Update date
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob76259793e1b880cd3e8a4538d5139e5d56c71204
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 February 6, 2017
5 Editors:
7 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
8 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
10 This document is a very early draft. It is inkorrekt, incompleat, and pµÃoorly formatted.
11 Had it been an open source (code) project, this would have been release 0.7.
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 thoroughly 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](#S-concurrency)
40 * [E: Error handling](#S-errors)
41 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
42 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
43 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
44 * [SF: Source files](#S-source)
45 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
47 Supporting sections:
49 * [A: Architectural Ideas](#S-A)
50 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
51 * [RF: References](#S-references)
52 * [Pro: Profiles](#S-profile)
53 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
54 * [NL: Naming and layout](#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 * [Glossary](#S-glossary)
60 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
62 or look at a specific language feature
64 * [assignment](#S-???)
65 * [`class`](#S-class)
66 * [constructor](#SS-ctor)
67 * [derived `class`](#SS-hier)
68 * [destructor](#SS-dtor)
69 * [exception](#S-errors)
70 * [`for`](#S-???)
71 * [`inline`](#S-class)
72 * [initialization](#S-???)
73 * [lambda expression](#SS-lambdas)
74 * [operator](#S-???)
75 * [`public`, `private`, and `protected`](#S-???)
76 * [`static_assert`](#S-???)
77 * [`struct`](#S-class)
78 * [`template`](#S-???)
79 * [`unsigned`](#S-???)
80 * [`virtual`](#SS-hier)
82 Definitions of terms used to express and discuss the rules, that are not language-technical, but refer to design and programming techniques
84 * error
85 * exception
86 * failure
87 * invariant
88 * leak
89 * precondition
90 * postcondition
91 * resource
92 * exception guarantee
94 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
96 This document is a set of guidelines for using C++ well.
97 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
98 By "modern C++" we mean C++11 and C++14 (and soon C++17).
99 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?
101 The guidelines are focused on relatively higher-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
102 Such rules affect application architecture and library design.
103 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.
104 And it will run fast -- you can afford to do things right.
106 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
107 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
109 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
110 They may very well be too strict.
111 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
112 We also need more rules.
114 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
115 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
116 Please try to verify or disprove rules!
117 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
119 You will find some of the rules obvious or even trivial.
120 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.
122 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
123 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
124 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
125 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
127 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
128 We plan to build tools for that and hope others will too.
130 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
131 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
133 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
135 This is a set of core guidelines for modern C++, C++14, taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
136 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
138 Introduction summary:
140 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
141 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
142 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
143 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
144 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
145 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
147 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
149 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
151 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
153 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (C++11, C++14, and soon C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
155 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.
156 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").
157 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.
158 Remember:
160 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
162 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
164 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
165 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
166 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
167 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
169 The rules emphasize static type safety and resource safety.
170 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).
171 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.
173 Many of the rules are prescriptive.
174 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
175 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
176 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
178 These guidelines address the core of C++ and its use.
179 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
180 For example, hard real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
181 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
182 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
184 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
186 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
187 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
188 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.
190 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
192 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
193 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
194 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
195 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.
196 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
197 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
199 These rules are not meant to be read serially, like a book.
200 You can browse through them using the links.
201 However, their main intended use is to be targets for tools.
202 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
203 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
205 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
206 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
208 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
209 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
210 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
211 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
213 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
214 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
216 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
217 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
218 They are not meant to define a single "one true C++" language.
219 We value expressiveness and uncompromised performance.
221 The rules are not value-neutral.
222 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
223 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
225 The rules are not perfect.
226 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
227 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
228 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
229 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
230 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
231 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
232 Also, suggest an improvement.
234 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
236 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
237 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
239 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
240 * But different people have different needs.
241 * But people don't like to read lots of rules.
242 * But people can't remember many rules.
244 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
246 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
248 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
249 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
250 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
252 This adds up to quite a few dilemmas.
253 We try to resolve those using tools.
254 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
255 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
256 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
257 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
258 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
259 A rule can be part of several profiles, or none.
260 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
262 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
263 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
264 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
266 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
267 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.
269 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
271     [[suppress(tag)]]
273 where "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
274 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
275 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
277 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
279 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
281 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
282 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
283   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
284   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
285 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
286 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
287 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
288 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
289 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
290 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
291 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
292 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
294 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.
295 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
296 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
298 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
299 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
300 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
301 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
302 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
304 This is not a language manual.
305 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
306 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
308 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
310 * [In: Introduction](#S-introduction)
311 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
312 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
313 * [F: Functions](#S-functions)
314 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
315 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
316 * [R: Resource management](#S-resource)
317 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
318 * [E: Error handling](#S-errors)
319 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
320 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
321 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
322 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
323 * [SF: Source files](#S-source)
324 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
325 * [Pro: Profiles](#S-profile)
326 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
327 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
329 Supporting sections:
331 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
332 * [Per: Performance](#S-performance)
333 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
334 * [RF: References](#S-references)
335 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
336 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
337 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
338 * [Glossary](#S-glossary)
339 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
341 These sections are not orthogonal.
343 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.
344 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
346 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
348 The rules in this section are very general.
350 Philosophy rules summary:
352 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
353 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
354 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
355 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
356 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
357 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
358 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
359 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
360 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
361 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
362 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
364 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
365 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
366 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
368 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
370 ##### Reason
372 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
373 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
375 ##### Example
377     class Date {
378         // ...
379     public:
380         Month month() const;  // do
381         int month();          // don't
382         // ...
383     };
385 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
386 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
388 ##### Example
390     void f(vector<string>& v)
391     {
392         string val;
393         cin >> val;
394         // ...
395         int index = -1;                    // bad
396         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
397             if (v[i] == val) {
398                 index = i;
399                 break;
400             }
401         // ...
402     }
404 That loop is a restricted form of `std::find`.
405 A much clearer expression of intent would be:
407     void f(vector<string>& v)
408     {
409         string val;
410         cin >> val;
411         // ...
412         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
413         // ...
414     }
416 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.
418 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
419 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
420 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
422 ##### Example
424     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
425     // ...
426     change_speed(2.3);
428 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
430     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
431     // ...
432     change_speed(2.3);        // error: no unit
433     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
435 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
436 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
438 ##### Enforcement
440 Very hard in general.
442 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
443 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
444 * detect code that mimics the standard library (hard)
446 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
448 ##### Reason
450 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
452 ##### Note
454 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
455 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.
457 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
458 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
459 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
460 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
461 portability will be impacted.
463 ##### Note
465 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
466 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
467 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
469 ##### Note
471 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.
472 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
474 ##### Enforcement
476 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++11 or C++14) with a set of options that do not accept extensions.
478 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
480 ##### Reason
482 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.
484 ##### Example
486     int i = 0;
487     while (i < v.size()) {
488         // ... do something with v[i] ...
489     }
491 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 may or may not be intended. The reader cannot know from just this section of code.
493 Better:
495     for (const auto& x : v) { /* do something with x */ }
497 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:
499     for (auto& x : v) { /* do something with x */ }
501 Sometimes better still, use a named algorithm:
503     for_each(v, [](int x) { /* do something with x */ });
504     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with x */ });
506 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
508 A programmer should be familiar with
510 * [The guideline support library](#S-gsl)
511 * [The ISO C++ standard library](#S-stdlib)
512 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
514 ##### Note
516 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
518 ##### Note
520 Some language constructs express intent better than others.
522 ##### Example
524 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
526     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
527     draw_line(Point, Point);        // clearer
529 ##### Enforcement
531 Look for common patterns for which there are better alternatives
533 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
534 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
535 * loop variables in too large a scope
536 * naked `new` and `delete`
537 * functions with many parameters of built-in types
539 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
541 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
543 ##### Reason
545 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
546 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
548 * unions
549 * casts
550 * array decay
551 * range errors
552 * narrowing conversions
554 ##### Note
556 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
557 We try to provide alternative techniques.
559 ##### Enforcement
561 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
562 Always suggest an alternative.
563 For example:
565 * unions -- use `variant` (in C++17)
566 * casts -- minimize their use; templates can help
567 * array decay -- use `span` (from the GSL)
568 * range errors -- use `span`
569 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
571 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
573 ##### Reason
575 Code clarity and performance.
576 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
578 ##### Example
580     // Int is an alias used for integers
581     int bits = 0;         // don't: avoidable code
582     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
583         ++bits;
584     if (bits < 32)
585         cerr << "Int too small\n"
587 This example is easily simplified
589     // Int is an alias used for integers
590     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
592 ##### Example
594     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
596     int a[100];
597     read(a, 1000);    // bad
599 better
601     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
603     int a[100];
604     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
606 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
608 ##### Enforcement
610 * Look for pointer arguments.
611 * Look for run-time checks for range violations.
613 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
615 ##### Reason
617 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
619 ##### Note
621 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).
623 ##### Example, bad
625     // separately compiled, possibly dynamically loaded
626     extern void f(int* p);
628     void g(int n)
629     {
630         // bad: the number of elements is not passed to f()
631         f(new int[n]);
632     }
634 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.
636 ##### Example, bad
638 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
640     // separately compiled, possibly dynamically loaded
641     extern void f2(int* p, int n);
643     void g2(int n)
644     {
645         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
646     }
648 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.
650 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
652 ##### Example, bad
654 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
656     // separately compiled, possibly dynamically loaded
657     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
658     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
659     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
661     void g3(int n)
662     {
663         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
664     }
666 ##### Example
668 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
670     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
671     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
672                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
673                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
675     void g3(int n)
676     {
677         vector<int> v(n);
678         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
679         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
680     }
682 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.
684 ##### Example
686 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
688     vector<int> f5(int n)    // OK: move
689     {
690         vector<int> v(n);
691         // ... initialize v ...
692         return v;
693     }
695     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
696     {
697         auto p = make_unique<int[]>(n);
698         // ... initialize *p ...
699         return p;
700     }
702     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
703     {
704         owner<int*> p = new int[n];
705         // ... initialize *p ...
706         return p;
707     }
709 ##### Example
711 * ???
712 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
713   Or strings as "free-style" options
715 ##### Enforcement
717 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
718 * ???
720 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
722 ##### Reason
724 Avoid "mysterious" crashes.
725 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
727 ##### Example
729     void increment1(int* p, int n)    // bad: error prone
730     {
731         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
732     }
734     void use1(int m)
735     {
736         const int n = 10;
737         int a[n] = {};
738         // ...
739         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
740                             // but assume that m == 20
741         // ...
742     }
744 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
745 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
746 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
747 We could check earlier and improve the code:
749     void increment2(span<int> p)
750     {
751         for (int& x : p) ++x;
752     }
754     void use2(int m)
755     {
756         const int n = 10;
757         int a[n] = {};
758         // ...
759         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
760         // ...
761     }
763 Now, `m<=n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
764 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):
766     void use3(int m)
767     {
768         const int n = 10;
769         int a[n] = {};
770         // ...
771         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
772         // ...
773     }
775 ##### Example, bad
777 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
779     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
781     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
783     void user1(const string& date)    // manipulate date
784     {
785         auto d = extract_date(date);
786         // ...
