to cache performance, and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
14169 ##### Example
14171     int matrix[rows][cols];
14173     // bad
14174     for (int c = 0; c < cols; ++c)
14175         for (int r = 0; r < rows; ++r)
14176             sum += matrix[r][c];
14178     // good
14179     for (int r = 0; r < rows; ++r)
14180         for (int c = 0; c < cols; ++c)
14181             sum += matrix[r][c];
14183 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
14187 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
14189 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
14190 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)
14191 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
14192 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
14194 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
14195 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
14196 the same memory. Concurrent programming is tricky,
14197 because protecting shared data between threads is easier said than done.
14198 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
14199 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
14200 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
14201 in a thread-friendly way.
14203 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
14204 in mind:
14206 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
14207   environment
14208 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
14209   standard library
14210 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
14211   the performance gains needed
14213 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
14214 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
14215 them, and there is much interest in making the writing of
14216 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
14217 guidance here to change significantly over time.
14219 This section needs a lot of work (obviously).
14220 Please note that we start with rules for relative non-experts.
14221 Real experts must wait a bit;
14222 contributions are welcome,
14223 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
14225 Concurrency and parallelism rule summary:
14227 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
14228 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
14229 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
14230 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
14231 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
14232 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
14234 **See also**:
14236 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
14237 * [CP.coro: Coroutines](#SScp-coro)
14238 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
14239 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
14240 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
14241 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
14242 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
14244 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
14246 ##### Reason
14248 It's hard to be certain that concurrency isn't used now or won't be used sometime in the future.
14249 Code gets reused.
14250 Libraries not using threads might be used from some other part of a program that does use threads.
14251 Note that this rule applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
14252 However, over time, code fragments can turn up in unexpected places.
14254 ##### Example, bad
14256     double cached_computation(int x)
14257     {
14258         // bad: these statics cause data races in multi-threaded usage
14259         static int cached_x = 0.0;
14260         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14262         if (cached_x != x) {
14263             cached_x = x;
14264             cached_result = computation(x);
14265         }
14266         return cached_result;
14267     }
14269 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.
14271 ##### Example, good
14273     struct ComputationCache {
14274         int cached_x = 0;
14275         double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
14277         double compute(int x) {
14278             if (cached_x != x) {
14279                 cached_x = x;
14280                 cached_result = computation(x);
14281             }
14282             return cached_result;
14283         }
14284     };
14286 Here the cache is stored as member data of a `ComputationCache` object, rather than as shared static state.
14287 This refactoring essentially delegates the concern upward to the caller: a single-threaded program
14288 might still choose to have one global `ComputationCache`, while a multi-threaded program might
14289 have one `ComputationCache` instance per thread, or one per "context" for any definition of "context."
14290 The refactored function no longer attempts to manage the allocation of `cached_x`. In that sense,
14291 this is an application of the Single Responsibility Principle.
14293 In this specific example, refactoring for thread-safety also improved reusability in single-threaded
14294 programs. It's not hard to imagine that a single-threaded program might want two `ComputationCache` instances
14295 for use in different parts of the program, without having them overwrite each other's cached data.
14297 There are several other ways one might add thread-safety to code written for a standard multi-threaded environment
14298 (that is, one where the only form of concurrency is `std::thread`):
14300 * Mark the state variables as `thread_local` instead of `static`.
14301 * Implement concurrency control, for example, protecting access to the two `static` variables with a `static std::mutex`.
14302 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
14303 * Provide two implementations: one for single-threaded environments and another for multi-threaded environments.
14305 ##### Exception
14307 Code that is never run in a multi-threaded environment.
14309 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
14310 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
14311 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
14312 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.
14314 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
14316 ##### Reason
14318 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
14320 ##### Note
14322 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.
14323 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)).
14325 ##### Example, bad
14327 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
14328 production software at this very moment. One very simple example:
14330     int get_id()
14331     {
14332       static int id = 1;
14333       return id++;
14334     }
14336 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
14337 including:
14339 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
14340   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
14341   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
14342   `id` plus one.
14343 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
14344   same ID.
14346 Local static variables are a common source of data races.
14348 ##### Example, bad:
14350     void f(fstream& fs, regex pattern)
14351     {
14352         array<double, max> buf;
14353         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
14354         gsl::span<double> s {buf};
14355         // ...
14356         auto h1 = async([&] { sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
14357         // ...
14358         auto h2 = async([&] { return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
14359         // ...
14360     }
14362 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
14363 All data races are nasty.
14364 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
14365 Not all data races are as easy to spot as this one.
14367 ##### Example, bad:
14369     // code not controlled by a lock
14371     unsigned val;
14373     if (val < 5) {
14374         // ... other thread can change val here ...
14375         switch (val) {
14376         case 0: // ...
14377         case 1: // ...
14378         case 2: // ...
14379         case 3: // ...
14380         case 4: // ...
14381         }
14382     }
14384 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
14385 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.
14386 Really, "all bets are off" if you get a data race.
14387 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;
14388 this can be a security risk.
14390 ##### Enforcement
14392 Some is possible, do at least something.
14393 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
14394 but be aware that solutions have costs and blind spots.
14395 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
14396 We hope for better tools.
14397 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
14399 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
14401 * Avoid global data
14402 * Avoid `static` variables
14403 * More use of concrete types on the stack (and don't pass pointers around too much)
14404 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
14406 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
14408 ##### Reason
14410 If you don't share writable data, you can't have a data race.
14411 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
14412 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
14414 ##### Example
14416     bool validate(const vector<Reading>&);
14417     Graph<Temp_node> temperature_gradients(const vector<Reading>&);
14418     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
14419     // ...
14421     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
14422     {
14423         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
14424         auto h2 = async([&] { return temperature_gradients(surface_readings); });
14425         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
14426         // ...
14427         h1.get();
14428         auto v2 = h2.get();
14429         auto v3 = h3.get();
14430         // ...
14431     }
14433 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
14434 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
14436 ##### Note
14438 Immutable data can be safely and efficiently shared.
14439 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
14440 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
14442 ##### Enforcement
14447 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
14449 ##### Reason
14451 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
14452 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
14453 Application concepts are easier to reason about.
14455 ##### Example
14457     void some_fun(const std::string& msg)
14458     {
14459         std::thread publisher([=] { std::cout << msg; });      // bad: less expressive
14460                                                                //      and more error-prone
14461         auto pubtask = std::async([=] { std::cout << msg; });  // OK
14462         // ...
14463         publisher.join();
14464     }
14466 ##### Note
14468 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
14469 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
14470 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possible, built on top of standard-library facilities).
14472 ##### Enforcement
14476 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14478 ##### Reason
14480 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14481 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14482 It simply has nothing to do with concurrency.
14484 ##### Example, bad:
14486     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14488     Pool* use()
14489     {
14490         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14491     }
14493 Here we have a problem:
14494 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14495 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14496 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages might try to fix it like this:
14498     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14500     Pool* use()
14501     {
14502         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14503     }
14505 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14507 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14509     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14511     Pool* use()
14512     {
14513         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14514     }
14516 Now the `--` operation is atomic,
14517 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14519 ##### Alternative
14521 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14522 Use a `mutex` for more complicated examples.
14524 ##### See also
14526 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14528 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14530 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14531 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14532 than they are at finding errors in sequential code.
14533 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption, deadlocks, and security vulnerabilities.
14535 ##### Example
14537     ???
14539 ##### Note
14541 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14542 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14543 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14544 but we can mention:
14546 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14547 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14548 have some support for static annotation of thread safety properties.
14549 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14550 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14551 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14552 cases that should have been caught but were allowed.
14554 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14555 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14556 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14557 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14558 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unit tests that operate on multiple threads.
14559 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14560 but it can only identify races seen in a given execution.
14562 ##### Enforcement
14564 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular application.
14566 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14568 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14570 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14571 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14572 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14573 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14575 Concurrency rule summary:
14577 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14578 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14579 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14580 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14581 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14582 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14583 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14584 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14585 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14586 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14587 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14588 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14589 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14590 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14591 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14592 * ??? when to use a spinlock
14593 * ??? when to use `try_lock()`
14594 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14595 * ??? Time multiplexing
14596 * ??? when/how to use `new thread`
14598 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14600 ##### Reason
14602 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14604 ##### Example, bad
14606     mutex mtx;
14608     void do_stuff()
14609     {
14610         mtx.lock();
14611         // ... do stuff ...
14612         mtx.unlock();
14613     }
14615 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14617     mutex mtx;
14619     void do_stuff()
14620     {
14621         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14622         // ... do stuff ...
14623     }
14625 ##### Enforcement
14627 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14630 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14632 ##### Reason
14634 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14636 ##### Example
14638 This is asking for deadlock:
14640     // thread 1
14641     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14642     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14644     // thread 2
14645     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14646     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14648 Instead, use `lock()`:
14650     // thread 1
14651     lock(m1, m2);
14652     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14653     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14655     // thread 2
14656     lock(m2, m1);
14657     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14658     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14660 or (better, but C++17 only):
14662     // thread 1
14663     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14665     // thread 2
14666     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14668 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14670 ##### Note
14672 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14673 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14675 ##### Note
14677 In C++17 it's possible to write plain
14679     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14681 and have the `mutex` type deduced.
14683 ##### Enforcement
14685 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14686 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14689 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14691 ##### Reason
14693 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14695 ##### Example
14697     void do_this(Foo* p)
14698     {
14699         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14700         // ... do something ...
14701         p->act(my_data);
14702         // ...
14703     }
14705 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),
14706 it might call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14707 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14709 ##### Example
14711 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.
14712 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14714     recursive_mutex my_mutex;
14716     template<typename Action>
14717     void do_something(Action f)
14718     {
14719         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14720         // ... do something ...
14721         f(this);    // f will do something to *this
14722         // ...
14723     }
14725 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14727 ##### Enforcement
14729 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14730 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14733 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14735 ##### Reason
14737 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14738 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14740 ##### Example
14742     void f(int* p)
14743     {
14744         // ...
14745         *p = 99;
14746         // ...
14747     }
14748     int glob = 33;
14750     void some_fct(int* p)
14751     {
14752         int x = 77;
14753         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14754         joining_thread t1(f, p);            // OK
14755         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14756         auto q = make_unique<int>(99);
14757         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14758         // ...
14759     }
14761 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14762 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14763 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14764 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14766 ##### Enforcement
14768 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14769 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14771 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14773 ##### Reason
14775 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14776 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14778 ##### Example
14780     void f(int* p)
14781     {
14782         // ...
14783         *p = 99;
14784         // ...
14785     }
14787     int glob = 33;
14789     void some_fct(int* p)
14790     {
14791         int x = 77;
14792         std::thread t0(f, &x);           // bad
14793         std::thread t1(f, p);            // bad
14794         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14795         auto q = make_unique<int>(99);
14796         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14797         // ...
14798         t0.detach();
14799         t1.detach();
14800         t2.detach();
14801         t3.detach();
14802         // ...
14803     }
14805 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14806 By "bad" we mean that a `thread` might use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14807 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14808 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14810 ##### Note
14812 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14813 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14814 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14816 ##### Note
14818 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14819 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14820 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14823 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14824 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;
14825 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14827 ##### Enforcement
14829 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14831 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14833 ##### Reason
14835 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14836 Detached threads are hard to monitor.
14837 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads).
14839 ##### Example, bad
14841     void f() { std::cout << "Hello "; }
14843     struct F {
14844         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14845     };
14847     int main()
14848     {
14849         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14850         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14851     }  // spot the bugs
14853 ##### Example
14855     void f() { std::cout << "Hello "; }
14857     struct F {
14858         void operator()() const { std::cout << "parallel world "; }
14859     };
14861     int main()
14862     {
14863         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14864         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14866         t1.join();
14867         t2.join();
14868     }  // one bad bug left
14870 ##### Note
14872 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14873 [Don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14875 ##### Note
14877 Because of old code and third party libraries using `std::thread`, this rule can be hard to introduce.
14879 ##### Enforcement
14881 Flag uses of `std::thread`:
14883 * Suggest use of `gsl::joining_thread` or C++20 `std::jthread`.
14884 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14885 * Warn if it is not obvious whether a thread joins or detaches.
14887 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14889 ##### Reason
14891 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14892 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14893 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14895 ##### Example
14897     void heartbeat();
14899     void use()
14900     {
14901         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14902         t.detach();
14903         // ...
14904     }
14906 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14907 There are problems, though.
14908 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14909 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14910 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14911 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14913 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14914 For example:
14916     void heartbeat();
14918     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14920 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14922 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14924     void heartbeat();
14926     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14928     void use()
14929     {
14930         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14931         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14932         // ...
14933     }
14935 #### Enforcement
14937 Flag `detach()`.
14940 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14942 ##### Reason
14944 A small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14945 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14947 ##### Note
14949 Defining "small amount" precisely is impossible.
14951 ##### Example
14953     string modify1(string);
14954     void modify2(string&);
14956     void fct(string& s)
14957     {
14958         auto res = async(modify1, s);
14959         async(modify2, s);
14960     }
14962 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14963 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14964 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14965 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14966 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14967 is probably not a good idea.
14969 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14970 message passing or shared memory.
14972 ##### Enforcement
14977 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14979 ##### Reason
14981 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14982 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14983 safe way to ensure proper deletion.
14985 ##### Example
14987     ???
14989 ##### Note
14991 * 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.
14992 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14993 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14995 ##### Enforcement
15000 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
15002 ##### Reason
15004 Context switches are expensive.
15006 ##### Example
15008     ???
15010 ##### Enforcement
15015 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
15017 ##### Reason
15019 Thread creation is expensive.
15021 ##### Example
15023     void worker(Message m)
15024     {
15025         // process
15026     }
15028     void dispatcher(istream& is)
15029     {
15030         for (Message m; is >> m; )
15031             run_list.push_back(new thread(worker, m));
15032     }
15034 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
15036 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
15038     Sync_queue<Message> work;
15040     void dispatcher(istream& is)
15041     {
15042         for (Message m; is >> m; )
15043             work.put(m);
15044     }
15046     void worker()
15047     {
15048         for (Message m; m = work.get(); ) {
15049             // process
15050         }
15051     }
15053     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
15054     {
15055         joining_thread w1 {worker};
15056         joining_thread w2 {worker};
15057         joining_thread w3 {worker};
15058         joining_thread w4 {worker};
15059     }
15061 ##### Note
15063 If your system has a good thread pool, use it.
15064 If your system has a good message queue, use it.
15066 ##### Enforcement
15071 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
15073 ##### Reason
15075 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
15077 ##### Example, bad
15079     std::condition_variable cv;
15080     std::mutex mx;
15082     void thread1()
15083     {
15084         while (true) {
15085             // do some work ...
15086             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15087             cv.notify_one();    // wake other thread
15088         }
15089     }
15091     void thread2()
15092     {
15093         while (true) {
15094             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
15095             cv.wait(lock);    // might block forever
15096             // do work ...
15097         }
15098     }
15100 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
15102 ##### Example
15104     template<typename T>
15105     class Sync_queue {
15106     public:
15107         void put(const T& val);
15108         void put(T&& val);
15109         void get(T& val);
15110     private:
15111         mutex mtx;
15112         condition_variable cond;    // this controls access
15113         list<T> q;
15114     };
15116     template<typename T>
15117     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
15118     {
15119         lock_guard<mutex> lck(mtx);
15120         q.push_back(val);
15121         cond.notify_one();
15122     }
15124     template<typename T>
15125     void Sync_queue<T>::get(T& val)
15126     {
15127         unique_lock<mutex> lck(mtx);
15128         cond.wait(lck, [this] { return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
15129         val = q.front();
15130         q.pop_front();
15131     }
15133 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
15134 it will immediately go back to sleep, waiting.
15136 ##### Enforcement
15138 Flag all `wait`s without conditions.
15141 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
15143 ##### Reason
15145 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
15146 and `thread` suspension and resumption are expensive.
15148 ##### Example
15150     void do_something() // bad
15151     {
15152         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15153         do0();  // preparation: does not need lock
15154         do1();  // transaction: needs locking
15155         do2();  // cleanup: does not need locking
15156     }
15158 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
15159 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
15160 We could rewrite this to
15162     void do_something() // bad
15163     {
15164         do0();  // preparation: does not need lock
15165         my_lock.lock();
15166         do1();  // transaction: needs locking
15167         my_lock.unlock();
15168         do2();  // cleanup: does not need locking
15169     }
15171 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
15172 Instead, add a block for the critical section:
15174     void do_something() // OK
15175     {
15176         do0();  // preparation: does not need lock
15177         {
15178             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
15179             do1();  // transaction: needs locking
15180         }
15181         do2();  // cleanup: does not need locking
15182     }
15184 ##### Enforcement
15186 Impossible in general.
15187 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
15190 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
15192 ##### Reason
15194 An unnamed local object is a temporary that immediately goes out of scope.
15196 ##### Example
15198     // global mutexes
15199     mutex m1;
15200     mutex m2;
15202     void f()
15203     {
15204         unique_lock<mutex>(m1); // (A)
15205         lock_guard<mutex> {m2}; // (B)
15206         // do work in critical section ...
15207     }
15209 This looks innocent enough, but it isn't. At (A), `m1` is a default-constructed
15210 local `unique_lock`, which shadows the global `::m1` (and does not lock it).
15211 At (B) an unnamed temporary `lock_guard` is constructed and locks `::m2`,
15212 but immediately goes out of scope and unlocks `::m2` again.
15213 For the rest of the function `f()` neither mutex is locked.
15215 ##### Enforcement
15217 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
15221 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
15223 ##### Reason
15225 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.
15227 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
15228 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
15230 ##### Example
15232     struct Record {
15233         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
15234         // ...
15235     };
15237     class MyClass {
15238         struct DataRecord {
15239            // ...
15240         };
15241         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
15242     };
15244 ##### Enforcement
15246 ??? Possible?
15249 ## <a name="SScp-coro"></a>CP.coro: Coroutines
15251 This section focuses on uses of coroutines.
15253 Coroutine rule summary:
15255 * [CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines](#Rcoro-capture)
15256 * [CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points](#Rcoro-locks)
15257 * [CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference](#Rcoro-reference-parameters)
15259 ### <a name="Rcoro-capture"></a>CP.51: Do not use capturing lambdas that are coroutines
15261 ##### Reason
15263 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.
15265 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.
15267 ##### Example, Bad
15269     int value = get_value();
15270     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15271     {
15272       const auto lambda = [value, sharedFoo]() -> std::future<void>
15273       {
15274         co_await something();
15275         // "sharedFoo" and "value" have already been destroyed
15276         // the "shared" pointer didn't accomplish anything
15277       };
15278       lambda();
15279     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15281 ##### Example, Better
15283     int value = get_value();
15284     std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15285     {
15286       // take as by-value parameter instead of as a capture
15287       const auto lambda = [](auto sharedFoo, auto value) -> std::future<void>
15288       {
15289         co_await something();
15290         // sharedFoo and value are still valid at this point
15291       };
15292       lambda(sharedFoo, value);
15293     } // the lambda closure object has now gone out of scope
15295 ##### Example, Best
15297 Use a function for coroutines.
15299     std::future<void> Class::do_something(int value, std::shared_ptr<Foo> sharedFoo)
15300     {
15301       co_await something();
15302       // sharedFoo and value are still valid at this point
15303     }
15305     void SomeOtherFunction()
15306     {
15307       int value = get_value();
15308       std::shared_ptr<Foo> sharedFoo = get_foo();
15309       do_something(value, sharedFoo);
15310     }
15312 ##### Enforcement
15314 Flag a lambda that is a coroutine and has a non-empty capture list.
15317 ### <a name="Rcoro-locks"></a>CP.52: Do not hold locks or other synchronization primitives across suspension points
15319 ##### Reason
15321 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.
15323 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.
15325 ##### Example, Bad
15327     std::mutex g_lock;
15329     std::future<void> Class::do_something()
15330     {
15331         std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15332         co_await something(); // DANGER: coroutine has suspended execution while holding a lock
15333         co_await somethingElse();
15334     }
15336 ##### Example, Good
15338     std::mutex g_lock;
15340     std::future<void> Class::do_something()
15341     {
15342         {
15343             std::lock_guard<std::mutex> guard(g_lock);
15344             // modify data protected by lock
15345         }
15346         co_await something(); // OK: lock has been released before coroutine suspends
15347         co_await somethingElse();
15348     }
15351 ##### Note
15353 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.
15355 ##### Enforcement
15357 Flag all lock guards that are not destructed before a coroutine suspends.
15359 ### <a name="Rcoro-reference-parameters"></a>CP.53: Parameters to coroutines should not be passed by reference
15361 ##### Reason
15363 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.
15365 ##### Example, Bad
15367     std::future<int> Class::do_something(const std::shared_ptr<int>& input)
15368     {
15369         co_await something();
15371         // DANGER: the reference to input may no longer be valid and may be freed memory
15372         co_return *input + 1;
15373     }
15375 ##### Example, Good
15377     std::future<int> Class::do_something(std::shared_ptr<int> input)
15378     {
15379         co_await something();
15380         co_return *input + 1; // input is a copy that is still valid here
15381     }
15383 ##### Note
15385 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.
15387 ##### Note
15389 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.
15391 ##### Enforcement
15393 Flag all reference parameters to a coroutine.
15395 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
15397 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
15399 Parallelism rule summary:
15401 * ???
15402 * ???
15403 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
15404 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
15408 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
15410 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.
15411 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
15412 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
15413 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
15415 Message passing rules summary:
15417 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
15418 * [CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks](#Rconc-async)
15419 * message queues
15420 * messaging libraries
15422 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
15424 ??? 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?
15427 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
15429 ##### Reason
15431 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
15432 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
15434 ##### Example
15436     ???
15438 ##### Note
15442 ##### Enforcement
15446 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use `async()` to spawn concurrent tasks
15448 ##### Reason
15450 Similar to [R.12](#Rr-immediate-alloc), which tells you to avoid raw owning pointers, you should
15451 also avoid raw threads and raw promises where possible. Use a factory function such as `std::async`,
15452 which handles spawning or reusing a thread without exposing raw threads to your own code.
15454 ##### Example
15456     int read_value(const std::string& filename)
15457     {
15458         std::ifstream in(filename);
15459         in.exceptions(std::ifstream::failbit);
15460         int value;
15461         in >> value;
15462         return value;
15463     }
15465     void async_example()
15466     {
15467         try {
15468             std::future<int> f1 = std::async(read_value, "v1.txt");
15469             std::future<int> f2 = std::async(read_value, "v2.txt");
15470             std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15471         } catch (const std::ios_base::failure& fail) {
15472             // handle exception here
15473         }
15474     }
15476 ##### Note
15478 Unfortunately, `std::async` is not perfect. For example, it doesn't use a thread pool,
15479 which means that it might fail due to resource exhaustion, rather than queuing up your tasks
15480 to be executed later. However, even if you cannot use `std::async`, you should prefer to
15481 write your own `future`-returning factory function, rather than using raw promises.
15483 ##### Example (bad)
15485 This example shows two different ways to succeed at using `std::future`, but to fail
15486 at avoiding raw `std::thread` management.
15488     void async_example()
15489     {
15490         std::promise<int> p1;
15491         std::future<int> f1 = p1.get_future();
15492         std::thread t1([p1 = std::move(p1)]() mutable {
15493             p1.set_value(read_value("v1.txt"));
15494         });
15495         t1.detach(); // evil
15497         std::packaged_task<int()> pt2(read_value, "v2.txt");
15498         std::future<int> f2 = pt2.get_future();
15499         std::thread(std::move(pt2)).detach();
15501         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15502     }
15504 ##### Example (good)
15506 This example shows one way you could follow the general pattern set by
15507 `std::async`, in a context where `std::async` itself was unacceptable for
15508 use in production.
15510     void async_example(WorkQueue& wq)
15511     {
15512         std::future<int> f1 = wq.enqueue([]() {
15513             return read_value("v1.txt");
15514         });
15515         std::future<int> f2 = wq.enqueue([]() {
15516             return read_value("v2.txt");
15517         });
15518         std::cout << f1.get() + f2.get() << '\n';
15519     }
15521 Any threads spawned to execute the code of `read_value` are hidden behind
15522 the call to `WorkQueue::enqueue`. The user code deals only with `future`
15523 objects, never with raw `thread`, `promise`, or `packaged_task` objects.
15525 ##### Enforcement
15530 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
15532 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
15533 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
15534 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
15535 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
15537 Vectorization rule summary:
15539 * ???
15540 * ???
15542 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
15544 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
15545 Furthermore, it can lead to deadlock.
15546 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
15547 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
15548 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
15550 Lock-free programming rule summary:
15552 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
15553 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
15554 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
15555 * how/when to use atomics
15556 * avoid starvation
15557 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
15558 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
15559 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
15560 * how/when to compare and swap
15563 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
15565 ##### Reason
15567 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
15569 ##### Example, bad
15571     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
15573     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
15574     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
15576     do {
15577         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
15578         nh->next = h;                      // next element is the previous head
15579     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
15581 Spot the bug.
15582 It would be really hard to find through testing.
15583 Read up on the ABA problem.
15585 ##### Exception
15587 [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.
15589 ##### Note
15591 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
15593 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
15596 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
15598 ##### Reason
15600 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
15601 the areas where the most subtle portability problems occur.
15602 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
15604 ##### Note
15606 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
15607 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
15608 Testing - often to an extreme extent - is essential.
15609 "Don't fly too close to the sun."
15611 ##### Enforcement
15613 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
15616 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
15618 ##### Reason
15620 With the exception of atomics and a few other standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
15621 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
15623 ##### References
15625 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
15626 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
15627 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
15628 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
15629 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
15630 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
15631 * 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.
15632 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
15633 * 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.
15634 * Maurice Herlihy, Nir Shavit, Victor Luchangco, Michael Spear, "The Art of Multiprocessor Programming", 2nd ed. September 2020
15636 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
15638 ##### Reason
15640 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.
15642 ##### Example
15644 Example with std::call_once.
15646     void f()
15647     {
15648         static std::once_flag my_once_flag;
15649         std::call_once(my_once_flag, []()
15650         {
15651             // do this only once
15652         });
15653         // ...
15654     }
15656 Example with thread-safe static local variables of C++11.
15658     void f()
15659     {
15660         // Assuming the compiler is compliant with C++11
15661         static My_class my_object; // Constructor called only once
15662         // ...
15663     }
15665     class My_class
15666     {
15667     public:
15668         My_class()
15669         {
15670             // do this only once
15671         }
15672     };
15674 ##### Enforcement
15676 ??? Is it possible to detect the idiom?
15679 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15681 ##### Reason
15683 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.
15685 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.
15687 ##### Example, bad
15689 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)
15691     mutex action_mutex;
15692     volatile bool action_needed;
15694     if (action_needed) {
15695         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15696         if (action_needed) {
15697             take_action();
15698             action_needed = false;
15699         }
15700     }
15702 ##### Example, good
15704     mutex action_mutex;
15705     atomic<bool> action_needed;
15707     if (action_needed) {
15708         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15709         if (action_needed) {
15710             take_action();
15711             action_needed = false;
15712         }
15713     }
15715 Fine-tuned memory order might be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15717     mutex action_mutex;
15718     atomic<bool> action_needed;
15720     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15721         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15722         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15723             take_action();
15724             action_needed.store(false, memory_order_release);
15725         }
15726     }
15728 ##### Enforcement
15730 ??? Is it possible to detect the idiom?
15733 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15735 These rules defy simple categorization:
15737 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15738 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15740 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15742 ##### Reason
15744 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15746 ##### Example
15748     const volatile long clock;
15750 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15751 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15752 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:
15754     long t1 = clock;
15755     // ... no use of clock here ...
15756     long t2 = clock;
15758 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15760 ##### Note
15762 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15764 ##### Example
15766 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15768     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15769         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15770         // volatile says "treat this with extra respect"
15772 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15774     static volatile long vl;
15775     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15777 ##### Example, bad
15779 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15780 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15782     void f()
15783     {
15784         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15785         // etc.
15786     }
15788     class My_type {
15789         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15790         // etc.
15791     };
15793 ##### Note
15795 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15797 ##### Enforcement
15799 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15800 * ???
15802 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15804 ???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")
15807 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15809 Error handling involves:
15811 * Detecting an error
15812 * Transmitting information about an error to some handler code
15813 * Preserving a valid state of the program
15814 * Avoiding resource leaks
15816 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.
15818 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15820 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15821 * Resource leaks (including memory leaks)
15822 * Bounds errors
15823 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after it has been `delete`d)
15824 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15825 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15827 Error-handling rule summary:
15829 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15830 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15831 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15832 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15833 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15834 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15835 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15836 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15838 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15839 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15840 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15841 * [E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15842 * [E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail](#Re-never-fail)
15843 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15844 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15845 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15847 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15848 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15849 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15850 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15852 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15853 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15855 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15857 ##### Reason
15859 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15861 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15863 ##### Reason
15865 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15867 ##### Example
15869     struct Foo {
15870         vector<Thing> v;
15871         File_handle f;
15872         string s;
15873     };
15875     void use()
15876     {
15877         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15878         // ...
15879     }
15881 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.
15882 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15883 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15884 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15885 Note that there is no return value that could contain an error code.
15887 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15889     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15890         : f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15891     {
15892         if (!f)
15893             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15894     }
15896 ##### Note
15898 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15899 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15900 Examples:
15902 * A precondition that cannot be met
15903 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15904 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15905 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15907 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15908 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15910 ##### Note
15912 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15914 ##### Exception
15916 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`.
15918 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15920 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15922 ##### Note
15924 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15925 they have their own complexities and problems.
15926 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15928 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15930 ##### Reason
15932 To keep error handling separated from "ordinary code."
15933 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15935 ##### Example, don't
15937     // don't: exception not used for error handling
15938     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15939     {
15940         try {
15941             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15942                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15943         }
15944         catch (int i) {
15945             return i;
15946         }
15947         return -1;   // not found
15948     }
15950 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15951 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15953 ##### Enforcement
15955 Would need to be heuristic.
15956 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15958 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15960 ##### Reason
15962 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.
15964 ##### Note
15966 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.
15968 ##### Enforcement
15972 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15974 ##### Reason
15976 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15977 Not all member functions can be called.
15979 ##### Example
15981     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15982         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15983     public:
15984         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15985         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15986         ~Vector() { delete [] elem; }
15987         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15988         // ...
15989     private:
15990         owner<double*> elem;
15991         int sz;
15992     };
15994 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15995 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15996 The operators, notably the subscript operator, rely on the invariant.
15998 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
16000 ##### Enforcement
16002 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
16004 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
16006 ##### Reason
16008 Leaks are typically unacceptable.
16009 Manual resource release is error-prone.
16010 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
16012 ##### Example
16014     void f1(int i)   // Bad: possible leak
16015     {
16016         int* p = new int[12];
16017         // ...
16018         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16019         // ...
16020     }
16022 We could carefully release the resource before the throw:
16024     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
16025     {
16026         int* p = new int[12];
16027         // ...
16028         if (i < 17) {
16029             delete[] p;
16030             throw Bad{"in f()", i};
16031         }
16032         // ...
16033     }
16035 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
16037     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16038     {
16039         auto p = make_unique<int[]>(12);
16040         // ...
16041         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
16042         // ...
16043     }
16045 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
16047     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
16048     {
16049         auto p = make_unique<int[]>(12);
16050         // ...
16051         helper(i);   // might throw
16052         // ...
16053     }
16055 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
16057     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
16058     {
16059         vector<int> v(12);
16060         // ...
16061         helper(i);   // might throw
16062         // ...
16063     }
16065 That's even simpler and safer, and often more efficient.
16067 ##### Note
16069 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
16070 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
16072 ##### Note
16074 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
16075 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
16076 We know of only a few good reasons:
16078 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
16079 * 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.
16080 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
16081   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
16082 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
16083 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
16084 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
16085 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
16087 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
16088 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
16089 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
16090 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
16092     void f()
16093     {
16094         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
16095         if (!vs.valid()) {
16096             // handle error or exit
16097         }
16099         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
16100         if (!fs.valid()) {
16101             // handle error or exit
16102         }
16104         // ...
16105     } // destructors clean up as usual
16107 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
16108 Prefer to use exceptions.
16110 **See also**: [Use of `noexcept`](#Re-noexcept)
16112 ##### Enforcement
16116 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
16118 ##### Reason
16120 To avoid interface errors.
16122 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
16124 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
16126 ##### Reason
16128 To avoid interface errors.
16130 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
16132 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
16134 ##### Reason
16136 To make error handling systematic, robust, and efficient.
16138 ##### Example
16140     double compute(double d) noexcept
16141     {
16142         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
16143     }
16145 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
16146 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`.
16148 ##### Note
16150 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
16152 ##### Example
16154     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
16155     {
16156         vector<double> v2(v.size());
16157         // ... do something ...
16158     }
16160 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
16161 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.
16163 ##### Note
16165 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
16167 ##### See also
16169 [discussion](#Sd-noexcept).
16171 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
16173 ##### Reason
16175 That would be a leak.
16177 ##### Example
16179     void leak(int x)   // don't: might leak
16180     {
16181         auto p = new int{7};
16182         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // might leak *p
16183         // ...
16184         delete p;   // we might never get here
16185     }
16187 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
16189     void no_leak(int x)
16190     {
16191         auto p = make_unique<int>(7);
16192         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
16193         // ...
16194         // no need for delete p
16195     }
16197 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
16199     void no_leak_simplified(int x)
16200     {
16201         vector<int> v(7);
16202         // ...
16203     }
16205 ##### Note
16207 If you have a local "thing" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
16208 also be done before a `throw`.
16209 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
16211 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
16213 ##### Reason
16215 A user-defined type can better transmit information about an error to a handler.  Information
16216 can be encoded into the type itself and the type is unlikely to clash with other people's exceptions.
16218 ##### Example
16220     throw 7; // bad
16222     throw "something bad";  // bad
16224     throw std::exception{}; // bad - no info
16226 Deriving from `std::exception` gives the flexibility to catch the specific exception or handle generally through `std::exception`:
16228     class MyException : public std::runtime_error
16229     {
16230     public:
16231         MyException(const string& msg) : std::runtime_error{msg} {}
16232         // ...
16233     };
16235     // ...
16237     throw MyException{"something bad"};  // good
16239 Exceptions do not need to be derived from `std::exception`:
16241     class MyCustomError final {};  // not derived from std::exception
16243     // ...