787     }
789     void user2()
790     {
791         Date d = read_date(cin);
792         // ...
793         user1(d.to_string());
794         // ...
795     }
797 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
799 ##### Example
801 Excess checking can be costly.
802 There are cases where checking early is dumb because you may not ever need the value, or may 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)`).
804     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
805         float x;
806         float y;
807         float z;
808         float e;
809     public:
810         Jet(float x, float y, float z, float e)
811             :x(x), y(y), z(z), e(e)
812         {
813             // Should I check here that the values are physically meaningful?
814         }
816         float m() const
817         {
818             // Should I handle the degenerate case here?
819             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
820         }
822         ???
823     };
825 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.
829 ##### Enforcement
831 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
832 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
833 * Look for unchecked values coming from input
834 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
835 * ???
837 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
839 ##### Reason
841 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
842 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
844 ##### Example, bad
846     void f(char* name)
847     {
848         FILE* input = fopen(name, "r");
849         // ...
850         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
851         // ...
852         fclose(input);
853     }
855 Prefer [RAII](#Rr-raii):
857     void f(char* name)
858     {
859         ifstream input {name};
860         // ...
861         if (something) return;   // OK: no leak
862         // ...
863     }
865 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
867 ##### Note
869 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
870 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
871 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
872 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
873 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
874 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
876 ##### Note
878 Enforcing [the lifetime profile](#In.force) eliminates leaks.
879 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
880 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#In.force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
882 ##### Enforcement
884 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
885   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
886   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
887 * Look for naked `new` and `delete`
888 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
890 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
892 ##### Reason
894 This is C++.
896 ##### Note
898 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.
899 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
901 ##### Example, bad
903     struct X {
904         char ch;
905         int i;
906         string s;
907         char ch2;
909         X& operator=(const X& a);
910         X(const X&);
911     };
913     X waste(const char* p)
914     {
915         if (p == nullptr) throw Nullptr_error{};
916         int n = strlen(p);
917         auto buf = new char[n];
918         if (buf == nullptr) throw Allocation_error{};
919         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
920         // ... manipulate buffer ...
921         X x;
922         x.ch = 'a';
923         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
924         for (int i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
925         delete buf;
926         return x;
927     }
929     void driver()
930     {
931         X x = waste("Typical argument");
932         // ...
933     }
935 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
936 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
937 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
938 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
939 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
940 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
942 ##### Example, bad
944     void lower(zstring s)
945     {
946         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
947     }
949 Yes, this is an example from production code.
950 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
952 ##### Note
954 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
955 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
956 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.
957 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
959 ##### Enforcement
961 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
963 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
965 ##### Reason
967 It is easier to reason about constants than about variables.
968 Something immutable cannot change unexpectedly.
969 Sometimes immutability enables better optimization.
970 You can't have a data race on a constant.
972 See [Con: Constants and Immutability](#S-const)
974 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
976 ##### Reason
978 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
979 A good interface is easier and safer to use.
980 Messy, low-level code breeds more such code.
982 ##### Example
984     int sz = 100;
985     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
986     int count = 0;
987     // ...
988     for (;;) {
989         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
990         // ... check that x is valid ...
991         if (count == sz)
992             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
993         p[count++] = x;
994         // ...
995     }
997 This is low-level, verbose, and error-prone.
998 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
999 Instead, we could use `vector`:
1001     vector<int> v;
1002     v.reserve(100);
1003     // ...
1004     for (int x; cin >> x; ) {
1005         // ... check that x is valid ...
1006         v.push_back(x);
1007     }
1009 ##### Note
1011 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1012 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.
1013 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1014 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1015 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1016 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1017 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1019 ##### Enforcement
1021 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1024 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1026 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.
1027 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.
1029 Interface rule summary:
1031 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1032 * [I.2: Avoid global variables](#Ri-global)
1033 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1034 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1035 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1036 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1037 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1038 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1039 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1040 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1041 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)](#Ri-raw)
1042 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1043 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1044 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1045 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1046 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1047 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1048 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1050 See also
1052 * [F: Functions](#S-functions)
1053 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1054 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1055 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1056 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1057 * [E: Error handling](#S-errors)
1058 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1060 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1062 ##### Reason
1064 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1066 ##### Example, bad
1068 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1070     int rnd(double d)
1071     {
1072         return (rnd_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1073     }
1075 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `rnd(7.2)` might give different results.
1077 ##### Exception
1079 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1080 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1082 ##### Example, bad
1084 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1086     // don't: no test of printf's return value
1087     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1089 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.??.
1091 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1093 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1094 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1096 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1097 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1099 ##### Enforcement
1101 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1102 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1104 ### <a name="Ri-global"></a>I.2 Avoid global variables
1106 ##### Reason
1108 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1110 ##### Example
1112     struct Data {
1113         // ... lots of stuff ...
1114     } data;            // non-const data
1116     void compute()     // don't
1117     {
1118         // ... use data ...
1119     }
1121     void output()     // don't
1122     {
1123         // ... use data ...
1124     }
1126 Who else might modify `data`?
1128 ##### Note
1130 Global constants are useful.
1132 ##### Note
1134 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1136 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1137 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1139 **Warning**: Beware of data races: If one thread can access nonlocal data (or data passed by reference) while another thread executes the callee, we can have a data race.
1140 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1142 ##### Note
1144 You cannot have a race condition on immutable data.
1146 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1148 ##### Enforcement
1150 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1152 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1154 ##### Reason
1156 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1158 ##### Example
1160     class Singleton {
1161         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1162         // that it is initialized properly, etc.
1163     };
1165 There are many variants of the singleton idea.
1166 That's part of the problem.
1168 ##### Note
1170 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1172 ##### Exception
1174 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1176     X& myX()
1177     {
1178         static X my_x {3};
1179         return my_x;
1180     }
1182 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1183 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1184 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1186 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1187 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1188 For example:
1190     X& myX()
1191     {
1192         static auto p = new X {3};
1193         return *p;  // potential leak
1194     }
1196 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1197 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1199 * `myX` is in multithreaded code,
1200 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1201 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1203 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.
1205 ##### Enforcement
1207 Very hard in general.
1209 * Look for classes with names that include `singleton`.
1210 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1211 * 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.
1213 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1215 ##### Reason
1217 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1218 Also, precisely typed code is often optimized better.
1220 ##### Example, don't
1222 Consider:
1224     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1226 Now the callee must cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1227 Avoid `void*`, especially in interfaces.
1228 Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1230 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1231 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1233 ##### Example, bad
1235 Consider:
1237     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1239     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1241 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1242 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1243 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1245     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1246     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1248     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1249     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1251 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1252 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1254 ##### Example, bad
1256 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1258     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1259     {
1260         // ...
1261         // do something with time_to_blink
1262         // ...
1263     }
1265     void use()
1266     {
1267         blink_led(2);
1268     }
1270 ##### Example, good
1272 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1274     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1275     {
1276         // ...
1277         // do something with time_to_blink
1278         // ...
1279     }
1281     void use()
1282     {
1283         blink_led(1500ms);
1284     }
1286 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1288     template<class rep, class period>
1289     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1290     {
1291         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1292         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1293         // ...
1294         // do something with milliseconds_to_blink
1295         // ...
1296     }
1298     void use()
1299     {
1300         blink_led(2s);
1301         blink_led(1500ms);
1302     }
1304 ##### Enforcement
1306 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1307 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1309 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1311 ##### Reason
1313 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1315 ##### Example
1317 Consider:
1319     double sqrt(double x);
1321 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1323     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1325 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1327     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1329 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).
1331 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1333 ##### Note
1335 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p != nullptr);`.
1336 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1338 ##### Note
1340 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1341 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1342 We don't need to mention it for each member function.
1344 ##### Enforcement
1346 (Not enforceable)
1348 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1350 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1352 ##### Reason
1354 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1356 ##### Example
1358     int area(int height, int width)
1359     {
1360         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1361         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1362         // ...
1363     }
1365 ##### Note
1367 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1368 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics (do you always want to abort in debug mode and check nothing in productions runs?).
1370 ##### Note
1372 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1373 but we don't yet have the language facilities to do that.
1374 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.
1376 ##### Note
1378 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1380 ##### Enforcement
1382 (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.
1384 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1386 ##### Reason
1388 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1390 ##### Example, bad
1392 Consider:
1394     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1396 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1397 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.
1398 Overflow can happen.
1399 Consider using:
1401     int area(int height, int width)
1402     {
1403         auto res = height * width;
1404         Ensures(res > 0);
1405         return res;
1406     }
1408 ##### Example, bad
1410 Consider a famous security bug:
1412     void f()    // problematic
1413     {
1414         char buffer[MAX];
1415         // ...
1416         memset(buffer, 0, MAX);
1417     }
1419 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1421     void f()    // better
1422     {
1423         char buffer[MAX];
1424         // ...
1425         memset(buffer, 0, MAX);
1426         Ensures(buffer[0] == 0);
1427     }
1429 ##### Note
1431 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.
1433 ##### Note
1435 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.
1437 ##### Example
1439 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1441     mutex m;
1443     void manipulate(Record& r)    // don't
1444     {
1445         m.lock();
1446         // ... no m.unlock() ...
1447     }
1449 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.
1450 Stating the postcondition would have made it clear:
1452     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1453     {
1454         m.lock();
1455         // ... no m.unlock() ...
1456     }
1458 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1460 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1462     void manipulate(Record& r)    // best
1463     {
1464         lock_guard<mutex> _ {m};
1465         // ...
1466     }
1468 ##### Note
1470 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1471 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1472 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1474 ##### Enforcement
1476 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1477 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1478 checkers) exist for many toolchains.
1480 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1482 ##### Reason
1484 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1486 ##### Example
1488     void f()
1489     {
1490         char buffer[MAX];
1491         // ...
1492         memset(buffer, 0, MAX);
1493         Ensures(buffer[0] == 0);
1494     }
1496 ##### Note
1498 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1499 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1501 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1503 ##### Note
1505 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1506 For now, we place it in the definition (function body).
1507 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.
1509 ##### Enforcement
1511 (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.
1513 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1515 ##### Reason
1517 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1519 ##### Example
1521 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1523     template<typename Iter, typename Val>
1524     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1525     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1526     {
1527         // ...
1528     }
1530 ##### Note
1532 Soon (maybe in 2017), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1533 For now, the concept TS is supported only in GCC 6.1.
1535 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-t-concepts).
1537 ##### Enforcement
1539 (Not yet enforceable) A language facility is under specification. When the language facility is available, warn if any non-variadic template parameter is not constrained by a concept (in its declaration or mentioned in a `requires` clause).
1541 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1543 ##### Reason
1545 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1546 This is a major source of errors.
1548 ##### Example
1550     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1552     template <class F, class ...Args>
1553     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1554     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1556 ##### Note
1558 What is an error?
1560 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1561 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1562 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1563 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.
1564 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1566 ##### Exception
1568 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.
1570 ##### Alternative
1572 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:
1574     int val;
1575     int error_code;
1576     tie(val, error_code) = do_something();
1577     if (error_code == 0) {
1578         // ... handle the error or exit ...
1579     }
1580     // ... use val ...