16245     throw MyCustomError{};  // good - handlers must catch this type (or ...)
16247 Library types derived from `std::exception` can be used as generic exceptions if
16248 no useful information can be added at the point of detection:
16250     throw std::runtime_error("someting bad"); // good
16252     // ...
16254     throw std::invalid_argument("i is not even"); // good
16256 `enum` classes are also allowed:
16258     enum class alert {RED, YELLOW, GREEN};
16260     throw alert::RED; // good
16262 ##### Enforcement
16264 Catch `throw` of built-in types and `std::exception`.
16266 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Throw by value, catch exceptions from a hierarchy by reference
16268 ##### Reason
16270 Throwing by value (not by pointer) and catching by reference prevents copying, especially slicing base subobjects.
16272 ##### Example; bad
16274     void f()
16275     {
16276         try {
16277             // ...
16278             throw new widget{}; // don't: throw by value not by raw pointer
16279             // ...
16280         }
16281         catch (base_class e) {  // don't: might slice
16282             // ...
16283         }
16284     }
16286 Instead, use a reference:
16288     catch (base_class& e) { /* ... */ }
16290 or - typically better still - a `const` reference:
16292     catch (const base_class& e) { /* ... */ }
16294 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
16296 ##### Note
16298 Catch by value can be appropriate for a small value type such as an `enum` value.
16300 ##### Note
16302 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.)
16304 ##### Enforcement
16306 * Flag catching by value of a type that has a virtual function.
16307 * Flag throwing raw pointers.
16309 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, `swap`, and exception type copy/move construction must never fail
16311 ##### Reason
16313 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.
16315 ##### Example, don't
16317     class Connection {
16318         // ...
16319     public:
16320         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
16321         {
16322             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
16323             // ...
16324         }
16325     };
16327 ##### Note
16329 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
16330 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
16331 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
16332 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
16333 to be examined by a regular sweep of the system state.
16334 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
16336 ##### Note
16338 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.
16340 ##### Note
16342 * Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`.
16343 * `swap` functions must be `noexcept`.
16344 * Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
16345 * Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
16346 * 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.
16347 * 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.
16349 ##### Enforcement
16351 * Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
16352 * Catch such operations that are not `noexcept`.
16354 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
16356 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
16358 ##### Reason
16360 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
16361 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
16362 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
16364 ##### Example, don't
16366     void f()   // bad
16367     {
16368         try {
16369             // ...
16370         }
16371         catch (...) {
16372             // no action
16373             throw;   // propagate exception
16374         }
16375     }
16377 ##### Enforcement
16379 * Flag nested try-blocks.
16380 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
16382 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
16384 ##### Reason
16386  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses are error-prone.
16387  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
16389 ##### Example, Bad
16391     void f(zstring s)
16392     {
16393         Gadget* p;
16394         try {
16395             p = new Gadget(s);
16396             // ...
16397             delete p;
16398         }
16399         catch (Gadget_construction_failure) {
16400             delete p;
16401             throw;
16402         }
16403     }
16405 This code is messy.
16406 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
16407 Not all exceptions are handled.
16408 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
16409 Better:
16411     void f2(zstring s)
16412     {
16413         Gadget g {s};
16414     }
16416 ##### Alternatives
16418 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
16419 * [`finally`](#Re-finally)
16421 ##### Enforcement
16423 ??? hard, needs a heuristic
16425 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
16427 ##### Reason
16429 `finally` from the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
16431 ##### Example
16433     void f(int n)
16434     {
16435         void* p = malloc(n);
16436         auto _ = gsl::finally([p] { free(p); });
16437         // ...
16438     }
16440 ##### Note
16442 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
16443 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
16444 Consider `finally` a last resort.
16446 ##### Note
16448 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
16449 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
16451 ##### Enforcement
16453 Heuristic: Detect `goto exit;`
16455 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
16457 ##### Reason
16459 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
16461 ##### Note
16463 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
16464 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
16465 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
16466 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
16468 A lot of fear of exceptions is misguided.
16469 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
16470 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
16471 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
16472 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
16473 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.
16474 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
16475 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
16477 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
16478 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
16479 or have such a rat's nest of old-style code
16480 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
16481 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
16483 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
16484 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
16485 If performance is your worry, measure.
16487 ##### Example
16489 Assume you wanted to write
16491     void func(zstring arg)
16492     {
16493         Gadget g {arg};
16494         // ...
16495     }
16497 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
16498 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
16500     error_indicator func(zstring arg)
16501     {
16502         Gadget g {arg};
16503         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
16504         // ...
16505         return 0;   // zero indicates "good"
16506     }
16508 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]]`.
16510 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16512 ##### Enforcement
16514 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
16516 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
16518 ##### Reason
16520 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
16522 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16524 ##### Note
16526 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
16527 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
16528 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
16530 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
16531 say from hardware failures.
16532 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
16534 ##### Example
16536     void f(int n)
16537     {
16538         // ...
16539         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16540         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
16541         // ...
16542     }
16544 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
16546     void f(int n)
16547     {
16548         // ...
16549         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
16550         // ...
16551     }
16553 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
16555 ##### Enforcement
16557 Awkward
16559 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
16561 ##### Reason
16563 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
16565 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16567 ##### Note
16569 There are several issues to be addressed:
16571 * How do you transmit an error indicator from out of a function?
16572 * How do you release all resources from a function before doing an error exit?
16573 * What do you use as an error indicator?
16575 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
16576 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
16577 or a pair of values can be returned.
16579 ##### Example
16581     Gadget make_gadget(int n)
16582     {
16583         // ...
16584     }
16586     void user()
16587     {
16588         Gadget g = make_gadget(17);
16589         if (!g.valid()) {
16590                 // error handling
16591         }
16592         // ...
16593     }
16595 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
16596 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
16598 ##### Example
16600 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
16601 In that case, we must return a pair of values.
16602 For example:
16604     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
16605     {
16606         // ...
16607     }
16609     void user()
16610     {
16611         auto r = make_gadget(17);
16612         if (!r.second) {
16613                 // error handling
16614         }
16615         Gadget& g = r.first;
16616         // ...
16617     }
16619 As shown, `std::pair` is a possible return type.
16620 Some people prefer a specific type.
16621 For example:
16623     Gval make_gadget(int n)
16624     {
16625         // ...
16626     }
16628     void user()
16629     {
16630         auto r = make_gadget(17);
16631         if (!r.err) {
16632                 // error handling
16633         }
16634         Gadget& g = r.val;
16635         // ...
16636     }
16638 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
16639 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
16641 ##### Example
16643 In general, you must clean up before an error exit.
16644 This can be messy:
16646     std::pair<int, error_indicator> user()
16647     {
16648         Gadget g1 = make_gadget(17);
16649         if (!g1.valid()) {
16650             return {0, g1_error};
16651         }
16653         Gadget g2 = make_gadget(31);
16654         if (!g2.valid()) {
16655             cleanup(g1);
16656             return {0, g2_error};
16657         }
16659         // ...
16661         if (all_foobar(g1, g2)) {
16662             cleanup(g2);
16663             cleanup(g1);
16664             return {0, foobar_error};
16665         }
16667         // ...
16669         cleanup(g2);
16670         cleanup(g1);
16671         return {res, 0};
16672     }
16674 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16675 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):
16677     std::pair<int, error_indicator> user()
16678     {
16679         error_indicator err = 0;
16680         int res = 0;
16682         Gadget g1 = make_gadget(17);
16683         if (!g1.valid()) {
16684             err = g1_error;
16685             goto g1_exit;
16686         }
16688         {
16689             Gadget g2 = make_gadget(31);
16690             if (!g2.valid()) {
16691                 err = g2_error;
16692                 goto g2_exit;
16693             }
16695             if (all_foobar(g1, g2)) {
16696                 err = foobar_error;
16697                 goto g2_exit;
16698             }
16700             // ...
16702         g2_exit:
16703             if (g2.valid()) cleanup(g2);
16704         }
16706     g1_exit:
16707         if (g1.valid()) cleanup(g1);
16708         return {res, err};
16709     }
16711 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16712 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16713 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16715 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16717 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16719 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16721 ##### Enforcement
16723 Awkward.
16725 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16727 ##### Reason
16729 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16730 When did you last test the return value of `printf()`?
16732 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16734 ##### Example, bad
16736     int last_err;
16738     void f(int n)
16739     {
16740         // ...
16741         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16742         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16743         // ...
16744     }
16746 ##### Note
16748 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16750 ##### Enforcement
16752 Awkward.
16755 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16757 ##### Reason
16759 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16761 ##### Example
16763     int use(int arg)
16764         throw(X, Y)
16765     {
16766         // ...
16767         auto x = f(arg);
16768         // ...
16769     }
16771 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16772 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16773 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16774 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
16775 anything about or is in any way interested in.
16776 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably need to be modified.
16777 This quickly becomes unmanageable.
16778 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16779 This too, quickly becomes unmanageable.
16780 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16781 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16782 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.
16783 If `use()` is part of a library, it might not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16785 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16787 ##### Note
16789 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16790 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16792 ##### Note
16794 If no exception can be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept).
16796 ##### Enforcement
16798 Flag every exception specification.
16800 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16802 ##### Reason
16804 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16806 ##### Example, bad
16808     void f()
16809     {
16810         // ...
16811         try {
16812                 // ...
16813         }
16814         catch (Base& b) { /* ... */ }
16815         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16816         catch (...) { /* ... */ }
16817         catch (std::exception& e) { /* ... */ }
16818     }
16820 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16821 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16823 ##### Enforcement
16825 Flag all "hiding handlers".
16827 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16829 You can't have a race condition on a constant.
16830 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16831 Interfaces that promise "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16833 Constant rule summary:
16835 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16836 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16837 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16838 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16839 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16841 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16843 ##### Reason
16845 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16846 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16848 ##### Example
16850     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16852     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16854 ##### Exception
16856 Function parameters passed by value are rarely mutated, but also rarely declared `const`.
16857 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function parameters.
16859     void f(const char* const p); // pedantic
16860     void g(const int i) { ... }  // pedantic
16862 Note that a function parameter is a local variable so changes to it are local.
16864 ##### Enforcement
16866 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16868 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16870 ##### Reason
16872 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16873 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16875 ##### Example, bad
16877     class Point {
16878         int x, y;
16879     public:
16880         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16881         // ...
16882     };
16884     void f(const Point& pt)
16885     {
16886         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16887     }
16889 ##### Note
16891 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16892 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16893 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16894 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16896 ##### Note
16898 There are code/libraries that offer functions that declare a `T*` even though
16899 those functions do not modify that `T`.
16900 This is a problem for people modernizing code.
16901 You can
16903 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16904 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16905 * provide a wrapper function
16907 Example:
16909     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16910     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16912 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16913 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16915 ##### Note
16917 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16918 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16919 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16921     class Date {
16922     public:
16923         // ...
16924         const string& string_ref() const
16925         {
16926             if (string_val == "") compute_string_rep();
16927             return string_val;
16928         }
16929         // ...
16930     private:
16931         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16932         mutable string string_val;
16933         // ...
16934     };
16936 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16937 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16938 through non-`const` pointers.
16939 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16940 it offers to its users.
16942 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16944 ##### Enforcement
16946 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16948 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16950 ##### Reason
16952  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16953  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16955 ##### Example
16957     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16958     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16960 ##### Note
16962 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16963 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16965 ##### Note
16967 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16969 ##### Enforcement
16971 * Flag a function that does not modify an object passed by pointer or reference to non-`const`
16972 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16974 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16976 ##### Reason
16978  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16980 ##### Example
16982     void f()
16983     {
16984         int x = 7;
16985         const int y = 9;
16987         for (;;) {
16988             // ...
16989         }
16990         // ...
16991     }
16993 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16995 ##### Enforcement
16997 * Flag unmodified non-`const` variables.
16999 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
17001 ##### Reason
17003 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
17005 ##### Example
17007     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
17008     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
17009     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
17011 ##### Note
17013 See F.4.
17015 ##### Enforcement
17017 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
17019 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
17021 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17022 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
17024 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
17025 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
17027 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
17029 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
17030 "Concepts" were standardized in C++20, although they were first made available, in slightly older syntax, in GCC 6.1.
17032 Template use rule summary:
17034 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
17035 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
17036 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
17037 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
17038 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
17040 Concept use rule summary:
17042 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17043 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17044 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
17045 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17046 * ???
17048 Concept definition rule summary:
17050 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17051 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17052 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17053 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17054 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17055 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
17056 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17057 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-???)
17058 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-???)
17059 * ???
17061 Template interface rule summary:
17063 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
17064 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
17065 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
17066 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
17067 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
17068 * [T.46: Require template arguments to be at least semiregular](#Rt-regular)
17069 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
17070 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
17071 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
17073 Template definition rule summary:
17075 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
17076 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
17077 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
17078 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
17079 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
17080 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
17081 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
17082 * [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)
17084 Template and hierarchy rule summary:
17086 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
17087 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
17088 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
17089 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
17090 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
17091 * [T.??: ????](#Rt-???)
17093 Variadic template rule summary:
17095 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
17096 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
17097 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
17098 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
17099 * [T.??: ????](#Rt-???)
17101 Metaprogramming rule summary:
17103 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
17104 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
17105 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
17106 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
17107 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
17108 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
17109 * [T.??: ????](#Rt-???)
17111 Other template rules summary:
17113 * [T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name)
17114 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
17115 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
17116 * [T.143: Don't write unintentionally non-generic code](#Rt-non-generic)
17117 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
17118 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
17119 * [T.??: ????](#Rt-???)
17121 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
17123 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
17125 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
17127 ##### Reason
17129 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
17131 ##### Example, bad
17133 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":
17135     template<typename T>
17136         requires Incrementable<T>
17137     T sum1(vector<T>& v, T s)
17138     {
17139         for (auto x : v) s += x;
17140         return s;
17141     }
17143     template<typename T>
17144         requires Simple_number<T>
17145     T sum2(vector<T>& v, T s)
17146     {
17147         for (auto x : v) s = s + x;
17148         return s;
17149     }
17151 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
17152 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
17154 ##### Example
17156     template<typename T>
17157         requires Arithmetic<T>
17158     T sum(vector<T>& v, T s)
17159     {
17160         for (auto x : v) s += x;
17161         return s;
17162     }
17164 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
17165 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
17166 can be used for a wide variety of algorithms.
17168 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
17170 ##### Note
17172 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
17173 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
17174 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
17176 ##### Note
17178 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
17179 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
17181 ##### Enforcement
17183 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
17184 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they might simply be building blocks for more useful concepts.
17186 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
17188 ##### Reason
17190 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
17192 ##### Example
17194 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
17196     template<typename Iter, typename Val>
17197         // requires Input_iterator<Iter>
17198         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
17199     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17200     {
17201         // ...
17202     }
17204 ##### Note
17206 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
17207 Don't overabstract.
17209 ##### Enforcement
17211 ??? tough, probably needs a human
17213 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
17215 ##### Reason
17217 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
17218 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
17220 ##### Example
17222     template<typename T>
17223         // requires Regular<T>
17224     class Vector {
17225         // ...
17226         T* elem;   // points to sz Ts
17227         int sz;
17228     };
17230     Vector<double> v(10);
17231     v[7] = 9.9;
17233 ##### Example, bad
17235     class Container {
17236         // ...
17237         void* elem;   // points to size elements of some type
17238         int sz;
17239     };
17241     Container c(10, sizeof(double));
17242     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
17244 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
17246 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
17248 **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.
17249 See [Stable base](#Rt-abi).
17251 ##### Enforcement
17253 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
17255 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
17257 ##### Reason
17259  ???
17261 ##### Example
17263     ???
17265 **Exceptions**: ???
17267 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
17269 ##### Reason
17271 Generic and OO techniques are complementary.
17273 ##### Example
17275 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
17277     class Command {
17278         // pure virtual functions
17279     };
17281     // implementations
17282     template</*...*/>
17283     class ConcreteCommand : public Command {
17284         // implement virtuals
17285     };
17287 ##### Example
17289 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
17290 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
17292     #include <memory>
17294     class Object {
17295     public:
17296         template<typename T>
17297         Object(T&& obj)
17298             : concept_(std::make_shared<ConcreteCommand<T>>(std::forward<T>(obj))) {}
17300         int get_id() const { return concept_->get_id(); }
17302     private:
17303         struct Command {
17304             virtual ~Command() {}
17305             virtual int get_id() const = 0;
17306         };
17308         template<typename T>
17309         struct ConcreteCommand final : Command {
17310             ConcreteCommand(T&& obj) noexcept : object_(std::forward<T>(obj)) {}
17311             int get_id() const final { return object_.get_id(); }
17313         private:
17314             T object_;
17315         };
17317         std::shared_ptr<Command> concept_;
17318     };
17320     class Bar {
17321     public:
17322         int get_id() const { return 1; }
17323     };
17325     struct Foo {
17326     public:
17327         int get_id() const { return 2; }
17328     };
17330     Object o(Bar{});
17331     Object o2(Foo{});
17333 ##### Note
17335 In a class template, non-virtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
17336 This can bloat code size, and might overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
17337 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
17339 ##### See also
17341 * ref ???
17342 * ref ???
17343 * ref ???
17345 ##### Enforcement
17347 See the reference to more specific rules.
17349 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
17351 Concepts is a C++20 facility for specifying requirements for template arguments.
17352 They are crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
17353 (standard and other).
17355 This section assumes concept support
17357 Concept use rule summary:
17359 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
17360 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
17361 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
17362 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
17363 * ???
17365 Concept definition rule summary:
17367 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
17368 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
17369 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
17370 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
17371 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
17372 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
17373 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
17374 * ???
17376 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
17378 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
17380 ##### Reason
17382 Correctness and readability.
17383 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
17384 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
17385 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
17387 ##### Example
17389     template<typename Iter, typename Val>
17390         requires input_iterator<Iter>
17391                  && equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17392     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17393     {
17394         // ...
17395     }
17397 or equivalently and more succinctly:
17399     template<input_iterator Iter, typename Val>
17400         requires equality_comparable_with<iter_value_t<Iter>, Val>
17401     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
17402     {
17403         // ...
17404     }
17406 ##### Note
17408 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
17409 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
17410 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
17412 **References**: TC++PL4
17414 ##### Enforcement
17416 Flag template type arguments without concepts
17418 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
17420 ##### Reason
17422  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#gsl-guidelines-support-library) and the ISO standard itself)
17423 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.
17425 ##### Note
17427 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
17429 ##### Example
17431     template<typename T>
17432         // don't define this: sortable is in <iterator>
17433     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
17435     void sort(Ordered_container auto& s);
17437 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `sortable` concept in the standard library.
17438 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
17439 It is better and simpler just to use `sortable`:
17441     void sort(sortable auto& s);   // better
17443 ##### Note
17445 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
17447 ##### Note
17449 Designing a useful concept is challenging.
17451 ##### Enforcement
17453 Hard.
17455 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
17456 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
17458 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
17460 ##### Reason
17462  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
17464 ##### Example
17466     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
17467     auto& x = v.front();        // bad
17468     String auto& s = v.front(); // good (String is a GSL concept)
17470 ##### Enforcement
17472 * ???
17474 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
17476 ##### Reason
17478 Readability. Direct expression of an idea.
17480 ##### Example
17482 To say "`T` is `sortable`":
17484     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
17485         requires sortable<T>   // of type T which is the name of a type
17486     void sort(T&);             // that is sortable"
17488     template<sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
17489     void sort(T&);             // which is Sortable"
17491     void sort(sortable auto&); // Best: "The parameter is Sortable"
17493 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
17495 ##### Enforcement
17497 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
17498 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
17500 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
17502 Defining good concepts is non-trivial.
17503 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
17504 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
17505 and will not give the full benefits of the mechanism.
17507 Obviously, defining concepts is most useful for code that can use an implementation (e.g., C++20 or later)
17508 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
17510 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
17512 ##### Reason
17514 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
17515 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
17516 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
17518 ##### Example, bad
17520     template<typename T>
17521     // bad; insufficient
17522     concept Addable = requires(T a, T b) { a+b; };
17524     template<Addable N>
17525     auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
17526     {
17527         // ...
17528         return a + b;
17529     }
17531     int x = 7;
17532     int y = 9;
17533     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17535     string xx = "7";
17536     string yy = "9";
17537     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
17539 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
17540 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
17542 ##### Note
17544 The ability to specify meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
17546 ##### Example
17548     template<typename T>
17549     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17550     concept Number = requires(T a, T b) { a+b; a-b; a*b; a/b; };
17552     template<Number N>
17553     auto algo(const N& a, const N& b)
17554     {
17555         // ...
17556         return a + b;
17557     }
17559     int x = 7;
17560     int y = 9;
17561     auto z = algo(x, y);   // z = 16
17563     string xx = "7";
17564     string yy = "9";
17565     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
17567 ##### Note
17569 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
17571 ##### Enforcement
17573 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
17574 * Flag uses of `enable_if` that appear to simulate single-operation `concepts`.
17577 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
17579 ##### Reason
17581 Ease of comprehension.
17582 Improved interoperability.
17583 Helps implementers and maintainers.
17585 ##### Note
17587 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
17589 ##### Example, bad
17591     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T b) { a-b; };
17593 This makes no semantic sense.
17594 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
17596 Examples of complete sets are
17598 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
17599 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
17601 ##### Note
17603 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
17604 It is a general design rule that even applies to non-templates:
17606     class Minimal {
17607         // ...
17608     };
17610     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
17611     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
17613     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
17614     // no other operators
17616     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
17617     {
17618         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17619         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
17621         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17622         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
17624         x = x + y;          // OK
17625         x += y;             // surprise! error
17626     }
17628 This is minimal, but surprising and constraining for users.
17629 It could even be less efficient.
17631 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
17633 ##### Example
17635     class Convenient {
17636         // ...
17637     };
17639     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
17640     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
17641     // ... and the other comparison operators ...
17643     Convenient operator+(const Convenient&, const Convenient&);
17644     // ... and the other arithmetic operators ...
17646     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
17647     {
17648         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
17649         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
17651         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
17652         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
17654         x = x + y;     // OK
17655         x += y;        // OK
17656     }
17658 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
17659 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
17661 ##### Enforcement
17663 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
17664   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
17667 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17669 ##### Reason
17671 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17672 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.
17673 Specifying semantics is a powerful design tool.
17675 ##### Example
17677     template<typename T>
17678         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17679         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17680         concept Number = requires(T a, T b) {
17681             {a + b} -> convertible_to<T>;
17682             {a - b} -> convertible_to<T>;
17683             {a * b} -> convertible_to<T>;
17684             {a / b} -> convertible_to<T>;
17685         };
17687 ##### Note
17689 This is an axiom in the mathematical sense: something that can be assumed without proof.
17690 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17691 An axiom might not be general, but the template writer can assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17693 ##### Note
17695 In this context axioms are Boolean expressions.
17696 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17697 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17698 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17700 ##### Note
17702 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17704 ##### Exception
17706 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17707 Finding good semantics can take effort and time.
17708 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17710     // balancer for a generic binary tree
17711     template<typename Node> concept Balancer = requires(Node* p) {
17712         add_fixup(p);
17713         touch(p);
17714         detach(p);
17715     };
17717 So a `Balancer` must supply at least these operations on a tree `Node`,
17718 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17719 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17721 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17722 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17723 However, it should not be assumed to be stable.
17724 Each new use case might require such an incomplete concept to be improved.
17726 ##### Enforcement
17728 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17730 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17732 ##### Reason
17734 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17736 ##### Example
17738     template<typename I>
17739     // Note: input_iterator is defined in <iterator>
17740     concept Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17742     template<typename I>
17743     // Note: forward_iterator is defined in <iterator>
17744     concept Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; };
17746 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17747 This decreases the burden on implementers of these types since
17748 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17749 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17751 ##### Enforcement
17753 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17754 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17756 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17758 ##### Reason
17760 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17762 ##### Example
17764     template<typename I>    // iterator providing random access
17765     // Note: random_access_iterator is defined in <iterator>
17766     concept RA_iter = ...;
17768     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17769     // Note: contiguous_iterator is defined in <iterator>
17770     concept Contiguous_iter =
17771         RA_iter<I> && is_contiguous_v<I>;  // using is_contiguous trait
17773 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17775 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17777     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous_v<I>;
17779     template<typename I>
17780     concept Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17782 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17784 ##### Note
17786 Traits can be trait classes or type traits.
17787 These can be user-defined or standard-library ones.
17788 Prefer the standard-library ones.
17790 ##### Enforcement
17792 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17793 * Flag the definition of identical concepts.
17795 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17797 ##### Reason
17799 Clarity. Maintainability.
17800 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17802 ##### Example
17804 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17806     template<typename T>
17807         requires !C<T>    // bad
17808     void f();
17810     template<typename T>
17811         requires C<T>
17812     void f();
17814 This is better:
17816     template<typename T>   // general template
17817         void f();
17819     template<typename T>   // specialization by concept
17820         requires C<T>
17821     void f();
17823 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17824 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17825 version of `f()`, then delete it.
17827     template<typename T>
17828     void f() = delete;
17830 The compiler will select the overload, or emit an appropriate error.
17832 ##### Note
17834 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17836     template<typename T>
17837     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17838     f();
17840     template<typename T>
17841     enable_if<C<T>, void>
17842     f();
17845 ##### Note
17847 Complementary requirements on one requirement is sometimes (wrongly) considered manageable.
17848 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,8,16,...):
17850     C1<T> && C2<T>
17851     !C1<T> && C2<T>
17852     C1<T> && !C2<T>
17853     !C1<T> && !C2<T>
17855 Now the opportunities for errors multiply.
17857 ##### Enforcement
17859 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17861 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17863 ##### Reason
17865 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17866 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17868 ##### Example
17870 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17872     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17874 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `equality_comparable`,
17875 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17877     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17878         { a == b } -> std::convertible_to<bool>;
17879         { a != b } -> std::convertible_to<bool>;
17880         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17881         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17882     };
17884 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17885 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17887 ##### Enforcement
17891 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17893 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17894 and its implementation.
17895 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17896 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17898 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17900 ##### Reason
17902 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17903 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17905 ##### Example
17907     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17908     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17909     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17910     sort(v, std::greater{});                             // function object
17912     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17913     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17914     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17915     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17917 You can, of course, generalize those functions using `auto` or concepts. For example:
17919     auto y1 = find_if(v, [](totally_ordered auto x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17920     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });                 // hope that the type has a >
17922 ##### Note
17924 Lambdas generate function objects.
17926 ##### Note
17928 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17930 ##### Enforcement
17932 * Flag pointer to function template arguments.
17933 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17936 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17938 ##### Reason
17940 Keep interfaces simple and stable.
17942 ##### Example
17944 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17946     void sort(sortable auto& s)  // sort sequence s
17947     {
17948         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17949         // ...
17950         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17951     }
17953 Should this be rewritten to:
17955     template<sortable S>
17956         requires Streamable<S>
17957     void sort(S& s)  // sort sequence s
17958     {
17959         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17960         // ...
17961         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17962     }
17964 After all, there is nothing in `sortable` that requires `iostream` support.
17965 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17967 ##### Note
17969 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17970 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17971 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17972 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17974 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17975 we might get a late compile-time error.
17977 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17978 we delay checking until instantiation time.
17979 We consider this a worthwhile tradeoff.
17981 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that might lead to "mysterious" errors.
17983 ##### Note
17985 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17987 ##### Enforcement
17991 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17993 ##### Reason
17995 Improved readability.
17996 Implementation hiding.
17997 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17998 They can also be used to wrap a trait.
18000 ##### Example
18002     template<typename T, size_t N>
18003     class Matrix {
18004         // ...
18005         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
18006         // ...
18007     };
18009 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>::`.
18011 ##### Example
18013     template<typename T>
18014     void user(T& c)
18015     {
18016         // ...
18017         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
18018         // ...
18019     }
18021     template<typename T>
18022     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
18025 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
18027     template<typename T>
18028     void user2(T& c)
18029     {
18030         // ...
18031         Value_type<T> x;
18032         // ...
18033     }
18035 ##### Note
18037 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
18039 ##### Enforcement
18041 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
18042 * ???
18044 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
18046 ##### Reason
18048 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
18049 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
18050 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
18052 ##### Example
18054     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
18056     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
18058     template<typename T>
18059     typedef int (*PFT)(T);      // error
18061     template<typename T>
18062     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
18064 ##### Enforcement
18066 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
18068 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
18070 ##### Reason
18072 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
18074 ##### Example
18076     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
18077     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
18079 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
18081 ##### Note
18083 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions might become redundant in the future.
18085 ##### Exception
18087 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
18089     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
18090     list<Record*> lst;
18092 ##### Note
18094 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
18095 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
18096 For example:
18098     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
18100 ##### Enforcement
18102 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
18104 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least semiregular
18106 ##### Reason
18108 Readability.
18109 Preventing surprises and errors.
18110 Most uses support that anyway.
18112 ##### Example
18114     class X {
18115     public:
18116         explicit X(int);
18117         X(const X&);            // copy
18118         X operator=(const X&);
18119         X(X&&) noexcept;        // move
18120         X& operator=(X&&) noexcept;
18121         ~X();
18122         // ... no more constructors ...
18123     };
18125     X x {1};              // fine
18126     X y = x;              // fine
18127     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
18129 ##### Note
18131 Semiregular requires default constructible.
18133 ##### Enforcement
18135 * Flag types used as template arguments that are not at least semiregular.
18137 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
18139 ##### Reason
18141  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.
18142  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
18143  Common names make this problem more likely.
18145 ##### Example
18147     namespace Bad {
18148         struct S { int m; };
18149         template<typename T1, typename T2>
18150         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
18151     }
18153     namespace T0 {
18154         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
18156         void test()
18157         {
18158             Bad::S bad{ 1 };
18159             vector<int> v(10);
18160             bool b = 1 == bad;
18161             bool b2 = v.size() == bad;
18162         }
18163     }
18165 This prints `T0` and `Bad`.
18167 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
18168 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
18169 the `==` in `Bad` requires no conversions.
18170 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
18172 ##### Note
18174 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
18175 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
18176 That is, it is highly visible.
18178 ##### Note
18180 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templates from ADL.
18182 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`.
18185 ##### Enforcement
18187 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
18190 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
18192 ##### Reason
18194 Because that's the best we can do without direct concept support.
18195 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
18197 ##### Example
18199     template<typename T>
18200     enable_if_t<is_integral_v<T>>
18201     f(T v)
18202     {
18203         // ...
18204     }
18206     // Equivalent to:
18207     template<Integral T>
18208     void f(T v)
18209     {
18210         // ...
18211     }
18213 ##### Note
18215 Beware of [complementary constraints](#Rt-not).
18216 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
18218 ##### Enforcement
18222 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
18224 ##### Reason
18226 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
18228 ##### Example
18230     ???
18232 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
18234 ##### Enforcement
18239 ##### Note
18242 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
18244 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
18245 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
18246 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
18248 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
18250 ##### Reason
18252 Eases understanding.
18253 Minimizes errors from unexpected dependencies.
18254 Eases tool creation.
18256 ##### Example
18258     template<typename C>
18259     void sort(C& c)
18260     {
18261         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
18262     }
18264     template<typename Iter>
18265     Iter algo(Iter first, Iter last)
18266     {
18267         for (; first != last; ++first) {
18268             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
18269             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
18270                                    // helper is chosen based on first and x
18271             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
18272         }
18273     }
18275 ##### Note
18277 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
18279 ##### Note
18281 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.
18282 For example, algorithms usually use other algorithms and invoke operations that do not exclusively operate on arguments.
18283 And don't get us started on macros!
18285 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
18287 ##### Enforcement
18289 ??? Tricky
18291 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
18293 ##### Reason
18295 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
18296 This limits use and typically increases code size.
18298 ##### Example, bad
18300     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18301         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18302     class List {
18303     public:
18304         struct Link {   // does not depend on A
18305             T elem;
18306             Link* pre;
18307             Link* suc;
18308         };
18310         using iterator = Link*;
18312         iterator first() const { return head; }
18314         // ...
18315     private:
18316         Link* head;
18317     };
18319     List<int> lst1;
18320     List<int, My_allocator> lst2;
18322 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.
18323 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
18325     template<typename T>
18326     struct Link {
18327         T elem;
18328         Link* pre;
18329         Link* suc;
18330     };
18332     template<typename T, typename A = std::allocator<T>>
18333         // requires Regular<T> && Allocator<A>
18334     class List2 {
18335     public:
18336         using iterator = Link<T>*;
18338         iterator first() const { return head; }
18340         // ...
18341     private:
18342         Link<T>* head;
18343     };
18345     List2<int> lst1;
18346     List2<int, My_allocator> lst2;
18348 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
18349 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf). From that academic paper:
18350 "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)."
18352 ##### Note
18354 This also applies to lambdas that don't depend on all of the template parameters.
18356 ##### Enforcement
18358 * Flag member types that do not depend on every template parameter
18359 * Flag member functions that do not depend on every template parameter
18360 * Flag lambdas or variable templates that do not depend on every template parameter
18362 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
18364 ##### Reason
18366  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
18368 ##### Example
18370     template<typename T>
18371     class Foo {
18372     public:
18373         enum { v1, v2 };
18374         // ...
18375     };
18379     struct Foo_base {
18380         enum { v1, v2 };
18381         // ...
18382     };
18384     template<typename T>
18385     class Foo : public Foo_base {
18386     public:
18387         // ...
18388     };
18390 ##### Note
18392 A more general version of this rule would be
18393 "If a class template member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
18394 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
18396 ??? What about constants? class statics?
18398 ##### Enforcement
18400 * Flag ???
18402 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
18404 ##### Reason
18406 A template defines a general interface.
18407 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
18409 ##### Example
18411     ??? string specialization (==)
18413     ??? representation specialization ?
18415 ##### Note
18419 ##### Enforcement
18423 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
18425 ##### Reason
18427 * A template defines a general interface.
18428 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
18429 * Performance.