1582 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1583 A facility [structured bindings](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0144r1.pdf) to deal with that will become available in C++17.
1585     [val, error_code] = do_something();
1586     if (error_code == 0) {
1587         // ... handle the error or exit ...
1588     }
1589     // ... use val ...
1591 ##### Note
1593 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1595 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1596 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1597 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1598 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1599 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1601 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1603 ##### Enforcement
1605 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1606 * Look for `errno`.
1608 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)
1610 ##### Reason
1612 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1614 ##### Example
1616 Consider:
1618     X* compute(args)    // don't
1619     {
1620         X* res = new X{};
1621         // ...
1622         return res;
1623     }
1625 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if compute returned a reference.
1626 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1628     vector<double> compute(args)  // good
1629     {
1630         vector<double> res(10000);
1631         // ...
1632         return res;
1633     }
1635 **Alternative**: Pass ownership using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1636 However, that is less elegant and less efficient unless reference semantics are needed.
1638 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1639 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guideline support library](#S-gsl):
1641     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1642     {
1643         owner<X*> res = new X{};
1644         // ...
1645         return res;
1646     }
1648 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1649 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1651 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1653 ##### Note
1655 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1656 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1657 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1658 so the default is "no ownership transfer."
1660 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional) and [value return](#Rf-T-return).
1662 ##### Enforcement
1664 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner`.
1665 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1666 * (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.
1668 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1670 ##### Reason
1672 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1673 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1675 ##### Example
1677     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1679     length(nullptr);                      // OK?
1681     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1683     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1685 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.
1687 ##### Note
1689 `not_null` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1691 ##### Note
1693 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*`.
1695     // we can assume that p cannot be nullptr
1696     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1697     int length(not_null<zstring> p);
1699 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1701 ##### Enforcement
1703 * (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`.
1704 * (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`.
1706 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1708 ##### Reason
1710  (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.
1712 ##### Example
1714 Consider:
1716     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1718 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1719 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1720 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1722 ##### Alternative
1724 Consider using explicit spans:
1726     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1728 ##### Example, bad
1730 Consider:
1732     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1733     Circle arr[10];
1734     // ...
1735     draw(arr, 10);
1737 Passing `10` as the `n` argument may 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.
1739 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1741     void draw2(span<Circle>);
1742     Circle arr[10];
1743     // ...
1744     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1745     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1747     void draw3(span<Shape>);
1748     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1750 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 ???.
1752 ##### Exception
1754 Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1755 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1757 ##### Enforcement
1759 * (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.
1760 * (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.
1762 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1764 ##### Reason
1766 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1768 ##### Example
1770     // file1.c
1772     extern const X x;
1774     const Y y = f(x);   // read x; write y
1776     // file2.c
1778     extern const Y y;
1780     const X x = g(y);   // read y; write x
1782 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1783 one will access an uninitialized `const`.
1784 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1786 ##### Note
1788 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
1789 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
1791 ##### Enforcement
1793 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
1794 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
1796 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
1798 ##### Reason
1800 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1802 ##### Example
1804 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle
1806     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1807     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1808                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1809                          OutputIterator result, Compare comp);
1811 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1812 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1814     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1815     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1816                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1817                          OutputIterator result);
1819 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1820 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1822     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1823     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1825 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1827 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
1829     Mergeable{In1 In2, Out}
1830     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
1832 ##### Note
1834 How many arguments are too many? Try to use less than Four arguments.
1835 There are functions that are best expressed with four individual arguments, but not many.
1837 **Alternative**: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1839 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1841 ##### Enforcement
1843 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1844 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1846 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1848 ##### Reason
1850 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1852 ##### Example, bad
1854 Consider:
1856     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1858 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1860 Use `const` for the "from" argument:
1862     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1864 ##### Exception
1866 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1868     int max(int a, int b);
1870 ##### Alternative
1872 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
1874     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
1876 ##### Alternative
1878 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
1880     struct SystemParams {
1881         string config_file;
1882         string output_path;
1883         seconds timeout;
1884     };
1885     void initialize(SystemParams p);
1887 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
1888 are often filled in by name at the call site.
1890 ##### Enforcement
1892 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1894 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1896 ##### Reason
1898 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1900 ##### Example, bad
1902 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1904     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1905     public:
1906         Point center() const { return c; }
1907         virtual void draw() const;
1908         virtual void rotate(int);
1909         // ...
1910     private:
1911         Point c;
1912         vector<Point> outline;
1913         Color col;
1914     };
1916 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. Abstract classes were invented to discourage users from writing such classes:
1918     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
1919     public:
1920         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
1921         virtual void draw() const = 0;
1922         virtual void rotate(int) = 0;
1923         // ...
1924         // ... no data members ...
1925     };
1927 ##### Enforcement
1929 (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.
1931 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
1933 ##### Reason
1935 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
1937 ##### Exception
1939 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
1941 ##### Exception
1943 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
1945 ##### Note
1947 If you use a single compiler, you can use full C++ in interfaces. That may require recompilation after an upgrade to a new compiler version.
1949 ##### Enforcement
1951 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
1953 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
1955 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.
1957 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.
1958 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
1960 Function rule summary:
1962 Function definition rules:
1964 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
1965 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
1966 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
1967 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
1968 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
1969 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
1970 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
1971 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
1973 Parameter passing expression rules:
1975 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
1976 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
1977 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
1978 * [F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
1979 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
1980 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
1981 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
1982 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
1984 Parameter passing semantic rules:
1986 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
1987 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
1988 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
1989 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
1990 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
1991 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
1993 Value return semantic rules:
1995 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
1996 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
1997 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
1998 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
1999 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2000 * [F.47: Return `T&` from assignment operators.](#Rf-assignment-op)
2002 Other function rules:
2004 * [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)
2005 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2006 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2007 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
2008 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2010 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
2012 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2014 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2016 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2018 ##### Reason
2020 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2021 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2023 ##### Example, don't
2025     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2026     {
2027         int x;
2028         if (is >> x)
2029             cout << "the int is " << x << '\n';
2030         else
2031             cerr << "no int on input\n";
2032     }
2034 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2035 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2036 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2037 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
2038 mess could become hard to understand.
2040 ##### Note
2042 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.
2044 ##### Example
2046     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2048 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2050     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2052     sort(a, b, lessT);
2053     find_if(a, b, lessT);
2055 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2057 ##### Exception
2059 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2060 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2061 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2062 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
2064 ##### Enforcement
2066 * See [Keep functions short](#Rf-single)
2067 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2069 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2071 ##### Reason
2073 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2075 ##### Example
2077 Consider:
2079     void read_and_print()    // bad
2080     {
2081         int x;
2082         cin >> x;
2083         // check for errors
2084         cout << x << "\n";
2085     }
2087 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:
2089     int read(istream& is)    // better
2090     {
2091         int x;
2092         is >> x;
2093         // check for errors
2094         return x;
2095     }
2097     void print(ostream& os, int x)
2098     {
2099         os << x << "\n";
2100     }
2102 These can now be combined where needed:
2104     void read_and_print()
2105     {
2106         auto x = read(cin);
2107         print(cout, x);
2108     }
2110 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:
2112     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2113     {
2114         input >> value;
2115         // check for errors
2116     };
2118     auto print(auto& output, const auto& value)
2119     {
2120         output << value << "\n";
2121     }
2123 ##### Enforcement
2125 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2126 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2127 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2129 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2131 ##### Reason
2133 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2134 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2136 ##### Example
2138 Consider:
2140     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2141         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2142         // given the two mode flags.
2143     {
2144         double intermediate;
2145         if (flag1 > 0) {
2146             intermediate = func1(val);
2147             if (flag2 % 2)
2148                  intermediate = sqrt(intermediate);
2149         }
2150         else if (flag1 == -1) {
2151             intermediate = func1(-val);
2152             if (flag2 % 2)
2153                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2154             flag1 = -flag1;
2155         }
2156         if (abs(flag2) > 10) {
2157             intermediate = func2(intermediate);
2158         }
2159         switch (flag2 / 10) {
2160             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2161                     break;
2162             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2163             default: break;
2164         }
2165         return finalize(intermediate, 0.);
2166     }
2168 This is too complex (and long).
2169 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2170 Yes, it breaks other rules also.
2172 We can refactor:
2174     double func1_muon(double val, int flag)
2175     {
2176         // ???
2177     }
2179     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2180     {
2181         // ???
2182     }
2184     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2185         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2186         // given the two mode flags.
2187     {
2188         if (flag1 > 0)
2189             return func1_muon(val, flag2);
2190         if (flag1 == -1)
2191             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2192             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2193         return 0.;
2194     }
2196 ##### Note
2198 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2199 One-to-five-line functions should be considered normal.
2201 ##### Note
2203 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2204 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2206 ##### Enforcement
2208 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2209   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2210 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2211   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2213 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2215 ##### Reason
2217  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2219 ##### Example
2221 The (in)famous factorial:
2223     constexpr int fac(int n)
2224     {
2225         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2226         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2227         int x = 1;
2228         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2229         return x;
2230     }
2232 This is C++14.
2233 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2235 ##### Note
2237 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2238 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.
2240     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2242     void test(int v)
2243     {
2244         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2245         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2246         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2247         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
2248     }
2250 ##### Note
2252 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2254     int dcount = 0;
2255     constexpr int double(int v)
2256     {
2257         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2258         return v + v;
2259     }
2261 This is usually a very good thing.
2263 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2264 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2265 if not, this is not an issue.
2266 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2267 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2269 ##### Note
2271 Don't try to make all functions `constexpr`.
2272 Most computation is best done at run time.
2274 ##### Note
2276 Any API that may eventually depend on high-level runtime configuration or
2277 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2278 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon 
2279 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2281 ##### Enforcement
2283 Impossible and unnecessary.
2284 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2286 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2288 ##### Reason
2290 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2291 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2292 We are still waiting.
2293 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2295 ##### Example
2297     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2299 ##### Exception
2301 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2302 An inline function is part of the ABI.
2304 ##### Note
2306 `constexpr` implies `inline`.
2308 ##### Note
2310 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2312 ##### Exception
2314 Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2316 ##### Enforcement
2318 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2320 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2322 ##### Reason
2324 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.
2326 ##### Example
2328 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2329 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2331 ##### Note
2333 `constexpr` functions cannot throw, so you don't need to use `noexcept` for those.
2335 ##### Example
2337 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2339     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2340     {
2341         vector<string> res;
2342         for (string s; is >> s;)
2343             res.push_back(s);
2344         return res;
2345     }
2347 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2348 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2349 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2351 ##### Note
2353 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2354 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2355 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2356 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2357 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2358 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2359 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2360 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2361 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2362 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2364 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2365 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2366 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2367 considering whether the possible exceptions can be handled.
2369 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2370 low-level functions.
2372 ##### Note
2374 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2376 ##### Enforcement
2378 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2379 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2381 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2383 ##### Reason
2385 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2386 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2387 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2389 ##### Example
2391     // accepts any int*
2392     void f(int*);
2394     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2395     void g(unique_ptr<int>);
2397     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2398     void g(shared_ptr<int>);
2400     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2401     void h(const unique_ptr<int>&);
2403     // accepts any int
2404     void h(int&);
2406 ##### Example, bad
2408     // callee
2409     void f(shared_ptr<widget>& w)
2410     {
2411         // ...