18431 ##### Example
18433 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
18435     struct pod_tag {};
18436     struct non_pod_tag {};
18438     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
18440     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
18442     template<class Iter>
18443     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
18444     {
18445         // use memmove
18446     }
18448     template<class Iter>
18449     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
18450     {
18451         // use loop calling copy constructors
18452     }
18454     template<class Iter>
18455     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
18456     {
18457         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Value_type<Iter>>::tag{})
18458     }
18460     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
18461     {
18462         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
18463         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
18464     }
18466 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
18468 ##### Note
18470 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
18472     template<class Iter>
18473         requires Pod<Value_type<Iter>>
18474     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18475     {
18476         // use memmove
18477     }
18479     template<class Iter>
18480     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
18481     {
18482         // use loop calling copy constructors
18483     }
18485 ##### Enforcement
18490 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
18492 ##### Reason
18494  ???
18496 ##### Example
18498     ???
18500 ##### Enforcement
18504 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
18506 ##### Reason
18508 `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
18510 ##### Example
18512     template<typename T, typename U>
18513     void f(T t, U u)
18514     {
18515         T v1(T(u));    // mistake: oops, v1 is a function not a variable
18516         T v2{u};       // clear:   obviously a variable
18517         auto x = T(u); // unclear: construction or cast?
18518     }
18520     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
18522 ##### Enforcement
18524 * flag `()` initializers
18525 * flag function-style casts
18528 ### <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
18530 ##### Reason
18532 * Provide only intended flexibility.
18533 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
18535 ##### Example
18537 There are three major ways to let calling code customize a template.
18539     template<class T>
18540         // Call a member function
18541     void test1(T t)
18542     {
18543         t.f();    // require T to provide f()
18544     }
18546     template<class T>
18547     void test2(T t)
18548         // Call a non-member function without qualification
18549     {
18550         f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
18551     }
18553     template<class T>
18554     void test3(T t)
18555         // Invoke a "trait"
18556     {
18557         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
18558                               // to get non-default functions/types
18559     }
18561 A trait is usually a type alias to compute a type,
18562 a `constexpr` function to compute a value,
18563 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
18565 ##### Note
18567 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
18568 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
18569 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
18570 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-visible).
18573 ##### Enforcement
18575 * 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.
18578 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
18580 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
18581 for object-oriented programming.
18582 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
18584 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
18586 ##### Reason
18588 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
18590 ##### Example, bad
18592     template<typename T>
18593     struct Container {         // an interface
18594         virtual T* get(int i);
18595         virtual T* first();
18596         virtual T* next();
18597         virtual void sort();
18598     };
18600     template<typename T>
18601     class Vector : public Container<T> {
18602     public:
18603         // ...
18604     };
18606     Vector<int> vi;
18607     Vector<string> vs;
18609 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.
18611 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
18612 Similar for `vector<string>::sort()`.
18613 Unless those two functions are called that's code bloat.
18614 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
18616 ##### Note
18618 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
18619 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
18621 ##### Enforcement
18623 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
18625 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
18627 ##### Reason
18629 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
18631 ##### Example
18633 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
18635     void maul(Fruit* p)
18636     {
18637         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
18638         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
18639     }
18641     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
18643     maul(aa);
18644     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
18645     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
18647 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
18648 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
18649 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
18650 Never write such code.
18652 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
18654 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
18656     void maul2(Fruit* p)
18657     {
18658         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
18659     }
18661     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
18663     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
18664     maul2(&va[0]);   // you asked for it
18666     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
18668 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
18670 ##### Enforcement
18672 * Detect this horror!
18674 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
18676 ##### Reason
18678  ???
18680 ##### Example
18682     ???
18684 ##### Enforcement
18688 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18690 ##### Reason
18692 C++ does not support that.
18693 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18694 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18696 ##### Example, don't
18698     class Shape {
18699         // ...
18700         template<class T>
18701         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18702     };
18704 ##### Note
18706 We need a rule because people keep asking about this
18708 ##### Alternative
18710 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18712 ##### Enforcement
18714 The compiler handles that.
18716 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18718 ##### Reason
18720 Improve stability of code.
18721 Avoid code bloat.
18723 ##### Example
18725 It could be a base class:
18727     struct Link_base {   // stable
18728         Link_base* suc;
18729         Link_base* pre;
18730     };
18732     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18733     struct Link : Link_base {
18734         T val;
18735     };
18737     struct List_base {
18738         Link_base* first;   // first element (if any)
18739         int sz;             // number of elements
18740         void add_front(Link_base* p);
18741         // ...
18742     };
18744     template<typename T>
18745     class List : List_base {
18746     public:
18747         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18748         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18749         // ...
18750     };
18752     List<int> li;
18753     List<string> ls;
18755 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18756 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18758 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.
18760 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18762 ##### Enforcement
18766 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18770 ### <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
18772 ##### Reason
18774 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18776 ##### Example
18778     ??? printf
18780 ##### Enforcement
18782 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18784 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18786 ##### Reason
18788  ???
18790 ##### Example
18792     ??? beware of move-only and reference arguments
18794 ##### Enforcement
18798 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18800 ##### Reason
18802  ???
18804 ##### Example
18806     ??? forwarding, type checking, references
18808 ##### Enforcement
18812 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18814 ##### Reason
18816 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18818 ##### Example
18820     ???
18822 ##### Enforcement
18826 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18828 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18830 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18831 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18832 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18834 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18836 ##### Reason
18838 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18839 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18840 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18841 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++.
18843 ##### Example, bad
18845     ???
18847 ##### Example, bad
18849     enable_if
18851 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18853 ##### Example
18855     ??? good
18857 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18859 ##### Note
18861 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18863 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18865 ##### Reason
18867 Where C++20 is not available, we need to emulate them using TMP.
18868 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18870 ##### Example
18872     template<typename Iter>
18873         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18874     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18876     template<typename Iter>
18877         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18878     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18880 ##### Note
18882 Such code is much simpler using concepts:
18884     void advance(random_access_iterator auto p, int n) { p += n; }
18886     void advance(forward_iterator auto p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18888 ##### Enforcement
18892 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18894 ##### Reason
18896 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18898 ##### Note
18900 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18902 ##### Example
18904     ??? big object / small object optimization
18906 ##### Enforcement
18910 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18912 ##### Reason
18914 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18915 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18917 ##### Note
18919 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18921 ##### Example
18923     template<typename T>
18924         // requires Number<T>
18925     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18926     {
18927         T res = 1;
18928         while (n--) res *= v;
18929         return res;
18930     }
18932     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18934 ##### Enforcement
18936 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18938 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18940 ##### Reason
18942 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18944 ##### Example
18946     ???
18948 ##### Enforcement
18952 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18954 ##### Reason
18956 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18957 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18959 ##### Example
18961     ???
18963 ##### Enforcement
18967 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18969 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: If an operation can be reused, give it a name](#Rt-name
18971 See [F.10](#Rf-name)
18973 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18975 See [F.11](#Rf-lambda)
18977 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18979 ##### Reason
18981 Improved readability.
18983 ##### Example
18985     ???
18987 ##### Enforcement
18991 ### <a name="Rt-non-generic"></a>T.143: Don't write unintentionally non-generic code
18993 ##### Reason
18995 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18997 ##### Example
18999 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
19001     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
19002         // ...
19003     }
19005     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
19006         // ...
19007     }
19009 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
19011 ##### Example
19013 Use the least-derived class that has the functionality you need.
19015     class Base {
19016     public:
19017         Bar f();
19018         Bar g();
19019     };
19021     class Derived1 : public Base {
19022     public:
19023         Bar h();
19024     };
19026     class Derived2 : public Base {
19027     public:
19028         Bar j();
19029     };
19031     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
19032     void my_func(Derived1& param)
19033     {
19034         use(param.f());
19035         use(param.g());
19036     }
19038     // good, uses only Base interface so only commit to that
19039     void my_func(Base& param)
19040     {
19041         use(param.f());
19042         use(param.g());
19043     }
19045 ##### Enforcement
19047 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
19048 * 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.
19049 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
19051 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
19053 ##### Reason
19055 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.
19057 ##### Example
19059     ???
19061 **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).
19063 ##### Enforcement
19065 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
19068 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
19070 ##### Reason
19072 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users' pain.
19074 ##### Example
19076     class X {
19077     public:
19078         X() = delete;
19079         X(const X&) = default;
19080         X(X&&) = default;
19081         X& operator=(const X&) = default;
19082         // ...
19083     };
19085 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
19087     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
19088     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
19091 ##### Enforcement
19093 Not feasible.
19095 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
19097 C and C++ are closely related languages.
19098 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
19099 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
19101 C rule summary:
19103 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
19104 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
19105 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
19107 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
19109 ##### Reason
19111 C++ provides better type checking and more notational support.
19112 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
19114 ##### Example
19116     char ch = 7;
19117     void* pv = &ch;
19118     int* pi = pv;   // not C++
19119     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
19121 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
19122 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
19124 ##### Enforcement
19126 Use a C++ compiler.
19128 ### <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++
19130 ##### Reason
19132 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
19134 ##### Example
19136     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
19137     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
19138     int* p3 = new int[10];                                   // not C
19139     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
19141 ##### Enforcement
19143 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
19145   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
19147 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
19149 ##### Reason
19151 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
19153 ##### Example
19155 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.
19156 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.
19158 ##### Example
19160 You can call C from C++:
19162     // in C:
19163     double sqrt(double);
19165     // in C++:
19166     extern "C" double sqrt(double);
19168     sqrt(2);
19170 ##### Example
19172 You can call C++ from C:
19174     // in C:
19175     X call_f(struct Y*, int);
19177     // in C++:
19178     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
19179     {
19180         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
19181     }
19183 ##### Enforcement
19185 None needed
19187 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
19189 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
19190 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
19192 Source file rule summary:
19194 * [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)
19195 * [SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
19196 * [SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
19197 * [SF.4: Include header files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
19198 * [SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
19199 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
19200 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
19201 * [SF.8: Use `#include` guards for all header files](#Rs-guards)
19202 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
19203 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
19204 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
19205 * [SF.12: Prefer the quoted form of `#include` for files relative to the including file and the angle bracket form everywhere else](#Rs-incform)
19207 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
19208 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
19209 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities](#Rs-unnamed2)
19211 ### <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
19213 See [NL.27](#Rl-file-suffix)
19215 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A header file must not contain object definitions or non-inline function definitions
19217 ##### Reason
19219 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
19221 ##### Example
19223     // file.h:
19224     namespace Foo {
19225         int x = 7;
19226         int xx() { return x+x; }
19227     }
19229     // file1.cpp:
19230     #include <file.h>
19231     // ... more ...
19233      // file2.cpp:
19234     #include <file.h>
19235     // ... more ...
19237 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
19239 **Alternative formulation**: A header file must contain only:
19241 * `#include`s of other header files (possibly with include guards)
19242 * templates
19243 * class definitions
19244 * function declarations
19245 * `extern` declarations
19246 * `inline` function definitions
19247 * `constexpr` definitions
19248 * `const` definitions
19249 * `using` alias definitions
19250 * ???
19252 ##### Enforcement
19254 Check the positive list above.
19256 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use header files for all declarations used in multiple source files
19258 ##### Reason
19260 Maintainability. Readability.
19262 ##### Example, bad
19264     // bar.cpp:
19265     void bar() { cout << "bar\n"; }
19267     // foo.cpp:
19268     extern void bar();
19269     void foo() { bar(); }
19271 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
19272 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
19274 ##### Enforcement
19276 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
19278 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include header files before other declarations in a file
19280 ##### Reason
19282 Minimize context dependencies and increase readability.
19284 ##### Example
19286     #include <vector>
19287     #include <algorithm>
19288     #include <string>
19290     // ... my code here ...
19292 ##### Example, bad
19294     #include <vector>
19296     // ... my code here ...
19298     #include <algorithm>
19299     #include <string>
19301 ##### Note
19303 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
19305 ##### Note
19307 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
19308 (as in the example labeled "bad").
19309 However
19311 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
19312 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
19313 * full protection and flexibility require modules.
19315 **See also**:
19317 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
19318 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
19320 ##### Enforcement
19322 Easy.
19324 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the header file(s) that defines its interface
19326 ##### Reason
19328 This enables the compiler to do an early consistency check.
19330 ##### Example, bad
19332     // foo.h:
19333     void foo(int);
19334     int bar(long);
19335     int foobar(int);
19337     // foo.cpp:
19338     void foo(int) { /* ... */ }
19339     int bar(double) { /* ... */ }
19340     double foobar(int);
19342 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
19344 ##### Example
19346     // foo.h:
19347     void foo(int);
19348     int bar(long);
19349     int foobar(int);
19351     // foo.cpp:
19352     #include "foo.h"
19354     void foo(int) { /* ... */ }
19355     int bar(double) { /* ... */ }
19356     double foobar(int);   // error: wrong return type
19358 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
19359 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.
19361 ##### Enforcement
19365 ### <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)
19367 ##### Reason
19369  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
19370  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
19371  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
19373 ##### Example
19375     #include <string>
19376     #include <vector>
19377     #include <iostream>
19378     #include <memory>
19379     #include <algorithm>
19381     using namespace std;
19383     // ...
19385 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
19386 could be distracting.
19388 ##### Example
19390 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
19392     #include <cmath>
19393     using namespace std;
19395     int g(int x)
19396     {
19397         int sqrt = 7;
19398         // ...
19399         return sqrt(x); // error
19400     }
19402 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
19403 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
19405 ##### Note
19407 A `.cpp` file is a form of local scope.
19408 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
19409 an N-line function containing a `using namespace X`,
19410 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
19412 ##### Note
19414 [Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive).
19416 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
19418 ##### Reason
19420 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.
19422 ##### Example
19424     // bad.h
19425     #include <iostream>
19426     using namespace std; // bad
19428     // user.cpp
19429     #include "bad.h"
19431     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
19433     int main()
19434     {
19435         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
19436     }
19438 ##### Note
19440 An exception is `using namespace std::literals;`. This is necessary to use string literals
19441 in header files and given [the rules](http://eel.is/c++draft/over.literal) - users are required
19442 to name their own UDLs `operator""_x` - they will not collide with the standard library.
19444 ##### Enforcement
19446 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
19448 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all header files
19450 ##### Reason
19452 To avoid files being `#include`d several times.
19454 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
19455 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
19456 the header file is part of.
19458 ##### Example
19460     // file foobar.h:
19461     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
19462     #define LIBRARY_FOOBAR_H
19463     // ... declarations ...
19464     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
19466 ##### Enforcement
19468 Flag `.h` files without `#include` guards.
19470 ##### Note
19472 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
19473 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
19474 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
19475 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
19477 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
19479 ##### Reason
19481 Cycles complicate comprehension and slow down compilation. They also
19482 complicate conversion to use language-supported modules (when they become
19483 available).
19485 ##### Note
19487 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
19489 ##### Example, bad
19491     // file1.h:
19492     #include "file2.h"
19494     // file2.h:
19495     #include "file3.h"
19497     // file3.h:
19498     #include "file1.h"
19500 ##### Enforcement
19502 Flag all cycles.
19505 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
19507 ##### Reason
19509 Avoid surprises.
19510 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
19511 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
19513 ##### Example, bad
19515     #include <iostream>
19516     using namespace std;
19518     void use()
19519     {
19520         string s;
19521         cin >> s;               // fine
19522         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
19523         if (s == "surprise") {  // error == not defined
19524             // ...
19525         }
19526     }
19528 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
19529 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
19530 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
19531 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`").
19533 The solution is to explicitly `#include <string>`:
19535 ##### Example, good
19537     #include <iostream>
19538     #include <string>
19539     using namespace std;
19541     void use()
19542     {
19543         string s;
19544         cin >> s;               // fine
19545         getline(cin, s);        // fine
19546         if (s == "surprise") {  // fine
19547             // ...
19548         }
19549     }
19551 ##### Note
19553 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
19554 For example:
19556     // basic_std_lib.h:
19558     #include <string>
19559     #include <map>
19560     #include <iostream>
19561     #include <random>
19562     #include <vector>
19564 a user can now get that set of declarations with a single `#include`
19566     #include "basic_std_lib.h"
19568 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
19570 ##### Enforcement
19572 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
19573 No really good solution is possible until we have modules.
19575 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19577 ##### Reason
19579 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19580 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19581 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19583 ##### Example
19585     #include "helpers.h"
19586     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19588 ##### Note
19590 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19592 ##### Note
19594 A header should include all its dependencies. Be careful about using relative paths because C++ implementations diverge on their meaning.
19596 ##### Enforcement
19598 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19600 ### <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
19602 ##### Reason
19604 The [standard](http://eel.is/c++draft/cpp.include) provides flexibility for compilers to implement
19605 the two forms of `#include` selected using the angle (`<>`) or quoted (`""`) syntax. Vendors take
19606 advantage of this and use different search algorithms and methods for specifying the include path.
19608 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).
19610 ##### Example
19612     // foo.cpp:
19613     #include <string>                // From the standard library, requires the <> form
19614     #include <some_library/common.h> // A file that is not locally relative, included from another library; use the <> form
19615     #include "foo.h"                 // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19616     #include "foo_utils/utils.h"     // A file locally relative to foo.cpp in the same project, use the "" form
19617     #include <component_b/bar.h>     // A file in the same project located via a search path, use the <> form
19619 ##### Note
19621 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.
19623 Library creators should put their headers in a folder and have clients include those files using the relative path `#include <some_library/common.h>`
19625 ##### Enforcement
19627 A test should identify whether headers referenced via `""` could be referenced with `<>`.
19629 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19631 ##### Reason
19633  ???
19635 ##### Example
19637     ???
19639 ##### Enforcement
19643 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19645 ##### Reason
19647 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19649 ##### Example
19651     // file foo.h:
19652     namespace
19653     {
19654         const double x = 1.234;  // bad
19656         double foo(double y)     // bad
19657         {
19658             return y + x;
19659         }
19660     }
19662     namespace Foo
19663     {
19664         const double x = 1.234; // good
19666         inline double foo(double y)        // good
19667         {
19668             return y + x;
19669         }
19670     }
19672 ##### Enforcement
19674 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19676 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/non-exported entities
19678 ##### Reason
19680 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19681 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19683 ##### Example; bad
19685     static int f();
19686     int g();
19687     static bool h();
19688     int k();
19690 ##### Example; good
19692     namespace {
19693         int f();
19694         bool h();
19695     }
19696     int g();
19697     int k();
19699 ##### Example
19701 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.
19703     ???
19705 ##### Enforcement
19707 * ???
19709 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19711 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19712 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19714 The standard library has steadily grown over the years.
19715 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19716 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19718 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19720 C++ Standard Library component summary:
19722 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19723 * [SL.str: String](#SS-string)
19724 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19725 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19726 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19727 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19729 Standard-library rule summary:
19731 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19732 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19733 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19734 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19735 * ???
19737 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19739 ##### Reason
19741 Save time. Don't re-invent the wheel.
19742 Don't replicate the work of others.
19743 Benefit from other people's work when they make improvements.
19744 Help other people when you make improvements.
19746 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19748 ##### Reason
19750 More people know the standard library.
19751 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19754 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19756 ##### Reason
19758 Adding to `std` might change the meaning of otherwise standards conforming code.
19759 Additions to `std` might clash with future versions of the standard.
19761 ##### Example
19763     namespace std { // BAD: violates standard
19764         class My_vector {
19765         //     . . .
19766         };
19767     }
19769     namespace Foo { // GOOD: user namespace is allowed
19770         class My_vector {
19771         //     . . .
19772         };
19773     }
19775 ##### Enforcement
19777 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19779 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19781 ##### Reason
19783 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19785 ##### Note
19787 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19788 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19790 Summary of more specific rules:
19792 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19795 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19799 Container rule summary:
19801 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19802 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19803 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19804 * [SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable](#Rsl-copy)
19806 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19808 ##### Reason
19810 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19811 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.
19812 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19813 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19815 ##### Example
19817     int v[SIZE];                        // BAD
19819     std::array<int, SIZE> w;            // ok
19821 ##### Example
19823     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19824     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19826     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19828 ##### Note
19830 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19832 ##### Note
19834 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19835 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19836 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19837 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19839 ##### Enforcement
19841 * 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`.
19843 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19845 ##### Reason
19847 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19849 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19850 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19851 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19853 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`.
19855 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.
19857 ##### Note
19859 `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.
19861 ##### Exceptions
19863 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19865 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19867 * 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.
19869 ##### Note
19871 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19872 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19874     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19875     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19877 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19879 ##### Enforcement
19881 * 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.
19883 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19885 ##### Reason
19887 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19889 ##### Note
19891 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19892 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()`.
19894 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19895 For example:
19897 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19898 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19900 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19902 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19903 For example
19905 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19907 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19909 ##### Example, bad
19911     void f()
19912     {
19913         array<int, 10> a, b;
19914         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19915         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19916     }
19918 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidates than `memset()`.
19920 ##### Example, good
19922     void f()
19923     {
19924         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19925         a.fill(0);
19926         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19927         fill(b, 0);                     // std::ranges::fill()
19929         if ( a == b ) {
19930           // ...
19931         }
19932     }
19934 ##### Example
19936 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.
19938     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19939     {
19940         v[0] = a[0];        // BAD
19941         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19942         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19944         v.at(0) = a[i];     // BAD
19945         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19946         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19947     }
19949 ##### Enforcement
19951 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19952 ??? insert link to a list of banned functions
19954 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19957 ### <a name="Rsl-copy"></a>SL.con.4: don't use `memset` or `memcpy` for arguments that are not trivially-copyable
19959 ##### Reason
19961 Doing so messes the semantics of the objects (e.g., by overwriting a `vptr`).
19963 ##### Note
19965 Similarly for (w)memset, (w)memcpy, (w)memmove, and (w)memcmp
19967 ##### Example
19969     struct base {
19970         virtual void update() = 0;
19971     };
19973     struct derived : public base {
19974         void update() override {}
19975     };
19978     void f(derived& a, derived& b) // goodbye v-tables
19979     {
19980         memset(&a, 0, sizeof(derived));
19981         memcpy(&a, &b, sizeof(derived));
19982         memcmp(&a, &b, sizeof(derived));
19983     }
19985 Instead, define proper default initialization, copy, and comparison functions
19987     void g(derived& a, derived& b)
19988     {
19989         a = {};    // default initialize
19990         b = a;     // copy
19991         if (a == b) do_something(a, b);
19992     }
19994 ##### Enforcement
19996 * Flag the use of those functions for types that are not trivially copyable
19998 **TODO Notes**:
20000 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
20001 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
20002 * 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).
20006 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
20008 Text manipulation is a huge topic.
20009 `std::string` doesn't cover all of it.
20010 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::span<char>`.
20011 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
20013 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
20015 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
20016 We don't consider ???
20018 String summary:
20020 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
20021 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences](#Rstr-view)
20022 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
20023 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
20024 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
20026 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
20027 * [SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
20028 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
20030 **See also**:
20032 * [F.24 span](#Rf-range)
20033 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
20036 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
20038 ##### Reason
20040 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
20042 ##### Example
20044     vector<string> read_until(const string& terminator)
20045     {
20046         vector<string> res;
20047         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20048             res.push_back(s);
20049         return res;
20050     }
20052 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
20053 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
20055 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string&` to allow more flexibility to callers:
20057     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
20058     {
20059         vector<string> res;
20060         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
20061             res.push_back(s);
20062         return res;
20063     }
20065 ##### Example, bad
20067 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
20069     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
20070         // return s1 + '.' + s2
20071     {
20072         int l1 = strlen(s1);
20073         int l2 = strlen(s2);
20074         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
20075         strcpy(p, s1, l1);
20076         p[l1] = '.';
20077         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
20078         p[l1 + l2 + 1] = 0;
20079         return p;
20080     }
20082 Did we get that right?
20083 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
20084 Will this code pass a security review?
20086 ##### Note
20088 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember that not all code is performance critical.
20089 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
20091 ##### Enforcement
20095 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::span<char>` to refer to character sequences
20097 ##### Reason
20099 `std::string_view` or `gsl::span<char>` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
20100 those sequences are allocated and stored.
20102 ##### Example
20104     vector<string> read_until(string_view terminator);
20106     void user(zstring p, const string& s, string_view ss)
20107     {
20108         auto v1 = read_until(p);
20109         auto v2 = read_until(s);
20110         auto v3 = read_until(ss);
20111         // ...
20112     }
20114 ##### Note
20116 `std::string_view` (C++17) is read-only.
20118 ##### Enforcement
20122 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
20124 ##### Reason
20126 Readability.
20127 Statement of intent.
20128 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.
20129 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
20131 ##### Example
20133     void f1(const char* s); // s is probably a string
20135 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
20137     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
20138     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
20139     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
20141 ##### Note
20143 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
20145 ##### Note
20147 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
20149 ##### Note
20151 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
20152 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
20153 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
20154 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible.
20156 ##### Enforcement
20158 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20159 * Flag uses of `delete` on a `char*`
20160 * Flag uses of `free()` on a `char*`
20162 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
20164 ##### Reason
20166 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
20168 ##### Example, bad
20170     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
20172     void print(const char* p)
20173     {
20174         cout << p << '\n';
20175     }
20177     void use()
20178     {
20179         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
20180     }
20182 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
20184 ##### Alternative
20186 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_view`](#Rstr-view).
20188 ##### Enforcement
20190 * Flag uses of `[]` on a `char*`
20192 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
20194 ##### Reason
20196 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
20197 and disables valuable optimizations.
20199 ##### Example
20201     ???
20203 ##### Note
20205 C++17
20207 ##### Enforcement
20212 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
20214 ##### Reason
20216 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
20218 ##### Example
20220     ???
20222 ##### Note
20226 ##### Enforcement
20230 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::span<char>` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
20232 ##### Reason
20234 `std::string_view` is read-only.
20236 ##### Example
20240 ##### Note
20244 ##### Enforcement
20246 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
20248 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
20250 ##### Reason
20252 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
20254 ##### Example
20256     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
20257     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
20258     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
20259     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
20263 ##### Enforcement
20268 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
20270 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
20271 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
20272 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
20273 and user-defined extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
20275 Iostream rule summary:
20277 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
20278 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
20279 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
20280 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
20281 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
20282 * [???](#???)
20284 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
20286 ##### Reason
20288 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
20289 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
20291 ##### Example
20293     char c;
20294     char buf[128];
20295     int i = 0;
20296     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
20297         buf[i++] = c;
20298     if (i == 128) {
20299         // ... handle too long string ....
20300     }
20302 Better (much simpler and probably faster):
20304     string s;
20305     s.reserve(128);
20306     cin >> s;
20308 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
20310 ##### Enforcement
20315 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
20317 ##### Reason
20319 Errors are typically best handled as soon as possible.
20320 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
20322 ##### Example
20324     ???
20326 ##### Enforcement
20330 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
20332 ##### Reason
20334 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
20336 ##### Example
20338     // write a complex number:
20339     complex<double> z{ 3, 4 };
20340     cout << z << '\n';
20342 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
20344 ##### Example
20346     // read a file of complex numbers:
20347     for (complex<double> z; cin >> z; )
20348         v.push_back(z);
20350 ##### Exception
20352 ??? performance ???
20354 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
20356 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
20357 flexibility of formatting and performance.
20358 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilience against security violations,
20359 implicit memory management, and `locale` handling.
20361 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
20363 `gets()`, `scanf()` using `%s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
20364 C11 defines some "optional extensions" that do extra checking of their arguments.
20365 If present in your C library, `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` might be safer alternatives, but they are still not type safe.
20367 ##### Enforcement
20369 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
20371 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
20373 ##### Reason
20375 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
20376 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
20378 ##### Example
20380     int main()
20381     {
20382         ios_base::sync_with_stdio(false);
20383         // ... use iostreams ...
20384     }
20386 ##### Enforcement
20390 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
20392 ##### Reason
20394 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
20395 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
20396 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
20398 ##### Example
20400     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
20401     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
20403 ##### Note
20405 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
20406 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
20408 ##### Note
20410 For string streams (specifically `ostringstream`), the insertion of an `endl` is entirely equivalent
20411 to the insertion of a `'\n'` character, but also in this case, `endl` might be significantly slower.
20413 `endl` does *not* take care of producing a platform specific end-of-line sequence (like `"\r\n"` on
20414 Windows). So for a string stream, `s << endl` just inserts a *single* character, `'\n'`.
20416 ##### Note
20418 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
20419 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
20421 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
20423 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
20424 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
20426 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
20428 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
20429 outputting time in various units.
20430 It provides clocks for registering `time_points`.
20432 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
20436 C Standard Library rule summary:
20438 * [SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
20439 * [???](#???)
20440 * [???](#???)
20442 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
20444 ##### Reason
20446 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
20448 ##### Enforcement
20450 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
20454 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
20456 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
20458 Architectural rule summary:
20460 * [A.1: Separate stable code from less stable code](#Ra-stable)
20461 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
20462 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
20463 * [???](#???)
20464 * [???](#???)
20465 * [???](#???)
20466 * [???](#???)
20467 * [???](#???)
20468 * [???](#???)
20470 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable code from less stable code
20472 Isolating less stable code facilitates its unit testing, interface improvement, refactoring, and eventual deprecation.
20474 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
20476 ##### Reason
20478 ##### Note
20480 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
20481 A library could be a set of headers (a "header-only library") or a set of headers plus a set of object files.
20482 You can statically or dynamically link a library into a program, or you can `#include` a header-only library.
20485 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
20487 ##### Reason
20489 * A cycle complicates the build process.
20490 * Cycles are hard to understand and might introduce indeterminism (unspecified behavior).
20492 ##### Note
20494 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
20495 For example:
20497     ???
20499 However, a library should not depend on another that depends on it.
20502 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
20504 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
20505 We know perfectly well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
20506 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
20508 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
20509 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
20510 but please don't naïvely trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
20511 such "wisdom" might be based on decades-old information or experiences from languages with very different properties than C++
20512 (e.g., C or Java).
20514 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
20516 Non-rule summary:
20518 * [NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
20519 * [NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
20520 * [NR.3: Don't avoid exceptions](#Rnr-no-exceptions)
20521 * [NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
20522 * [NR.5: Don't use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
20523 * [NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
20524 * [NR.7: Don't make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
20525 * ???
20527 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't insist that all declarations should be at the top of a function
20529 ##### Reason
20531 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.
20532 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
20534 ##### Example, bad
20536     int use(int x)
20537     {
20538         int i;
20539         char c;
20540         double d;
20542         // ... some stuff ...
20544         if (x < i) {
20545             // ...
20546             i = f(x, d);
20547         }
20548         if (i < x) {
20549             // ...
20550             i = g(x, c);
20551         }
20552         return i;
20553     }
20555 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
20556 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
20557 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
20560 ##### Alternative
20562 * [Always initialize an object](#Res-always)
20563 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
20565 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't insist to have only a single `return`-statement in a function
20567 ##### Reason
20569 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
20570 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
20572 ##### Example
20574     template<class T>
20575     //  requires Number<T>
20576     string sign(T x)
20577     {
20578         if (x < 0)
20579             return "negative";
20580         if (x > 0)
20581             return "positive";
20582         return "zero";
20583     }
20585 to use a single return only we would have to do something like
20587     template<class T>
20588     //  requires Number<T>
20589     string sign(T x)        // bad
20590     {
20591         string res;
20592         if (x < 0)
20593             res = "negative";
20594         else if (x > 0)
20595             res = "positive";
20596         else
20597             res = "zero";
20598         return res;
20599     }
20601 This is both longer and likely to be less efficient.
20602 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
20603 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
20605 ##### Example
20607     int index(const char* p)
20608     {
20609         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
20610         // ... do a lookup to find the index for p
20611         return i;
20612     }
20614 If we applied the rule, we'd get something like
20616     int index2(const char* p)
20617     {
20618         int i;
20619         if (!p)
20620             i = -1;  // error indicator
20621         else {
20622             // ... do a lookup to find the index for p
20623         }
20624         return i;
20625     }
20627 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
20628 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
20630 ##### Alternative
20632 * Keep functions short and simple
20633 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
20635 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't avoid exceptions
20637 ##### Reason
20639 There seem to be four main reasons given for not using exceptions:
20641 * exceptions are inefficient
20642 * exceptions lead to leaks and errors
20643 * exception performance is not predictable
20644 * the exception-handling run-time support takes up too much space
20646 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
20647 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
20648 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
20649 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
20651 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
20652 and in the context of these guidelines.
20653 Simple arguments for and against are often inconclusive.
20654 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
20655 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
20657 Consider the major objections to exceptions in turn
20659 * Exceptions are inefficient:
20660 Compared to what?
20661 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
20662 In particular, do not compare a program that immediately terminates on seeing an error to a program
20663 that carefully cleans up resources before logging an error.
20664 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
20665 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
20666 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
20667 insight into the problem under discussion.
20668 * Exceptions lead to leaks and errors.
20669 They do not.
20670 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
20671 you have a problem whatever you do.
20672 If your system consists of a million lines of such code,
20673 you probably will not be able to use exceptions,
20674 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
20675 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
20676 * Exception performance is not predictable.
20677 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
20678 you need tools to back up such guarantees.
20679 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
20680 * The exception-handling run-time support takes up too much space.
20681 This can be the case in small (usually embedded) systems.
20682 However, before abandoning exceptions consider what space consistent error-handling using error-codes would require
20683 and what failure to catch an error would cost.
20685 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
20687 The fundamental arguments for the use of exceptions are
20689 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
20690 * They cannot be forgotten or ignored
20691 * They can be used systematically
20693 Remember
20695 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
20696 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
20697 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
20698 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20700 ##### Example
20702     ???
20704 ##### Alternative
20706 * [RAII](#Re-raii)
20707 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20709 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't insist on placing each class definition in its own source file
20711 ##### Reason
20713 The resulting number of files from placing each class in its own file are hard to manage and can slow down compilation.
20714 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20716 ##### Example
20718     ???
20720 ##### Alternative
20722 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20724 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't use two-phase initialization
20726 ##### Reason
20728 Splitting initialization into two leads to weaker invariants,
20729 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20730 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20732 ##### Example, bad
20734     // Old conventional style: many problems
20736     class Picture
20737     {
20738         int mx;
20739         int my;
20740         int * data;
20741     public:
20742         // main problem: constructor does not fully construct
20743         Picture(int x, int y)
20744         {
20745             mx = x;         // also bad: assignment in constructor body
20746                             // rather than in member initializer
20747             my = y;
20748             data = nullptr; // also bad: constant initialization in constructor
20749                             // rather than in member initializer
20750         }
20752         ~Picture()
20753         {
20754             Cleanup();
20755         }
20757         // ...