2412         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2413         // ...
2414     };
2416 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2418 ##### Note
2420 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2422 **See also**: [when to prefer `T*` and when to prefer `T&`](#Rf-ptr-ref).
2424 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2426 ##### Enforcement
2428 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2429 that is
2431 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2432 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2434 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2436 ##### Reason
2438 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2440 ##### Example
2442     template<class T>
2443     auto square(T t) { return t * t; }
2445 ##### Note
2447 `constexpr` functions are pure.
2449 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2450 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2451 if not, this is not an issue.
2452 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2453 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2455 ##### Enforcement
2457 Not possible.
2459 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2461 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2463 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2465 ##### Reason
2467 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2468 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 may not be portable.
2470 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2472 Normal parameter passing:
2474 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2476 Advanced parameter passing:
2478 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2480 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2482 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2484 ##### Reason
2486 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2488 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2489 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.
2491 ##### Example
2493     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2495     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2497     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2499     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2501 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2503 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2504 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2505   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 "consume"; see [F.18](#Rf-consume).
2506 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2508 ##### Example
2510     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2512     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2513     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2515     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2517 Avoid "esoteric techniques" such as:
2519 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2520   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2521 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2523 ##### Example
2525 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2527     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2528     {
2529         Matrix res;
2530         // ... fill res with the sum ...
2531         return res;
2532     }
2534     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2536     y = m3 + m3;         // move assignment
2538 ##### Notes
2540 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2542 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2543 There is no (legitimate) "null reference."
2544 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2546 ##### Enforcement
2548 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2549   Suggest using a reference to `const` instead.
2550 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2551 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2553 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2555 ##### Reason
2557 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2559 ##### Example
2561     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2563 ##### Note
2565 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2566 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2568     void f(string& s)
2569     {
2570         s = "New York";  // non-obvious error
2571     }
2573     void g()
2574     {
2575         string buffer = ".................................";
2576         f(buffer);
2577         // ...
2578     }
2580 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).
2581 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2583 ##### Enforcement
2585 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2586 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2588 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2590 ##### Reason
2592 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.
2594 ##### Example
2596     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2597         // usually there might be const accesses of v here
2598         store_somewhere(std::move(v));
2599         // usually no more use of v here; it is moved-from
2600     }
2602 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2603 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2606 ##### Exception
2608 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.
2610 For example:
2612     template <class T>
2613     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2614         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2615     }   // p gets destroyed
2617 ##### Enforcement
2619 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2620 * Flag access to moved-from objects.
2621 * Don't conditionally move from objects
2623 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2625 ##### Reason
2627 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.
2629 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.
2631 ##### Example
2633     template <class F, class... Args>
2634     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2635         return f(forward<Args>(args)...);
2636     }
2638     ??? calls ???
2640 ##### Enforcement
2642 * 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.
2644 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2646 ##### Reason
2648 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2650 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2652 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2654 ##### Example
2656     // OK: return pointers to elements with the value x
2657     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2659     // Bad: place pointers to elements with value x in out
2660     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2662 ##### Note
2664 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2666 It is not recommended to return a `const` value.
2667 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
2669     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
2671     vector<int> g(const vector<int>& vx)
2672     {
2673         // ...
2674         f() = vx;   // prevented by the "const"
2675         // ...
2676         return f(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
2677     }
2679 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
2680 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
2682 ##### Exceptions
2684 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2685 * 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).
2686 * 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).
2688 ##### Example
2690     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
2691         char header[16];
2692         char load[2024 - 16];
2693     };
2695     Package fill();       // Bad: large return value
2696     void fill(Package&);  // OK
2698     int val();            // OK
2699     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2701 ##### Enforcement
2703 * 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.
2704 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
2706 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
2708 ##### Reason
2710 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2711 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`,
2712 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
2714 ##### Example
2716     // BAD: output-only parameter documented in a comment
2717     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
2718     {
2719         // ...
2720         output_data = something();
2721         return status;
2722     }
2724     // GOOD: self-documenting
2725     tuple<int, string> f(const string& input)
2726     {
2727         // ...
2728         return make_tuple(status, something());
2729     }
2731 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2732 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
2734     // C++98
2735     result = my_set.insert("Hello");
2736     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2738 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2740     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
2741     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
2743     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
2744     if (success) do_something_with(iter);
2746 With C++17 we should be able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
2748     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
2750 ##### Exception
2752 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
2753 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
2754 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
2755 For example:
2757     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
2759     for (string s; cin >> s; ) {
2760         // do something with line
2761     }
2763 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
2764 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
2765 We pass `s` to avoid repeated allocations.
2766 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
2767 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
2768 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
2770 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
2772     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
2773     {
2774         string s;
2775         cin >> s;
2776         return {is, s};
2777     }
2779     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
2780         // do something with p.second
2781     }
2783 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
2785 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
2786 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
2787 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
2789 ##### Note
2791 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined "Value or error" type.
2792 For example:
2794     struct
2796 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents to independent entities rather than an abstraction.
2798 type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
2800 ##### Enforcement
2802 * Output parameters should be replaced by return values.
2803   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2805 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2807 ##### Reason
2809 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
2810 Enables significant tool support.
2812 ##### Note
2814 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2816 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2817 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2818 * Hold the `nullptr`
2819 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2820 * Identify an array with a length specified separately
2821 * Identify a location in an array
2823 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
2824 It complicates checking and tool support.
2826 ##### Example
2828     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
2829     {
2830         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
2831                         // assume it does not or use span<int>
2832         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
2833                         // assume it does not or use zstring
2834         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
2835                         // assume it does not or use owner
2836     }
2838 better
2840     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
2841     {
2842         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
2843         cout << s; // OK
2844         delete q;  // OK
2845     }
2847 ##### Note
2849 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
2851 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2853 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2855 ##### Enforcement
2857 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2859 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2861 ##### Reason
2863 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 may be necessary.
2864 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`.
2866 ##### Example
2868 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2869 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2871 Consider:
2873     int length(Record* p);
2875 When I call `length(p)` should I test for `p == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2877     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2878     int length(not_null<Record*> p);
2880     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2881     int length(Record* p);
2883 ##### Note
2885 A `not_null<T*>` is assumed not to be the `nullptr`; a `T*` may be the `nullptr`; both can be represented in memory as a `T*` (so no run-time overhead is implied).
2887 ##### Note
2889 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2891 ##### Enforcement
2893 * (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.
2894 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
2895 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
2897 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
2899 ##### Reason
2901 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
2903 ##### Example
2905     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
2907     vector<X> vec;
2908     // ...
2909     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
2911 ##### Note
2913 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
2914 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array \[`p`:`p+n`),
2915 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
2916 `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.
2918 ##### Example
2920 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
2922     void f(span<int> s)
2923     {
2924         // range traversal (guaranteed correct)
2925         for (int x : s) cout << x << '\n';
2927         // C-style traversal (potentially checked)
2928         for (int i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
2930         // random access (potentially checked)
2931         s[7] = 9;
2933         // extract pointers (potentially checked)
2934         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
2935     }
2937 ##### Note
2939 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
2941 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.
2943 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2945 ##### Enforcement
2947 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
2949 ### <a name="Rf-string"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
2951 ##### Reason
2953 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
2954 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
2956 ##### Example
2958 Consider:
2960     int length(const char* p);
2962 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2964     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2965     int length(zstring p);
2967     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2968     int length(not_null<zstring> p);
2970 ##### Note
2972 `zstring` do not represent ownership.
2974 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2976 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
2978 ##### Reason
2980 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
2982 ##### Example
2984     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
2985     {
2986         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
2987         switch (kind) {
2988         case kCircle:
2989             return make_unique<Circle>(is);
2990         case kTriangle:
2991             return make_unique<Triangle>(is);
2992         // ...
2993         }
2994     }
2996 ##### Note
2998 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).
3000 ##### Enforcement
3002 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3004 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3006 ##### Reason
3008 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3010 ##### Example
3012     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3014     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3015     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3016     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3017     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3019     // detach threads
3020     // last thread to finish deletes the image
3022 ##### Note
3024 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3025 `shared_ptr` is for shared ownership.
3027 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3029 ##### Alternative
3031 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3033 ##### Enforcement
3035 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3037 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3039 ##### Reason
3041 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3042 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.
3044 ##### Example
3046     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3047     {
3048         if (p == nullptr) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3049         return string{p};
3050     }
3052     void print(const vector<int>& r)
3053     {
3054         // r refers to a vector<int>; no check needed
3055     }
3057 ##### Note
3059 It is possible, but not valid C++ to construct a reference that is essentially a `nullptr` (e.g., `T* p = nullptr; T& r = (T&)*p;`).
3060 That error is very uncommon.
3062 ##### Note
3064 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3066 ##### Enforcement
3068 * Flag ???
3070 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3072 ##### Reason
3074 That's what pointers are good for.
3075 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3077 ##### Example
3079     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3080     {
3081         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
3082         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3083         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3084         return nullptr;
3085     }
3087 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3088 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3090 ##### Note
3092 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3093 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](???).
3095 ##### Note
3097 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3099 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
3101 ##### Enforcement
3103 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3104 Only owners should be deleted.
3105 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3106 Only owners should be responsible for deletion.
3108 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3110 ##### Reason
3112 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3114 ##### Example, bad
3116 After the return from a function its local objects no longer exist:
3118     int* f()
3119     {
3120         int fx = 9;
3121         return &fx;  // BAD
3122     }
3124     void g(int* p)   // looks innocent enough
3125     {
3126         int gx;
3127         cout << "*p == " << *p << '\n';
3128         *p = 999;
3129         cout << "gx == " << gx << '\n';
3130     }
3132     void h()
3133     {
3134         int* p = f();
3135         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3136         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3137     }
3139 Here on one popular implementation I got the output:
3141     *p == 999
3142     gx == 999
3144 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`.
3146 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3147 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3148 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3149 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3151 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3153 ##### Note
3155 This applies to references as well:
3157     int& f()
3158     {
3159         int x = 7;
3160         // ...
3161         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3162     }
3164 ##### Note
3166 This applies only to non-`static` local variables.
3167 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3169 ##### Example, bad
3171 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3173     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3175     template<class T>
3176     void steal(T x)
3177     {
3178         glob = x();  // BAD
3179     }
3181     void f()
3182     {
3183         int i = 99;
3184         steal([&] { return &i; });
3185     }
3187     int main()
3188     {
3189         f();
3190         cout << *glob << '\n';
3191     }
3193 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3194 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3196 ##### Note
3198 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.
3200 ##### Note
3202 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3203 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3205 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3207 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3208 It can be detected/prevented with similar techniques.
3210 ##### Enforcement
3212 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3213 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3215 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3217 ##### Reason
3219 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3221 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3222 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3224 ##### Example
3226     class Car
3227     {
3228         array<wheel, 4> w;
3229         // ...
3230     public:
3231         wheel& get_wheel(size_t i) { Expects(i < 4); return w[i]; }
3232         // ...