20759         // bad: two-phase initialization
20760         bool Init()
20761         {
20762             // invariant checks
20763             if (mx <= 0 || my <= 0) {
20764                 return false;
20765             }
20766             if (data) {
20767                 return false;
20768             }
20769             data = (int*) malloc(mx*my*sizeof(int));   // also bad: owning raw * and malloc
20770             return data != nullptr;
20771         }
20773         // also bad: no reason to make cleanup a separate function
20774         void Cleanup()
20775         {
20776             if (data) free(data);
20777             data = nullptr;
20778         }
20779     };
20781     Picture picture(100, 0); // not ready-to-use picture here
20782     // this will fail..
20783     if (!picture.Init()) {
20784         puts("Error, invalid picture");
20785     }
20786     // now have an invalid picture object instance.
20788 ##### Example, good
20790     class Picture
20791     {
20792         int mx;
20793         int my;
20794         vector<int> data;
20796         static int check_size(int size)
20797         {
20798             // invariant check
20799             Expects(size > 0);
20800             return size;
20801         }
20803     public:
20804         // even better would be a class for a 2D Size as one single parameter
20805         Picture(int x, int y)
20806             : mx(check_size(x))
20807             , my(check_size(y))
20808             // now we know x and y have a valid size
20809             , data(mx * my) // will throw std::bad_alloc on error
20810         {
20811             // picture is ready-to-use
20812         }
20814         // compiler generated dtor does the job. (also see C.21)
20816         // ...
20817     };
20819     Picture picture1(100, 100);
20820     // picture1 is ready-to-use here...
20822     // not a valid size for y,
20823     // default contract violation behavior will call std::terminate then
20824     Picture picture2(100, 0);
20825     // not reach here...
20827 ##### Alternative
20829 * Always establish a class invariant in a constructor.
20830 * Don't define an object before it is needed.
20832 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20834 ##### Reason
20836 `goto` is error-prone.
20837 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20839 ##### Example, bad
20841     void do_something(int n)
20842     {
20843         if (n < 100) goto exit;
20844         // ...
20845         int* p = (int*) malloc(n);
20846         // ...
20847         if (some_error) goto_exit;
20848         // ...
20849     exit:
20850         free(p);
20851     }
20853 and spot the bug.
20855 ##### Alternative
20857 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20858 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20860 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't make all data members `protected`
20862 ##### Reason
20864 `protected` data is a source of errors.
20865 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20866 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20868 ##### Example
20870     ???
20872 ##### Alternative
20874 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20877 # <a name="S-references"></a>RF: References
20879 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20880 Many
20882 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20883 * are written by C++ novices
20884 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20885 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20886 * are written to preserve decades old code bases
20887 * aim at a single application domain
20888 * are downright counterproductive
20889 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20891 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20892 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20894 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20895 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.
20896 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20897 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20899 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20900 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20901 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20903 Reference sections:
20905 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20906 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20907 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20908 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20909 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20910 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20911 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20913 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20915 * [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)
20916 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20917   ???.
20918 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20919   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20920 * Facebook: ???
20921 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20922   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20923 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20924   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.
20925 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20926   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20927   For flight control software.
20928   For hard-real-time.
20929   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20930   For example, no free store allocation or deallocation is allowed to occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20931   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).
20932   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20933   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20934   Recommended, but note its very specific focus.
20935 * [MISRA C++ 2008: Guidelines for the use of the C++ language in critical systems](https://www.misra.org.uk/Buyonline/tabid/58/Default.aspx).
20936 * [Using C++ in Mozilla Code](https://firefox-source-docs.mozilla.org/code-quality/coding-style/using_cxx_in_firefox_code.html).
20937   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20938   As such, it is restrictive.
20939 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20940   ???.
20941 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20942   ???.
20943 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/x/Wnw-BQ).
20944   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20945   Many of their rules apply generally.
20946 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20947 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20948   Somewhat brief, based on C++14, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20949 * ???
20951 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20953 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20954 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20955 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20956 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20957 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20958 * [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.
20959 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20960   LCSD05. October 2005.
20961 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20962   Addison Wesley 2014.
20963   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20964 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20965   Addison Wesley 2013.
20966   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20967 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20968   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20969   Mostly low-level naming and layout rules.
20970   Primarily a teaching tool.
20972 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20974 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20975 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20976 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20977 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20978 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20979 A textbook for beginners and relative novices.
20981 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20983 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20984 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20985 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20986 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20987 * [Adobe open source](https://opensource.adobe.com/)
20988 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20989 * Sutter's Mill?
20990 * ???
20992 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20994 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20995 * 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
20996 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20997 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20998 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20999 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
21000 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21001 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
21002 * CppCon 15
21003 * ??? C++ Next
21004 * ??? Meting C++
21005 * ??? more ???
21007 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
21009 * ISO C++ Standard C++11.
21010 * ISO C++ Standard C++14.
21011 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
21012 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
21013 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
21014 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
21017 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
21019 This section contains materials that have been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
21021 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
21022 * 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.
21023 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
21024 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
21025 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
21026 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
21027 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
21028 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
21029 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
21030 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
21032 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
21034 Contributions to this list would be most welcome.
21036 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
21038 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
21040 * Peter Juhl
21041 * Neil MacIntosh
21042 * Axel Naumann
21043 * Andrew Pardoe
21044 * Gabriel Dos Reis
21045 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
21046 * Sergey Zubkov
21048 and see the contributor list on the github.
21050 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
21052 Ideally, we would follow all of the guidelines.
21053 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
21054 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
21055 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
21056 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
21058 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
21059 of problems first and leave the rest until later.
21060 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
21061 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
21062 We call such a set of related guidelines a "profile".
21063 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"
21064 or "static type safety."
21065 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
21066 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
21068 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset of rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
21069 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
21070 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
21072 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
21073 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
21074 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
21075 although such errors might be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
21076 A profile might also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
21078 Profiles summary:
21080 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
21081 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
21082 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
21084 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
21085 Candidates include:
21087 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
21088 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
21089 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
21090 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
21091 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
21093 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
21095 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
21097     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
21098     {
21099         // ...
21100     }
21102 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
21103 Obviously, suppression should be very rare.
21105 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
21107 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
21108 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
21110 For the purposes of this section,
21111 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.
21112 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
21113 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21115 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
21117 Type safety profile summary:
21119 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
21121   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).
21122   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).
21123   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).
21124   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).
21125 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
21126 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
21127 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
21128 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
21129 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
21130 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-casts-named) or `T{expression}`.
21131 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
21132 [always initialize](#Res-always).
21133 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
21134 [always initialize](#Res-always),
21135 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
21136 [default member initializers](#Rc-in-class-initializer).
21137 * <a name="Pro-type-union"></a>Type.7: Avoid naked union:
21138 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
21139 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
21140 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
21142 ##### Impact
21144 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
21145 An exception can be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
21146 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
21147 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
21150 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
21152 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
21153 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
21154 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
21156 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.
21157 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
21158 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
21160 Bounds safety profile summary:
21162 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
21163 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21164 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
21165 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21166 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
21167 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
21168 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
21169 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
21171 ##### Impact
21173 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
21174 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
21175 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
21176 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)
21177 and "mysterious values."
21180 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
21182 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
21183 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
21184 For example, a pointer might be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
21186 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
21188 Lifetime safety profile summary:
21190 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
21191 [detect or avoid](#Res-deref).
21193 ##### Impact
21195 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
21197 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
21198 * eliminates a major source of potential security violations
21199 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
21200 * increases confidence in correctness of code
21201 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
21204 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
21206 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
21207 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
21209 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.
21211 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
21212 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
21213 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
21215 These Guidelines use types from the standard (e.g., C++17) in addition to ones from the GSL.
21216 For example, we assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
21217 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
21219 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++.
21220 Therefore, please consult your GSL documentation to find out more.
21222 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).
21224 Summary of GSL components:
21226 * [GSL.view: Views](#SS-views)
21227 * [GSL.owner](#SS-ownership)
21228 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
21229 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
21230 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
21232 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
21234 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
21236 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
21238 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.
21240 These "views" are never owners.
21242 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.
21244 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
21246 * `T*`      // The `T*` is not an owner, might be null; assumed to be pointing to a single element.
21247 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
21249 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.
21250 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
21252 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; might be `nullptr`.
21254 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
21255 Reasons for that include:
21257 * Cost of conversion.
21258 * The pointer is used with an ABI.
21259 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
21261 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
21263 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
21265 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
21267 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that must not be `nullptr`.
21268   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
21270 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
21271 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
21273 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.
21275 > 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.
21277 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
21278 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`.
21280 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
21281 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
21283 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.
21284 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`.
21287 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?
21289 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
21291 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
21292 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
21293 * `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.
21294 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements is determined at construction and fixed thereafter.
21295   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
21297 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
21299 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21300                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
21301                 // `Expects` is under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
21302 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
21304 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
21305 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
21306 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
21307 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
21309 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
21311 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
21312 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
21313 * `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)
21314 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
21315 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
21316 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
21317 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
21319 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
21321 These concepts (type predicates) are borrowed from
21322 Andrew Sutton's Origin library,
21323 the Range proposal,
21324 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
21325 Many of them are very similar to what became part of the ISO C++ standard in C++20.
21327 * `String`
21328 * `Number`
21329 * `Boolean`
21330 * `Range`              // in C++20, `std::ranges::range`
21331 * `Sortable`           // in C++20, `std::sortable`
21332 * `EqualityComparable` // in C++20, `std::equality_comparable`
21333 * `Convertible`        // in C++20, `std::convertible_to`
21334 * `Common`             // in C++20, `std::common_with`
21335 * `Integral`           // in C++20, `std::integral`
21336 * `SignedIntegral`     // in C++20, `std::signed_integral`
21337 * `SemiRegular`        // in C++20, `std::semiregular`
21338 * `Regular`            // in C++20, `std::regular`
21339 * `TotallyOrdered`     // in C++20, `std::totally_ordered`
21340 * `Function`           // in C++20, `std::invocable`
21341 * `RegularFunction`    // in C++20, `std::regular_invocable`
21342 * `Predicate`          // in C++20, `std::predicate`
21343 * `Relation`           // in C++20, `std::relation`
21344 * ...
21346 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
21348 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value)
21349 * `Unique_pointer`  // A type that matches `Pointer`, is movable, and is not copyable
21350 * `Shared_pointer`   // A type that matches `Pointer`, and is copyable
21352 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout suggestions
21354 Consistent naming and layout are helpful.
21355 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
21356 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
21357 Also, most real-world projects include code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
21358 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.
21359 IDEs and tools can help (as well as hinder).
21361 Naming and layout rules:
21363 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
21364 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
21365 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
21366 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
21367 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
21368 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
21369 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
21370 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
21371 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
21372 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
21373 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
21374 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
21375 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
21376 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
21377 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
21378 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
21379 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
21380 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
21381 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
21382 * [NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rl-file-suffix)
21384 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
21385 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
21386 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
21388 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.
21389 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
21390 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
21392 More specific and detailed rules are easier to enforce.
21394 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
21395 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
21397 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
21399 ##### Reason
21401 Compilers do not read comments.
21402 Comments are less precise than code.
21403 Comments are not updated as consistently as code.
21405 ##### Example, bad
21407     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
21409 ##### Enforcement
21411 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
21413 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
21415 ##### Reason
21417 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
21419 ##### Example
21421     void stable_sort(Sortable& c)
21422         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
21423         // their original relative order
21424     {
21425         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
21426     }
21428 ##### Note
21430 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
21432 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
21434 ##### Reason
21436 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
21438 ##### Note
21440 Use intelligible English.
21441 I might be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code might not be.
21442 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
21443 Aim for professionalism, not "cool."
21445 ##### Enforcement
21447 not possible.
21449 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
21451 ##### Reason
21453 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
21455 ##### Example, bad
21457     int i;
21458     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
21459     if (i == j)
21460         return i;
21462 ##### Note
21464 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
21466     if (i < 0) error("negative argument");
21468     if (i < 0)
21469         error("negative argument");
21471 ##### Enforcement
21473 Use a tool.
21475 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
21477 ##### Rationale
21479 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
21480 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
21481 Minimize unintentional conversions.
21483 ##### Example, bad
21485     void print_int(int i);
21486     void print_string(const char*);
21488     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
21489     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
21491 ##### Example, good
21493     void print(int i);
21494     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
21496     print(1);              // clear, automatic type matching
21497     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
21499 ##### Note
21501 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
21503     printS  // print a std::string
21504     prints  // print a C-style string
21505     printi  // print an int
21507 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).
21509 ##### Note
21511 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
21513     auto p = new User();
21514     auto p = make_unique<User>();
21515     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
21516     //       just generally to say "this is an indirection"
21518     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
21519     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
21520     //       just generally to say "this is a count of something"
21522 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21524 ##### Note
21526 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
21528     struct S {
21529         int m_;
21530         S(int m) : m_{abs(m)} { }
21531     };
21533 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21535 ##### Note
21537 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
21538 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
21540     typename<typename T>
21541     class HashTable {   // maps string to T
21542         // ...
21543     };
21545     HashTable<int> index;
21547 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
21549 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
21551 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
21553 ##### Example
21555     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
21557     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
21559     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
21561     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
21563     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
21565 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
21567 ##### Enforcement
21571 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
21573 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
21575 ##### Note
21577 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
21578 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
21580 ##### Example
21582 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
21584 * `int`
21585 * `vector`
21586 * `my_map`
21588 Avoid double underscores `__`.
21590 ##### Example
21592 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21593 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21595 * `int`
21596 * `vector`
21597 * `My_map`
21599 ##### Example
21601 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
21603 * `int`
21604 * `vector`
21605 * `MyMap`
21606 * `myMap`
21608 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
21610 ##### Note
21612 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
21614     int mtbf {12};
21615     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
21617 ##### Enforcement
21619 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
21621 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
21623 ##### Reason
21625 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
21627 ##### Example
21629     void f()
21630     {
21631         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
21632         int v[SIZE];
21633     }
21635 ##### Note
21637 This rule applies to non-macro symbolic constants:
21639     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
21641 ##### Enforcement
21643 * Flag macros with lower-case letters
21644 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
21646 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
21648 ##### Reason
21650 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
21652 ##### Note
21654 This rule is a default to use only if you have a choice.
21655 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
21656 The need for consistency beats personal taste.
21658 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21659 This rule was added after many requests for guidance.
21661 ##### Example
21663 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
21664 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
21666 * `int`
21667 * `vector`
21668 * `My_map`
21670 ##### Enforcement
21672 Impossible.
21674 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
21676 ##### Reason
21678 Readability.
21680 ##### Example
21682 Use digit separators to avoid long strings of digits
21684     auto c = 299'792'458; // m/s2
21685     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
21686     auto ss_number = 123'456'7890;
21688 ##### Example
21690 Use literal suffixes where clarification is needed
21692     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
21693     auto world = "world";   // a C-style string
21694     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
21696 ##### Note
21698 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
21699 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
21700 It is easy to make a typo in a long string of integers.
21702 ##### Enforcement
21704 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
21706 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
21708 ##### Reason
21710 Too much space makes the text larger and distracts.
21712 ##### Example, bad
21714     #include < map >
21716     int main(int argc, char * argv [ ])
21717     {
21718         // ...
21719     }
21721 ##### Example
21723     #include <map>
21725     int main(int argc, char* argv[])
21726     {
21727         // ...
21728     }
21730 ##### Note
21732 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
21734 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21735 This rule was added after many requests for guidance.
21737 ##### Note
21739 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
21741 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
21743 ##### Reason
21745 A conventional order of members improves readability.
21747 When declaring a class use the following order
21749 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
21750 * constructors, assignments, destructor
21751 * functions
21752 * data
21754 Use the `public` before `protected` before `private` order.
21756 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21757 This rule was added after many requests for guidance.
21759 ##### Example
21761     class X {
21762     public:
21763         // interface
21764     protected:
21765         // unchecked function for use by derived class implementations
21766     private:
21767         // implementation details
21768     };
21770 ##### Example
21772 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
21773 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
21775     class X {
21776     public:
21777         // interface
21778     protected:
21779         // unchecked function for use by derived class implementations
21780     private:
21781         // implementation details (types, functions, and data)
21782     };
21784 ##### Example, bad
21786 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
21788     class X {   // bad
21789     public:
21790         void f();
21791     public:
21792         int g();
21793         // ...
21794     };
21796 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21797 However, using macros obscures what is being expressed anyway.
21799 ##### Enforcement
21801 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21803 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21805 ##### Reason
21807 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21809 ##### Note
21811 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21813 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21814 This rule was added after many requests for guidance.
21816 ##### Example
21818     struct Cable {
21819         int x;
21820         // ...
21821     };
21823     double foo(int x)
21824     {
21825         if (0 < x) {
21826             // ...
21827         }
21829         switch (x) {
21830         case 0:
21831             // ...
21832             break;
21833         case amazing:
21834             // ...
21835             break;
21836         default:
21837             // ...
21838             break;
21839         }
21841         if (0 < x)
21842             ++x;
21844         if (x < 0)
21845             something();
21846         else
21847             something_else();
21849         return some_value;
21850     }
21852 Note the space between `if` and `(`
21854 ##### Note
21856 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21858 ##### Note
21860 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21862 ##### Note
21864 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21866 ##### Note
21868 Do not capitalize function names.
21870 ##### Enforcement
21872 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21874 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21876 ##### Reason
21878 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21879 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21881 ##### Example
21883     T& operator[](size_t);   // OK
21884     T &operator[](size_t);   // just strange
21885     T & operator[](size_t);   // undecided
21887 ##### Note
21889 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21890 This rule was added after many requests for guidance.
21892 ##### Enforcement
21894 Impossible in the face of history.
21897 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21899 ##### Reason
21901 Readability.
21902 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21903 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21905 ##### Example
21907     int oO01lL = 6; // bad
21909     int splunk = 7;
21910     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21912 ##### Enforcement
21916 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21918 ##### Reason
21920 Readability.
21921 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21923 ##### Example
21925     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21926     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21928 ##### Enforcement
21930 Easy.
21932 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21934 ##### Reason
21936 Readability.
21937 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21939 ##### Note
21941 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21944 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21946 ##### Reason
21948 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21950 ##### Example
21952     void f(void);   // bad
21954     void g();       // better
21956 ##### Note
21958 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21959 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21961     int f();
21962     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21964 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21966 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21968 ##### Reason
21970 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21971 Consistency in large code bases.
21973 ##### Example
21975     const int x = 7;    // OK
21976     int const y = 9;    // bad
21978     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21979     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21981 ##### Note
21983 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21984 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21986 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21988 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21989 This rule was added after many requests for guidance.
21991 ##### Enforcement
21993 Flag `const` used as a suffix for a type.
21995 ### <a name="Rl-file-suffix"></a>NL.27: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
21997 ##### Reason
21999 It's a longstanding convention.
22000 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
22002 ##### Note
22004 This convention reflects a common use pattern:
22005 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
22006 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.
22007 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
22008 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
22010 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
22011 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
22012 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
22013 even though the actual extension might be different.
22015 Your IDE (if you use one) might have strong opinions about suffixes.
22017 ##### Example
22019     // foo.h:
22020     extern int a;   // a declaration
22021     extern void foo();
22023     // foo.cpp:
22024     int a;   // a definition
22025     void foo() { ++a; }
22027 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
22029 ##### Example, bad
22031     // foo.h:
22032     int a;   // a definition
22033     void foo() { ++a; }
22035 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
22037 ##### Enforcement
22039 * Flag non-conventional file names.
22040 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
22042 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
22044 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
22046 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
22048 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.
22050 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
22052 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).
22054 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
22056 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!"
22058 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
22060 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
22062 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
22064 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!
22066 ### <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?
22068 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.
22070 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
22072 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.
22074 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
22076 No. These guidelines are about how to best use modern standard C++ and write code assuming you have a modern conforming compiler.
22078 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
22080 No. These guidelines are about how to best use modern Standard C++, and they limit themselves to recommending only those features.
22082 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
22084 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
22086 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
22088 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
22089 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
22091 Avoid other HTML tags and other extensions.
22093 Note: We are not yet consistent with this style.
22095 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
22097 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.
22099 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
22101 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.
22103 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
22105 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.
22107 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
22109 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.
22111 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
22113 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.
22115 ### <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`?
22117 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>`.
22119 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
22121 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.
22123 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
22125 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.
22127 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
22129 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.
22131 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
22133 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
22135 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
22137 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
22139 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
22141 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
22143 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
22145 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
22147 Ideally, we follow all rules in all code.
22148 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
22150 * application code written before the guidelines were formulated or known
22151 * libraries written to older/different standards
22152 * code written under "unusual" constraints
22153 * code that we just haven't gotten around to modernizing
22155 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
22156 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
22158 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
22159 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
22160 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
22161 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
22162 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
22163 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
22165 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.
22166 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
22167 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
22168 The cost reductions must outweigh the risks.
22170 But how?
22172 There is no one approach to modernizing code.
22173 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
22174 Here are some (very general) ideas:
22176 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
22177   In most circumstances, it is also impossible.
22178 * 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.
22179 * 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.
22180 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
22181   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
22182   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
22184 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
22185 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
22187 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
22188 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
22190 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
22192 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
22193 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
22195 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
22197 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.
22199     class Employee {
22200         string email, first, last;
22201     public:
22202         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
22203         // ...
22204     };
22206     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
22207       : first(firstName),
22208         last(lastName),
22209         // BAD: first and last not yet constructed
22210         email(first + "." + last + "@acme.com")
22211     {}
22213 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.
22215 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.
22217 **References**:
22219 [\[Cline99\]](#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
22221 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
22225 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
22227 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:
22229 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
22230 * *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.
22231 * *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).)
22232 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
22234 Here is an example of the last option:
22236     class B {
22237     public:
22238         B()
22239         {
22240             /* ... */
22241             f(); // BAD: C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
22242             /* ... */
22243         }
22245         virtual void f() = 0;
22246     };
22248     class B {
22249     protected:
22250         class Token {};
22252     public:
22253         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22254         // protected access level is gained by requiring a Token.
22255         explicit B(Token) { /* ... */ }  // create an imperfectly initialized object
22256         virtual void f() = 0;
22258         template<class T>
22259         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating shared objects
22260         {
22261             auto p = make_shared<T>(typename T::Token{});
22262             p->post_initialize();
22263             return p;
22264         }
22266     protected:
22267         virtual void post_initialize()   // called right after construction
22268             { /* ... */ f(); /* ... */ } // GOOD: virtual dispatch is safe
22269         }
22270     };
22273     class D : public B {                 // some derived class
22274     protected:
22275         class Token {};
22277     public:
22278         // constructor needs to be public so that make_shared can access it.
22279         // protected access level is gained by requiring a Token.
22280         explicit D(Token) : B{ B::Token{} } {}
22281         void f() override { /* ...  */ };
22283     protected:
22284         template<class T>
22285         friend shared_ptr<T> B::create();
22286     };
22288     shared_ptr<D> p = D::create<D>();    // creating a D object
22290 This design requires the following discipline:
22292 * 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`.
22293 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46 in [SuttAlex05](#SuttAlex05)).
22294 * `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.
22296 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.
22298 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).
22300 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
22302 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and non-virtual
22304 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.
22306 ##### Example
22308 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>`:
22310     class Base {
22311     public:
22312         ~Base();                   // BAD, not virtual
22313         virtual ~Base();           // GOOD
22314         // ...
22315     };
22317     class Derived : public Base { /* ... */ };
22319     {
22320         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
22321         // ...
22322     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
22324 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:
22326     class My_policy {
22327     public:
22328         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
22329     protected:
22330         ~My_policy();              // GOOD
22331         // ...
22332     };
22334     template<class Policy>
22335     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
22337 ##### Note
22339 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
22341 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.
22343 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:
22345 * Whether it should behave virtually or not.
22346 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
22348 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.
22350 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.
22352 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.)
22354 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.
22356 ##### Exception
22358 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.
22360 Consider also this rare case:
22362 * `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.
22363 * 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.
22365 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.
22367 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`.
22369 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.
22371 **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
22373 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
22377 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
22379 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.
22381 ##### Example
22383     class Nefarious {
22384     public:
22385         Nefarious() { /* code that could throw */ }    // ok
22386         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
22387         // ...
22388     };
22390 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
22393         void test(string& s)
22394         {
22395             Nefarious n;          // trouble brewing
22396             string copy = s;      // copy the string
22397         } // destroy copy and then n
22399     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.
22401 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:
22404         class Innocent_bystander {
22405             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
22406             // ...
22407         };
22409         void test(string& s)
22410         {
22411             Innocent_bystander i;  // more trouble brewing
22412             string copy2 = s;      // copy the string
22413         } // destroy copy and then i
22415     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`.
22417 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
22420         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
22422 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
22425         void test()
22426         {
22427             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate()
22428         }
22430     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.
22432 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
22435         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
22437     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.
22439 ##### Note
22441 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.
22443 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
22445 > 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)
22447 > 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)
22449 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.
22450 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`:
22452     T& T::operator=(const T& other)
22453     {
22454         auto temp = other;
22455         swap(temp);
22456         return *this;
22457     }
22459 (See also Item 56. ???)
22461 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).
22463 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
22465 **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
22467 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
22469 ##### Reason
22471  ???
22473 ##### Note
22475 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
22477 ##### Note
22479 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
22481 ##### Example
22483     class X {
22484     public:
22485         X(const X&) { /* stuff */ }
22487         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
22489         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
22491         // BAD: failed to also define a move assignment operator
22493         // ...
22494     };
22496     X x1;
22497     X x2 = x1; // ok
22498     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22500 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.
22502     class X {
22503         HANDLE hnd;
22504         // ...
22505     public:
22506         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
22507         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
22508     };
22510     X x1;
22511     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22512     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
22514 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
22516     class X {
22517         string s; // defines more efficient move operations
22518         // ... other data members ...
22519     public:
22520         X(const X&) { /* stuff */ }
22521         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
22523         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
22524         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
22525     };
22527     X test()
22528     {
22529         X local;
22530         // ...
22531         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
22532     }
22534 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
22536 ##### Note
22538 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:
22540 * 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.)
22541 * 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.
22542 * 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.
22544 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
22546 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.
22548 **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.
22549 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
22550 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.)
22552 **References**: [\[SuttAlex05\]](#SuttAlex05) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
22554 Resource management rule summary:
22556 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
22557 * [Never return or throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
22558 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
22559 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
22560 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
22561 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
22562 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
22563 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
22565 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
22567 ##### Reason
22569 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
22571 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
22573 ##### Example
22575     template<class T>
22576     class Vector {
22577     private:
22578         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
22579         int sz;
22580         // ...
22581     };
22583 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.).
22585 ##### Example
22587     ??? "odd" non-memory resource ???
22589 ##### Enforcement
22591 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.
22593 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never return or throw while holding a resource not owned by a handle
22595 ##### Reason
22597 That would be a leak.
22599 ##### Example
22601     void f(int i)
22602     {
22603         FILE* f = fopen("a file", "r");
22604         ifstream is { "another file" };
22605         // ...
22606         if (i == 0) return;
22607         // ...
22608         fclose(f);
22609     }
22611 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:
22613     void f(int i)
22614     {
22615         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
22616         // ...
22617         if (i == 0) return;
22618         // ...
22619     }
22621 Better:
22623     void f(int i)
22624     {
22625         ifstream input {"a file"};
22626         // ...
22627         if (i == 0) return;
22628         // ...
22629     }
22631 ##### Enforcement
22633 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
22634 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
22635 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
22636 The use of `span` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
22638 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
22640 ##### Reason
22642 To be able to distinguish owners from views.
22644 ##### Note
22646 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
22648 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
22650 ##### Reason
22652 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
22654 ##### Example
22656     string* bad()   // really bad
22657     {
22658         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
22659         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
22660         return &v[0];
22661     }
22663     void use()
22664     {
22665         string* p = bad();
22666         vector<int> xx = {7, 8, 9};
22667         // undefined behavior: x might not be the string "This"
22668         string x = *p;
22669         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
22670         *p = "Evil!";
22671     }
22673 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.
22675 ##### Enforcement
22677 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.
22679 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
22681 ##### Reason
22683 To provide statically type-safe manipulation of elements.
22685 ##### Example
22687     template<typename T> class Vector {
22688         // ...
22689         T* elem;   // point to sz elements of type T
22690         int sz;
22691     };
22693 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
22695 ##### Reason
22697 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
22699 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
22701 ##### Example
22703     vector<int> get_large_vector()
22704     {
22705         return ...;
22706     }
22708     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
22710 ##### Exception
22712 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
22714 ##### Enforcement
22716 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
22718 ### <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
22720 ##### Reason
22722 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
22724 ##### Example
22726     ??? Messing with pointers
22728 ##### Note
22730 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
22732     template<typename T> struct Named {
22733         string name;
22734         T value;
22735     };
22737 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
22739 ##### Enforcement
22741 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.
22743 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
22745 ##### Reason
22747 It is common to need an initial set of elements.
22749 ##### Example
22751     template<typename T> class Vector {
22752     public:
22753         Vector(std::initializer_list<T>);
22754         // ...
22755     };
22757     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
22759 ##### Enforcement
22761 When is a class a container? ???
22763 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
22765 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
22766 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.
22768 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
22770 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
22772 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
22774 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
22776 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
22778 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
22779 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
22781 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
22783 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
22784 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
22785   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
22786 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
22787 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
22788 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
22789 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
22790 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
22791 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
22792 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
22793   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
22794 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
22795 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
22796 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
22797 * *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.
22798 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
22799 * *bug*: an error in a program.
22800 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
22801 * *class*: a user-defined type that can contain data members, function members, and member types.
22802 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
22803 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
22804 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
22805   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
22806 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
22807 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
22808 * *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).
22809 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
22810 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
22811   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).
22812 * *container*: an object that holds elements (other objects).
22813 * *copy*: an operation that makes two objects have values that compare equal. See also move.
22814 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
22815   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
22816   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
22817 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
22818   Ideally, cost should be a function of complexity.
22819 * *customization point*: ???
22820 * *data*: values used in a computation.
22821 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
22822 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
22823 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
22824   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
22825 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
22826 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
22827 * *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.
22828 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
22829 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
22830 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
22831 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
22832 * *file*: a container of permanent information in a computer.
22833 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
22834 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
22835 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
22836   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
22837 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
22838 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
22839 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
22840 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
22841   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
22842 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
22843 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
22844 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
22845 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
22846   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
22847 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
22848 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
22849 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
22850 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
22851 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
22852 * *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.
22853 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
22854 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
22855 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
22856 * *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.
22857 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
22858 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22859 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22860 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22861 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22862 * *move-only type*: a concrete type that is movable but not copyable.
22863 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22864 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22865 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22866 * *object file*: a file containing object code.
22867 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22868 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22869 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22870 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22871 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22872 * *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.
22873 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22874 * *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.
22875 * *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.
22876 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22877 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22878 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22879 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22880 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22881 * *programming language*: a language for expressing programs.
22882 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22883 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22884 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22885 * *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.
22886 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22887 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22888 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22889 * *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 `==`.
22890 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*.
22891 * *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.
22892 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22893 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22894 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22895 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22896 * *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*.
22897 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22898 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22899 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22900 * *source file*: a file containing source code.
22901 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22902 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22903 * *state*: a set of values.
22904 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22905 * *string*: a sequence of characters.
22906 * *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.
22907 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22908 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22909 * *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.
22910 * *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.
22911 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22912 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22913 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22914 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22915 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22916 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22917 * *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.
22918 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22919 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22920 * *value type*: a term some people use to mean a regular or semiregular type.
22921 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22922 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22923 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22925 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22927 This is our to-do list.
22928 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22929 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22931 * No long-distance friendship
22932 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22933 * Namespaces
22934 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22935 * 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?
22936 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22937 * Avoid implicit conversions
22938 * 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
22939 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22940 * 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. :)
22941 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22942 * Use `auto`
22943 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22944 * Don't overabstract
22945 * Never pass a pointer down the call stack
22946 * falling through a function bottom
22947 * 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?
22948 * 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?
22949 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22950 * 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?
22951 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22952 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22954         void bad()
22955         {
22956             int* p = new int[700];
22957             int* q = &p[7];
22958             delete p;
22960             vector<int> v(700);
22961             int* q2 = &v[7];
22962             v.resize(900);
22964             // ... use q and q2 ...
22965         }
22967 * LSP
22968 * private inheritance vs/and membership
22969 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22971 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22972 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22973 * 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`?
22974 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22975 * 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.
22976 * 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)
22977 * 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)
22978 * 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)
22980 * rules for arithmetic
22982 # Bibliography
22984 * <a name="Abrahams01"></a>
22985   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22986 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22987   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22988 * <a name="Cplusplus03"></a>
22989   \[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).
22990 * <a name="Cargill92"></a>
22991   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22992 * <a name="Cline99"></a>
22993   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22994 * <a name="Dewhurst03"></a>
22995   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22996 * <a name="Henricson97"></a>
22997   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22998 * <a name="Koenig97"></a>
22999   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
23000 * <a name="Lakos96"></a>
23001   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
23002 * <a name="Meyers96"></a>
23003   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
23004 * <a name="Meyers97"></a>
23005   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
23006 * <a name="Meyers01"></a>
23007   \[Meyers01]:        S. Meyers. Effective STL (Addison-Wesley, 2001).
23008 * <a name="Meyers05"></a>
23009   \[Meyers05]:        S. Meyers. Effective C++ (3rd Edition) (Addison-Wesley, 2005).
23010 * <a name="Meyers15"></a>
23011   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
23012 * <a name="Murray93"></a>
23013   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
23014 * <a name="Stroustrup94"></a>
23015   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
23016 * <a name="Stroustrup00"></a>
23017   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
23018 * <a name="Stroustrup05"></a>
23019   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
23020 * <a name="Stroustrup13"></a>
23021   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
23022 * <a name="Stroustrup14"></a>
23023   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
23024   Addison Wesley 2014.
23025 * <a name="Stroustrup15"></a>
23026   \[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).
23027 * <a name="SuttHysl04b"></a>
23028   \[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).
23029 * <a name="SuttAlex05"></a>
23030   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
23031 * <a name="Sutter00"></a>
23032   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
23033 * <a name="Sutter02"></a>
23034   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
23035 * <a name="Sutter04"></a>
23036   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
23037 * <a name="Taligent94"></a>
23038   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).