3233     };
3235     void use()
3236     {
3237         Car c;
3238         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3239     }
3241 ##### Enforcement
3243 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3245 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3247 ##### Reason
3249 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object. A `&&` is a magnet for temporary objects. This is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee, because the temporary is guaranteed to outlive the function call. (See [F.24](#Rf-pass-ref-ref) and [F.25](#Rf-pass-ref-move).) However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope. See also ???.
3251 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&&`).
3253 ##### Example, bad
3255 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3257     template<class F>
3258     auto&& wrapper(F f)
3259     {
3260         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3261         return f();
3262     }
3264 ##### Example, good
3266 Better:
3268     template<class F>
3269     auto wrapper(F f)
3270     {
3271         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3272         return f();
3273     }
3275 ##### Exception
3277 `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 `&&`.
3279 ##### Enforcement
3281 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3283 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3285 ##### Reason
3287 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3288 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3290 ##### Example
3292         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3294         int main()
3295         {
3296             std::cout << "This is the way to do it\n";
3297         }
3299 ##### Note
3301 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3303 ##### Enforcement
3305 * The compiler should do it
3306 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3308 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3310 ##### Reason
3312 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3313 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-const)
3314 `*this`.  This ensures consistency with standard library types and follows the
3315 principle of "do as the ints do."
3317 ##### Note
3319 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3320 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.
3322 ##### Example
3324     class Foo
3325     {
3326      public:
3327         ...
3328         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3329           // Copy members.
3330           ...
3331           return *this;
3332         }
3333     };
3335 ##### Enforcement
3337 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3338 value) of any assignment operator.
3340 ### <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)
3342 ##### Reason
3344 Functions can't capture local variables or be declared 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.
3346 ##### Example
3348     // writing a function that should only take an int or a string
3349     // -- overloading is natural
3350     void f(int);
3351     void f(const string&);
3353     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3354     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3355     vector<work> v = lots_of_work();
3356     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3357         pool.run([=, &v]{
3358             /*
3359             ...
3360             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3361             ...
3362             */
3363         });
3364     }
3365     pool.join();
3367 ##### Exception
3369 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.
3371 ##### Enforcement
3373 * 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.
3375 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3377 ##### Reason
3379 Default arguments simply provides alternative interfaces to a single implementation.
3380 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3381 The use of default arguments can avoid code replication.
3383 ##### Note
3385 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3386 For example:
3388     void print(const string& s, format f = {});
3390 as opposed to
3392     void print(const string& s);  // use default format
3393     void print(const string& s, format f);
3395 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:
3397     void print(const char&);
3398     void print(int);
3399     void print(zstring);
3401 ##### See also
3404 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3406 ##### Enforcement
3408     ???
3410 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3412 ##### Reason
3414 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.
3416 ##### Example
3418 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.
3420     void send_packets(buffers& bufs)
3421     {
3422         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3423         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3424         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3425         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3426     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3428 ##### Enforcement
3432 ### <a name="Rf-value-capture"></a>F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread
3434 ##### Reason
3436 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.
3438 ##### Example, bad
3440     int local = 42;
3442     // Want a reference to local.
3443     // Note, that after program exits this scope,
3444     // local no longer exists, therefore
3445     // process() call will have undefined behavior!
3446     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3448 ##### Example, good
3450     int local = 42;
3451     // Want a copy of local.
3452     // Since a copy of local is made, it will
3453     // always be available for the call.
3454     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3456 ##### Enforcement
3458 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3459 * (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
3461 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3463 ##### Reason
3465 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.
3467 ##### Example
3469     class My_class {
3470         int x = 0;
3471         // ...
3473         void f() {
3474             int i = 0;
3475             // ...
3477             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3478             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3479             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3481             x = 42;
3482             lambda(); // calls use(42);
3483             x = 43;
3484             lambda(); // calls use(43);
3486             // ...
3488             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3490             // ...
3491         }
3492     };
3494 ##### Note
3496 This is under active discussion in standardization, and may be addressed in a future version of the standard by adding a new capture mode or possibly adjusting the meaning of `[=]`. For now, just be explicit.
3498 ##### Enforcement
3500 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3502 # <a name="S-class"></a>C: Classes and Class Hierarchies
3504 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3505 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3507 Class rule summary:
3509 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3510 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3511 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3512 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3513 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3514 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3515 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3516 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3518 Subsections:
3520 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3521 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3522 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3523 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3524 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3525 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3526 * [C.union: Unions](#SS-union)
3528 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3530 ##### Reason
3532 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3534 ##### Example
3536     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3537     void draw(Point from, Point to);          // better
3539 ##### Note
3541 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3543 ##### Note
3545 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3547 ##### Enforcement
3549 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3551 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3553 ##### Reason
3555 Readability.
3556 Ease of comprehension.
3557 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3558 This is a useful convention.
3560 ##### Note
3562 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3563 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3564 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3566 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3568 ##### Example
3570     struct Pair {  // the members can vary independently
3571         string name;
3572         int volume;
3573     };
3575 but:
3577     class Date {
3578     public:
3579         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3580         Date(int yy, Month mm, char dd);
3581         // ...
3582     private:
3583         int y;
3584         Month m;
3585         char d;    // day
3586     };
3588 ##### Note
3590 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
3591 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
3592 This effectively means the definer need to define an invariant.
3594 * See also [define a class with private data as `class`](#Rc-class).
3595 * See also [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order).
3596 * See also [minimize exposure of members](#Rc-private).
3597 * See also [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
3599 ##### Enforcement
3601 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3603 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3605 ##### Reason
3607 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3609 ##### Example
3611     class Date {
3612         // ... some representation ...
3613     public:
3614         Date();
3615         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3616         Date(int yy, Month mm, char dd);
3618         int day() const;
3619         Month month() const;
3620         // ...
3621     };
3623 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3625 ##### Note
3627 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3628 For example, we can use a set of declarations of freestanding functions in a namespace, an abstract base class, or a template function with concepts to represent an interface.
3629 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3630 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3632 ##### Enforcement
3636 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3638 ##### Reason
3640 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.
3642 ##### Example
3644     class Date {
3645         // ... relatively small interface ...
3646     };
3648     // helper functions:
3649     Date next_weekday(Date);
3650     bool operator==(Date, Date);
3652 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3654 ##### Note
3656 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
3658 ##### Enforcement
3660 Look for member function that do not touch data members directly.
3661 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3663 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3665 ##### Reason
3667 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.
3668 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.
3670 ##### Example
3672     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3674         class Time { /* ... */ };
3675         class Date { /* ... */ };
3677         // helper functions:
3678         bool operator==(Date, Date);
3679         Date next_weekday(Date);
3680         // ...
3681     }
3683 ##### Note
3685 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
3687 ##### Enforcement
3689 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3691 ### <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
3693 ##### Reason
3695 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
3697 ##### Example; bad
3699     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
3701 ##### Example; good
3703     struct Data { /*...*/ };
3704     Data data{ /*...*/ };
3706 ##### Enforcement
3708 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
3710 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
3712 ##### Reason
3714 Readability.
3715 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
3716 This is a useful convention.
3718 ##### Example, bad
3720     struct Date {
3721         int d, m;
3723         Date(int i, Month m);
3724         // ... lots of functions ...
3725     private:
3726         int y;  // year
3727     };
3729 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
3730 but nearly everything is wrong from a design perspective.
3731 The private data is hidden far from the public data.
3732 The data is split in different parts of the class declaration.
3733 Different parts of the data have different access.
3734 All of this decreases readability and complicates maintenance.
3736 ##### Note
3738 Prefer to place the interface first in a class [see](#Rl-order).
3740 ##### Enforcement
3742 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `public` member.
3744 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
3746 ##### Reason
3748 Encapsulation.
3749 Information hiding.
3750 Minimize the chance of untended access.
3751 This simplifies maintenance.
3753 ##### Example
3755     ???
3757 ##### Note
3759 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
3761 ##### Enforcement
3763 Flag protected data.
3765 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
3767 One ideal for a class is to be a regular type.
3768 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3769 A value of regular type can be copied and the result of a copy is an independent object with the same value as the original.
3770 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
3771 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3772 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3773 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
3775 Concrete type rule summary:
3777 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
3778 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3780 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10 Prefer concrete types over class hierarchies
3782 ##### Reason
3784 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3785 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3786 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3788 ##### Example
3790     class Point1 {
3791         int x, y;
3792         // ... operations ...
3793         // ... no virtual functions ...
3794     };
3796     class Point2 {
3797         int x, y;
3798         // ... operations, some virtual ...
3799         virtual ~Point2();
3800     };
3802     void use()
3803     {
3804         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
3805         Point1 p12 {p11};    // a copy
3807         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3808         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
3809         // ...
3810     }
3812 If a class can be part of a hierarchy, we (in real code if not necessarily in small examples) must manipulate its objects through pointers or references.
3813 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3815 ##### Note
3817 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3819 ##### Note
3821 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3822 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3823 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3824 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.
3826 ##### Enforcement
3830 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
3832 ##### Reason
3834 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3836 ##### Example
3838     struct Bundle {
3839         string name;
3840         vector<Record> vr;
3841     };
3843     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
3844     {
3845         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
3846     }
3848     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3849     Bundle b2 = b1;
3850     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3851     b2.name = "the other bundle";
3852     if (b1 == b2) error("No!");
3854 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
3856 ##### Enforcement
3860 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
3862 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
3863 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
3865 These are *default operations*:
3867 * a default constructor: `X()`
3868 * a copy constructor: `X(const X&)`
3869 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
3870 * a move constructor: `X(X&&)`
3871 * a move assignment: `operator=(X&&)`
3872 * a destructor: `~X()`
3874 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
3876 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
3877 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
3879 Set of default operations rules:
3881 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
3882 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
3883 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
3885 Destructor rules:
3887 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
3888 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
3889 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
3890 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
3891 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
3892 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
3893 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
3894 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
3896 Constructor rules:
3898 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
3899 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
3900 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
3901 * [C.43: Ensure that a class has a default constructor](#Rc-default0)
3902 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
3903 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
3904 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
3905 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
3906 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
3907 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
3908 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
3909 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
3910 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
3912 Copy and move rules:
3914 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
3915 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
3916 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
3917 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
3918 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
3919 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
3920 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
3921 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
3923 Other default operations rules:
3925 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
3926 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
3927 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
3928 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
3929 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
3930 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
3931 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
3932 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
3933 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
3935 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
3937 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
3938 However, a programmer can disable or replace these defaults.
3940 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
3942 ##### Reason
3944 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
3946 ##### Example
3948     struct Named_map {
3949     public:
3950         // ... no default operations declared ...
3951     private:
3952         string name;
3953         map<int, int> rep;
3954     };
3956     Named_map nm;        // default construct
3957     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
3959 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
3961 ##### Note
3963 This is known as "the rule of zero".
3965 ##### Enforcement
3967 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
3968 For example, a class with a (pointer, size) pair of member and a destructor that `delete`s the pointer could probably be converted to a `vector`.
3970 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
3972 ##### Reason
3974 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be non-default, the odds are that others need modification too.
3976 ##### Example, bad
3978     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
3979     public:
3980         // ...
3981         // ... no copy or move operations ...
3982         ~M2() { delete[] rep; }
3983     private:
3984         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
3985     };
3987     void use()
3988     {
3989         M2 x;
3990         M2 y;
3991         // ...
3992         x = y;   // the default assignment
3993         // ...
3994     }
3996 Given that "special attention" was needed for the destructor (here, to deallocate), the likelihood that copy and move assignment (both will implicitly destroy an object) are correct is low (here, we would get double deletion).
3998 ##### Note
4000 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4002 ##### Note
4004 If you want a default implementation of a default operation (while defining another), write `=default` to show you're doing so intentionally for that function.
4005 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4007 ##### Note
4009 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4011 ##### Note
4013 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4015 ##### Enforcement
4017 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4019 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4021 ##### Reason
4023 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4024 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.
4026 ##### Example, bad
4028     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4029         class Impl {
4030             // ...
4031         };
4032         shared_ptr<Impl> p;
4033     public:
4034         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4035         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4036         // ...
4037     };
4039 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4041 ##### Enforcement
4043 * (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.
4044 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4045 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4046 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4048 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4050 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4051 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);
4052 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4053 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4055 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4057 ##### Reason
4059 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4060 If the default destructor is sufficient, use it.
4061 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4063 ##### Example
4065     template<typename A>
4066     struct final_action {   // slightly simplified
4067         A act;
4068         final_action(A a) :act{a} {}
4069         ~final_action() { act(); }
4070     };
4072     template<typename A>
4073     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4074     {
4075         return final_action<A>{act};
4076     }
4078     void test()
4079     {
4080         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4081         // ...
4082         if (something) return;   // act done here
4083         // ...
4084     } // act done here
4086 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4088 ##### Note
4090 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4092 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4093 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4095 ##### Example, bad
4097     class Foo {   // bad; use the default destructor
4098     public:
4099         // ...
4100         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4101     private:
4102         string s;
4103         int i;
4104         vector<int> vi;
4105     };
4107 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4109 ##### Note
4111 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4113 ##### Enforcement
4115 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4117 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4119 ##### Reason
4121 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4123 ##### Note
4125 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4127 ##### Example
4129     class X {
4130         ifstream f;   // may own a file
4131         // ... no default operations defined or =deleted ...
4132     };
4134 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4136 ##### Example, bad
4138     class X2 {     // bad
4139         FILE* f;   // may own a file
4140         // ... no default operations defined or =deleted ...
4141     };
4143 `X2` may leak a file handle.
4145 ##### Note
4147 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4148 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4149 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4150 See [discussion](#Sd-never-fail).
4151 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4152 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4153 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4155 ##### Note
4157 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4158 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4159 For example:
4161     Preprocessor pp { /* ... */ };
4162     Parser p { pp, /* ... */ };
4163     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4165 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4167 ##### Enforcement
4169 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4170   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4171 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4172   (e.g., look into the constructors).
4174 ### <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
4176 ##### Reason
4178 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4180 ##### Example
4182     ???
4184 ##### Note
4186 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4187 This will aid documentation and analysis.
4189 ##### Enforcement
4191 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4193 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4195 ##### Reason
4197 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4199 ##### Example
4201 A pointer member may represent a resource.
4202 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4203 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4205     template<typename T>
4206     class Smart_ptr {
4207         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4208         // ...
4209     public:
4210         // ... no user-defined default operations ...
4211     };
4213     void use(Smart_ptr<int> p1)
4214     {
4215         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4216         auto p2 = p1;
4217     }
4219 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4221     template<typename T>
4222     class Smart_ptr2 {
4223         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4224         // ...
4225     public:
4226         // ... no user-defined copy operations ...
4227         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4228     };
4230     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4231     {
4232         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4233     }
4235 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:
4237     template<typename T>
4238     class Smart_ptr3 {
4239         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4240         // ...
4241     public:
4242         // ...
4243         // ... copy and move operations ...
4244         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4245     };
4247     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4248     {
4249         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4250     }
4252 ##### Note
4254 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.
4256 ##### Note
4258 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4259 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4261 ##### Enforcement
4263 * A class with a pointer data member is suspect.
4264 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4266 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a>C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
4268 ##### Reason
4270 A reference member may represent a resource.
4271 It should not do so, but in older code, that's common.
4272 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
4273 Also, copying may lead to slicing.
4275 ##### Example, bad
4277     class Handle {  // Very suspect
4278         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4279                     // BAD: vague about ownership of *p
4280         // ...
4281     public:
4282         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4283         // ...
4284     };
4286 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
4287 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
4289 ##### Example
4291     class Handle {        // OK
4292         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4293         // ...
4294     public:
4295         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4296         ~Handle() { delete &s; }
4297         // ...
4298     };
4300 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
4302     // the Handle had better own the Circle or we have a leak
4303     Handle x {*new Circle{p1, 17}};
4305     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
4306     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
4308 That `x = y` is highly suspect.
4309 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
4310 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
4312 ##### Note
4314 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
4315 Changing from references to smart pointers implies code changes.
4316 We don't (yet) have smart references.
4317 Also, that may affect ABIs.
4319 ##### Enforcement
4321 * A class with a reference data member is suspect.
4322 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
4324 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4326 ##### Reason
4328 To prevent undefined behavior.
4329 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.
4330 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.
4331 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4333 ##### Discussion
4335 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4337 ##### Example, bad
4339     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4340         virtual void f();
4341     };
4343     struct D : Base {
4344         string s {"a resource needing cleanup"};
4345         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4346         // ...
4347     };
4349     void use()
4350     {
4351         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4352         // ...
4353     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4355 ##### Note
4357 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4358 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4360 ##### Note
4362 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4364     class X {
4365         ~X();   // private destructor
4366         // ...
4367     };
4369     void use()
4370     {
4371         X a;                        // error: cannot destroy
4372         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4373     }
4375 ##### Exception
4377 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.
4379 ##### Enforcement
4381 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4383 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4385 ##### Reason
4387 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4388 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4390 ##### Example
4392     class X {
4393     public:
4394         ~X() noexcept;
4395         // ...
4396     };
4398     X::~X() noexcept
4399     {
4400         // ...
4401         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4402         // ...
4403     }
4405 ##### Note
4407 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4408 None have succeeded to come up with a general scheme.
4409 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4410 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4411 See [discussion](#Sd-dtor).
4412 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4413 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4415 ##### Note
4417 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4419 ##### Note
4421 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4422 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4423 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4424 Consider the "my connection will not close" example.
4425 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.
4426 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4428 ##### Note
4430 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4431 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4433 ##### Enforcement
4435 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4437 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4439 ##### Reason
4441  [A destructor may 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.
4443 ##### Note
4445 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.
4447 ##### Enforcement
4449 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4451 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4453 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4455 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4457 ##### Reason
4459 That's what constructors are for.
4461 ##### Example
4463     class Date {  // a Date represents a valid date
4464                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4465         Date(int dd, int mm, int yy)
4466             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4467         {
4468             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4469         }
4470         // ...
4471     private:
4472         int d, m, y;
4473     };
4475 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4477 ##### Note
4479 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4481     struct Rec {
4482         string s;
4483         int i {0};
4484         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4485         Rec(int ii) :i{ii} {}
4486     };
4488     Rec r1 {7};
4489     Rec r2 {"Foo bar"};
4491 ##### Note
4493 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4495     struct Rec2{
4496         string s;
4497         int i;
4498         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
4499     };
4501     Rec2 r1 {"Foo", 7};
4502     Rec2 r2 {"Bar"};
4504 The `Rec2` constructor is redundant.
4505 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4507 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
4509 ##### Enforcement
4511 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
4513 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
4515 ##### Reason
4517 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
4519 ##### Example, bad
4521     class X1 {
4522         FILE* f;   // call init() before any other function
4523         // ...
4524     public:
4525         X1() {}
4526         void init();   // initialize f
4527         void read();   // read from f
4528         // ...
4529     };
4531     void f()
4532     {
4533         X1 file;
4534         file.read();   // crash or bad read!
4535         // ...
4536         file.init();   // too late
4537         // ...
4538     }
4540 Compilers do not read comments.
4542 ##### Exception
4544 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
4546 ##### Enforcement
4548 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4549 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
4551 ##### Note
4553 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
4554 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
4556 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
4558 ##### Reason
4560 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
4562 ##### Example
4564     class X2 {
4565         FILE* f;   // call init() before any other function
4566         // ...
4567     public:
4568         X2(const string& name)
4569             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
4570         {
4571             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
4572             // ...
4573         }
4575         void read();      // read from f
4576         // ...
4577     };
4579     void f()
4580     {
4581         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
4582         file.read();      // fine
4583         // ...
4584     }
4586 ##### Example, bad
4588     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
4589         FILE* f;   // call init() before any other function
4590         bool valid;
4591         // ...
4592     public:
4593         X3(const string& name)
4594             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
4595         {
4596             if (f) valid = true;
4597             // ...
4598         }
4600         bool is_valid() { return valid; }
4601         void read();   // read from f
4602         // ...
4603     };
4605     void f()
4606     {
4607         X3 file {"Heraclides"};
4608         file.read();   // crash or bad read!
4609         // ...
4610         if (file.is_valid()) {
4611             file.read();
4612             // ...
4613         }
4614         else {
4615             // ... handle error ...
4616         }
4617         // ...
4618     }
4620 ##### Note
4622 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.
4623 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
4625 ##### Exception
4627 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.
4628 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
4630 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
4631 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
4633 ##### Note
4635 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
4636 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
4637 Another reason is 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)
4639 ##### Enforcement
4641 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a class has a default constructor
4643 ##### Reason
4645 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
4647 ##### Example , bad
4649     class Date { // BAD: no default constructor
4650     public:
4651         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4652         // ...
4653     };
4655     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
4656     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});   // alternative
4658 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.
4660 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.
4661 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
4662 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
4664 ##### Example
4666     class Date {
4667     public:
4668         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4669         Date() = default; // See also C.45
4670         // ...
4671     private:
4672         int dd = 1;
4673         int mm = 1;
4674         int yyyy = 1970;
4675         // ...
4676     };
4678     vector<Date> vd1(1000);
4680 ##### Note
4682 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
4684     struct X {
4685         string s;
4686         vector<int> v;
4687     };
4689     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
4691 Beware that built-in types are not properly default constructed:
4693     struct X {
4694         string s;
4695         int i;
4696     };
4698     void f()
4699     {
4700         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
4702         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
4703         ++x.i;
4704     }
4706 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
4707 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
4708 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
4709 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
4711     struct X {
4712         string s;
4713         int i {};   // default initialize (to 0)
4714     };
4716 ##### Enforcement
4718 * Flag classes without a default constructor
4720 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
4722 ##### Reason
4724 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
4726 ##### Example, problematic
4728     template<typename T>
4729     // elem points to space-elem element allocated using new
4730     class Vector0 {
4731     public:
4732         Vector0() :Vector0{0} {}
4733         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4734         // ...
4735     private:
4736         own<T*> elem;
4737         T* space;
4738         T* last;
4739     };
4741 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4742 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4743 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4745 ##### Example
4747     template<typename T>
4748     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4749     class Vector1 {
4750     public:
4751         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4752         Vector1() noexcept {}
4753         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4754         // ...
4755     private:
4756         own<T*> elem = nullptr;
4757         T* space = nullptr;
4758         T* last = nullptr;
4759     };
4761 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4762 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4764 ##### Enforcement
4766 * Flag throwing default constructors
4768 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4770 ##### Reason
4772 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4774 ##### Example, bad
4776     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4777         string s;
4778         int i;
4779     public:
4780         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4781         // ...
4782     };
4784 ##### Example
4786     class X2 {
4787         string s = "default";
4788         int i = 1;
4789     public:
4790         // use compiler-generated default constructor
4791         // ...
4792     };
4794 ##### Enforcement
4796 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4798 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4800 ##### Reason
4802 To avoid unintended conversions.
4804 ##### Example, bad
4806     class String {
4807         // ...
4808     public:
4809         String(int);   // BAD
4810         // ...
4811     };
4813     String s = 10;   // surprise: string of size 10
4815 ##### Exception
4817 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4819     class Complex {
4820         // ...
4821     public:
4822         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4823         // ...
4824     };
4826     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4828 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4830 ##### Enforcement
4832 (Simple) Single-argument constructors should be declared `explicit`. Good single argument non-`explicit` constructors are rare in most code based. Warn for all that are not on a "positive list".
4834 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4836 ##### Reason
4838 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4840 ##### Example, bad
4842     class Foo {
4843         int m1;
4844         int m2;
4845     public:
4846         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
4847         // ...
4848     };
4850     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4852 ##### Enforcement
4854 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4856 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4858 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
4860 ##### Reason
4862 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.
4864 ##### Example, bad
4866     class X {   // BAD
4867         int i;
4868         string s;
4869         int j;
4870     public:
4871         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
4872         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
4873         // ...
4874     };
4876 How would a maintainer know whether `j` was deliberately uninitialized (probably a poor 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.
4878 ##### Example
4880     class X2 {
4881         int i {666};
4882         string s {"qqq"};
4883         int j {0};
4884     public:
4885         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
4886         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
4887         // ...
4888     };
4890 **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:
4892     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
4893         int i;
4894         string s;
4895         int j;
4896     public:
4897         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
4898             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
4899         // ...
4900     };
4902 ##### Enforcement
4904 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4905 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
4907 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
4909 ##### Reason
4911 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
4913 ##### Example, good
4915     class A {   // Good
4916         string s1;
4917     public:
4918         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
4919         // ...
4920     };
4922 ##### Example, bad
4924     class B {   // BAD
4925         string s1;
4926     public:
4927         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
4928         // ...
4929     };
4931     class C {   // UGLY, aka very bad
4932         int* p;
4933     public:
4934         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
4935         // ...
4936     };
4938 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
4940 ##### Reason
4942 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.
4944 ##### Example, bad
4946     class B {
4947     public:
4948         B()
4949         {
4950             // ...
4951             f();   // BAD: virtual call in constructor
4952             // ...
4953         }
4955         virtual void f() = 0;
4957         // ...
4958     };
4960 ##### Example
4962     class B {
4963     protected:
4964         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
4966         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
4967         {
4968             // ...
4969             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
4970             // ...
4971         }
4973     public:
4974         virtual void f() = 0;
4976         template<class T>
4977         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating objects
4978         {
4979             auto p = make_shared<T>();
4980             p->PostInitialize();
4981             return p;
4982         }
4983     };
4985     class D : public B { /* ... */ };            // some derived class
4987     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
4989 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
4990 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
4992 ##### Note
4994 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
4996 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
4998 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5000 ##### Reason
5002 To avoid repetition and accidental differences.
5004 ##### Example, bad
5006     class Date {   // BAD: repetitive
5007         int d;
5008         Month m;
5009         int y;
5010     public:
5011         Date(int ii, Month mm, year yy)
5012             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5013             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5015         Date(int ii, Month mm)
5016             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
5017             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5018         // ...
5019     };
5021 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5023 ##### Example
5025     class Date2 {
5026         int d;
5027         Month m;
5028         int y;
5029     public:
5030         Date2(int ii, Month mm, year yy)
5031             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5032             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5034         Date2(int ii, Month mm)
5035             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
5036         // ...
5037     };
5039 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5041 ##### Enforcement
5043 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5045 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5047 ##### Reason
5049 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
5051 ##### Example
5053 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5055     class Rec {
5056         // ... data and lots of nice constructors ...
5057     };
5059     class Oper : public Rec {
5060         using Rec::Rec;
5061         // ... no data members ...
5062         // ... lots of nice utility functions ...
5063     };
5065 ##### Example, bad
5067     struct Rec2 : public Rec {
5068         int x;
5069         using Rec::Rec;
5070     };
5072     Rec2 r {"foo", 7};
5073     int val = r.x;   // uninitialized
5075 ##### Enforcement
5077 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5079 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5081 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5082 Resource handles may or may not be copyable.
5083 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5085 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5087 ##### Reason
5089 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.24](#Rf-pass-ref-ref)).
5091 ##### Example
5093     class Foo {
5094     public:
5095         Foo& operator=(const Foo& x)
5096         {
5097             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5098             auto tmp = x;
5099             std::swap(*this, tmp);
5100             return *this;
5101         }
5102         // ...
5103     };
5105     Foo a;
5106     Foo b;
5107     Foo f();
5109     a = b;    // assign lvalue: copy
5110     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5112 ##### Note
5114 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
5116 ##### Example
5118 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:
5120     template<typename T>
5121     class Vector {
5122     public:
5123         Vector& operator=(const Vector&);
5124         // ...
5125     private:
5126         T* elem;
5127         int sz;
5128     };
5130     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5131     {
5132         if (a.sz > sz) {
5133             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5134             return *this
5135         }
5136         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5137         if (a.sz < sz) {
5138             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5139         }
5140         return *this;
5141     }
5143 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#???) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self assignment](#Rc-copy-self).
5145 **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&)`.
5146 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5148 ##### Enforcement
5150 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5151 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5152 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5153   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5155 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5157 ##### Reason
5159 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5160 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).
5162 ##### Example
5164     class X {   // OK: value semantics
5165     public:
5166         X();
5167         X(const X&);     // copy X
5168         void modify();   // change the value of X
5169         // ...
5170         ~X() { delete[] p; }
5171     private:
5172         T* p;
5173         int sz;
5174     };
5176     bool operator==(const X& a, const X& b)
5177     {
5178         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5179     }
5181     X::X(const X& a)
5182         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5183     {
5184         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
5185     }
5187     X x;
5188     X y = x;
5189     if (x != y) throw Bad{};
5190     x.modify();
5191     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5193 ##### Example
5195     class X2 {  // OK: pointer semantics
5196     public:
5197         X2();
5198         X2(const X&) = default; // shallow copy
5199         ~X2() = default;
5200         void modify();          // change the value of X
5201         // ...
5202     private:
5203         T* p;
5204         int sz;
5205     };
5207     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5208     {
5209         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5210     }
5212     X2 x;
5213     X2 y = x;
5214     if (x != y) throw Bad{};
5215     x.modify();
5216     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5218 ##### Note
5220 Prefer copy semantics unless you are building a "smart pointer". Value semantics is the simplest to reason about and what the standard library facilities expect.
5222 ##### Enforcement
5224 (Not enforceable)
5226 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5228 ##### Reason
5230 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5232 ##### Example
5234 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5236     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5237     v = v;
5238     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5240 ##### Note
5242 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5244     struct Bar {
5245         vector<pair<int, int>> v;
5246         map<string, int> m;
5247         string s;
5248     };
5250     Bar b;
5251     // ...
5252     b = b;   // correct and efficient
5254 ##### Note
5256 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)).
5258     class Foo {
5259         string s;
5260         int i;
5261     public:
5262         Foo& operator=(const Foo& a);
5263         // ...
5264     };
5266     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5267     {
5268         if (this == &a) return *this;
5269         s = a.s;
5270         i = a.i;
5271         return *this;
5272     }
5274 This is obviously safe and apparently efficient.
5275 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5276 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).
5277 Consider:
5279     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5280     {
5281         s = a.s;
5282         i = a.i;
5283         return *this;
5284     }
5286 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5288 ##### Enforcement
5290 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5292 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5294 ##### Reason
5296 It is simple and efficient.
5298 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5300 ##### Enforcement
5302 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5304 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5305 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5306 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5308 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5310 ##### Reason
5312 That is the generally assumed semantics.
5313 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5315 ##### Example
5317     template<typename T>
5318     class X {   // OK: value semantics
5319     public:
5320         X();
5321         X(X&& a);          // move X
5322         void modify();     // change the value of X
5323         // ...
5324         ~X() { delete[] p; }
5325     private:
5326         T* p;
5327         int sz;
5328     };
5331     X::X(X&& a)
5332         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5333     {
5334         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5335         a.sz = 0;
5336     }
5338     void use()
5339     {
5340         X x{};
5341         // ...
5342         X y = std::move(x);
5343         x = X{};   // OK
5344     } // OK: x can be destroyed
5346 ##### Note
5348 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
5349 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
5350 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
5351 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5352 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it it possible to assign to a moved-from object.
5353 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5355 ##### Note
5357 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5359 ##### Enforcement
5361 (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.
5363 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5365 ##### Reason
5367 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors may 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.
5369 ##### Example
5371     class Foo {
5372         string s;
5373         int i;
5374     public:
5375         Foo& operator=(Foo&& a);
5376         // ...
5377     };
5379     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
5380     {
5381         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5382         s = std::move(a.s);
5383         i = a.i;
5384         return *this;
5385     }
5387 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.
5389 ##### Note
5391 There is no know general way of avoiding a `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).
5393 ##### Note
5395 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.
5397 ##### Example
5399 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5401     // move from other.ptr to this->ptr
5402     T* temp = other.ptr;
5403     other.ptr = nullptr;
5404     delete ptr;
5405     ptr = temp;
5407 ##### Enforcement
5409 * (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`.
5410 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5412 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5414 ##### Reason
5416 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5417 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5419 ##### Example
5421     template<typename T>
5422     class Vector {
5423         // ...
5424         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5425         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5426         // ...
5427     public:
5428         T* elem;
5429         int sz;
5430     };
5432 These copy operations do not throw.
5434 ##### Example, bad
5436     template<typename T>
5437     class Vector2 {
5438         // ...
5439         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
5440         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
5441         // ...
5442     public:
5443         T* elem;
5444         int sz;
5445     };
5447 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
5449 ##### Enforcement
5451 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
5453 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
5455 ##### Reason
5457 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
5459 ##### Example, bad
5461     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
5462         int data;
5463         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
5464     };
5466     class D : public B {
5467         string more_data; // add a data member
5468         // ...
5469     };
5471     auto d = make_unique<D>();
5473     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.more_data
5474     auto b = make_unique<B>(d);
5476 ##### Example
5478     class B { // GOOD: base class suppresses copying
5479         B(const B&) = delete;
5480         B& operator=(const B&) = delete;
5481         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
5482         // ...
5483     };
5485     class D : public B {
5486         string more_data; // add a data member
5487         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
5488         // ...
5489     };
5491     auto d = make_unique<D>();
5492     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
5494 ##### Note
5496 It's good to return a smart pointer, but unlike with raw pointers the return type cannot be covariant (for example, `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>`. Don't let this tempt you into returning an owning raw pointer; this is a minor drawback compared to the major robustness benefit delivered by the owning smart pointer.
5498 ##### Exception
5500 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
5502 ##### Enforcement
5504 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
5506 ## C.other: Other default operation rules
5508 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
5509 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
5510 comparisons, `swap`, and `hash`.
5512 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
5514 ##### Reason
5516 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
5518 ##### Example
5520     class Tracer {
5521         string message;
5522     public:
5523         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5524         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5526         Tracer(const Tracer&) = default;
5527         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
5528         Tracer(Tracer&&) = default;
5529         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
5530     };
5532 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
5534 ##### Example, bad
5536     class Tracer2 {
5537         string message;
5538     public:
5539         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5540         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5542         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
5543         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
5544         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
5545         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
5546     };
5548 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
5550 ##### Enforcement
5552 (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
5554 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
5556 ##### Reason
5558 In a few cases, a default operation is not desirable.
5560 ##### Example
5562     class Immortal {
5563     public:
5564         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
5565         // ...
5566     };
5568     void use()
5569     {
5570         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
5571         Immortal* p = new Immortal{};
5572         delete p;       // error: cannot destroy *p
5573     }
5575 ##### Example
5577 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:
5579     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
5580     public:
5581         // ...
5582         constexpr unique_ptr() noexcept;
5583         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
5584         // ...
5585         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
5586         // ...
5587         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
5588         // ...
5589     };
5591     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
5593     void f()
5594     {
5595         unique_ptr<int> pi {};
5596         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
5597         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
5598     }
5600 ##### Enforcement
5602 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.
5604 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5606 ##### Reason
5608 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
5609 This can be most confusing.
5610 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
5612 ##### Example, bad
5614     class Base {
5615     public:
5616         virtual void f() = 0;   // not implemented
5617         virtual void g();       // implemented with Base version
5618         virtual void h();       // implemented with Base version
5619     };
5621     class Derived : public Base {
5622     public:
5623         void g() override;   // provide Derived implementation
5624         void h() final;      // provide Derived implementation
5626         Derived()
5627         {
5628             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
5629             f();
5631             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
5632             g();
5634             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
5635             Derived::g();
5637             // ok, no qualification needed, h is final
5638             h();
5639         }
5640     };
5642 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
5644 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
5646 ##### Note
5648 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
5649 The semantics of such calls is type safe.
5650 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
5652 ##### Enforcement
5654 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
5656 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
5658 ##### Reason
5660 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).
5662 ##### Example, good
5664     class Foo {
5665         // ...
5666     public:
5667         void swap(Foo& rhs) noexcept
5668         {
5669             m1.swap(rhs.m1);
5670             std::swap(m2, rhs.m2);
5671         }
5672     private:
5673         Bar m1;
5674         int m2;
5675     };
5677 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
5679     void swap(Foo& a, Foo& b)
5680     {
5681         a.swap(b);
5682     }
5684 ##### Enforcement
5686 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
5687 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5689 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
5691 ##### Reason
5693  `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.
5695 ##### Example, bad
5697     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
5698     {
5699         auto tmp = x;   // copy elements
5700         x = y;
5701         y = tmp;
5702     }
5704 This is not just slow, but if a memory allocation occurs for the elements in `tmp`, this `swap` may throw and would make STL algorithms fail if used with them.
5706 ##### Enforcement
5708 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5710 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
5712 ##### Reason
5714  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
5715 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5717 ##### Enforcement
5719 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5721 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5723 ##### Reason
5725 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
5726 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
5728 ##### Example
5730     class X {
5731         string name;
5732         int number;
5733     };
5735     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
5736         return a.name == b.name && a.number == b.number;
5737     }
5739 ##### Example, bad
5741     class B {
5742         string name;
5743         int number;
5744         bool operator==(const B& a) const {
5745             return name == a.name && number == a.number;
5746         }
5747         // ...
5748     };
5750 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5752 ##### Note
5754 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
5755 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
5757 #### Note
5759 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5761 ##### Enforcement
5763 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5764 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5766 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
5768 ##### Reason
5770 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
5772 ##### Example, bad
5774     class B {
5775         string name;
5776         int number;
5777         virtual bool operator==(const B& a) const
5778         {
5779              return name == a.name && number == a.number;
5780         }
5781         // ...
5782     };
5784 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5786     class D :B {
5787         char character;
5788         virtual bool operator==(const D& a) const
5789         {
5790             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5791         }
5792         // ...
5793     };
5795     B b = ...
5796     D d = ...
5797     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
5798     d == b;    // error: no == defined
5799     D d2;
5800     d == d2;   // compares name, number, and character
5801     B& b2 = d2;
5802     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
5804 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5806 #### Note
5808 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5810 ##### Enforcement
5812 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5814 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
5816 ##### Reason
5818 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
5819 It's a standard-library requirement.
5821 ##### Example, bad
5823     template<>
5824     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
5825         using result_type = size_t;
5826         using argument_type = My_type;
5828         size_t operator() (const My_type & x) const
5829         {
5830             size_t xs = x.s.size();
5831             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
5832             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
5833         }
5834     };
5836     int main()
5837     {
5838         unordered_map<My_type, int> m;
5839         My_type mt{ "asdfg" };
5840         m[mt] = 7;
5841         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
5842     }
5844 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
5845 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
5847 ##### Enforcement
5849 * Flag throwing `hash`es.
5851 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
5853 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5854 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
5856 Summary of container rules:
5858 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
5859 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
5860 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
5861 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
5862 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
5863 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
5864 * ???
5865 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
5867 **See also**: [Resources](#S-resource)
5869 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
5871 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
5872 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
5873 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
5875 Summary:
5877 * [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)
5878 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
5879 * [F.53: Avoid capturing by reference in lambdas that will be used nonlocally, including returned, stored on the heap, or passed to another thread](#Rf-value-capture)
5880 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
5882 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
5884 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
5885 Typically base classes act as interfaces.
5886 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
5888 Class hierarchy rule summary:
5890 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
5891 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
5892 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
5894 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
5896 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
5897 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
5898 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
5899 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
5900 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
5901 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
5902 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
5903 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
5904 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
5905 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
5906 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
5907 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
5908 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
5909 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
5910 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
5912 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
5914 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
5915 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
5916 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
5917 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
5918 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
5919 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
5920 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
5921 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
5923 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
5925 ##### Reason
5927 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.
5929 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.
5931 ##### Example
5933     ??? Good old Shape example?
5935 ##### Example, bad
5937 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
5939     template<typename T>
5940     class Container {
5941     public:
5942         // list operations:
5943         virtual T& get() = 0;
5944         virtual void put(T&) = 0;
5945         virtual void insert(Position) = 0;
5946         // ...
5947         // vector operations:
5948         virtual T& operator[](int) = 0;
5949         virtual void sort() = 0;
5950         // ...
5951         // tree operations:
5952         virtual void balance() = 0;
5953         // ...
5954     };
5956 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
5957 Thus the base class becomes an implementation burden.
5958 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
5959 it may throw an exception instead.
5960 Thus users have to resort to run-time checking and/or
5961 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
5963 ##### Enforcement
5965 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
5966 * Flag every use of a nonpublic 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`.
5968 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
5970 ##### Reason
5972 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
5973 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
5975 ##### Example
5977     class My_interface {
5978     public:
5979         // ...only pure virtual functions here ...
5980         virtual ~My_interface() {}   // or =default
5981     };
5983 ##### Example, bad
5985     class Goof {
5986     public:
5987         // ...only pure virtual functions here ...
5988         // no virtual destructor
5989     };
5991     class Derived : public Goof {
5992         string s;
5993         // ...
5994     };
5996     void use()
5997     {
5998         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
5999         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6000         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6001     } // leak
6003 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6004 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6007 ##### Enforcement
6009 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6011 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6013 ##### Reason
6015 Such as on an ABI (link) boundary.
6017 ##### Example
6019     struct Device {
6020         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6021         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6022     };
6024     class D1 : public Device {
6025         // ... data ...
6027         void write(span<const char> outbuf) override;
6028         void read(span<char> inbuf) override;
6029     };
6031     class D2 : public Device {
6032         // ... different data ...
6034         void write(span<const char> outbuf) override;
6035         void read(span<char> inbuf) override;
6036     };
6038 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6039 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in a ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
6041 ##### Enforcement
6043     ???
6045 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6047 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6049 ##### Reason
6051 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6053 ##### Example
6055     ???
6057 ##### Exception
6059 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6060 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6061   (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.
6063 ##### Enforcement
6065 Flag abstract classes with constructors.
6067 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6069 ##### Reason
6071 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 nonvirtual; see [C.35](#Rc-dtor-virtual).
6073 ##### Example, bad
6075     struct B {
6076         virtual int f() = 0;
6077         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6078     };
6080     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6081     struct D : B {
6082         string s {"default"};
6083     };
6085     void use()
6086     {
6087         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6088         // ...
6089     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6091 ##### Note
6093 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`.
6095 ##### Enforcement
6097 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6098 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6100 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6102 ##### Reason
6104 Readability.
6105 Detection of mistakes.
6106 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.
6108 Use `virtual` only when declaring a new virtual function. Use `override` only when declaring an overrider. Use `final` only when declaring a final overrider. If a base class destructor is declared `virtual`, derived class destructors should neither be declared `virtual` nor `override`.
6110 ##### Example, bad
6112     struct B {
6113         void f1(int);
6114         virtual void f2(int) const;
6115         virtual void f3(int);
6116         // ...
6117     };
6119     struct D : B {
6120         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6121         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6122         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6123         // ...
6124     };
6126     struct Better : B {
6127         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
6128         void f2(int) const override;
6129         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
6130         // ...
6131     };
6133 ##### Enforcement
6135 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
6136 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
6137 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
6139 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
6141 ##### Reason
6143 Implementation details in an interface makes the interface brittle;
6144 that is, makes its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
6145 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
6147 ##### Note
6149 Definition:
6151 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
6152 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
6153 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
6154 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
6156 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
6158 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
6159 and bad habits die hard.
6160 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
6162 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
6164 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
6165 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
6166 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
6167 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
6170 ##### Example, bad
6172     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
6173     public:
6174         Shape();
6175         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
6177         Point center() const { return cent; }
6178         Color color() const { return col; }
6180         virtual void rotate(int) = 0;
6181         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
6183         virtual void redraw();
6185         // ...
6186     public:
6187         Point cent;
6188         Color col;
6189     };
6191     class Circle : public Shape {
6192     public:
6193         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
6195         // ...
6196     private:
6197         int rad;
6198     };
6200     class Triangle : public Shape {
6201     public:
6202         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
6203         // ...
6204     };
6206 Problems:
6208 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
6209 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
6210 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
6211 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
6213 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
6214 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
6215 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
6216 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
6218 ##### Example
6220 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
6222     class Shape {  // pure interface
6223     public:
6224         virtual Point center() const = 0;
6225         virtual Color color() const = 0;
6227         virtual void rotate(int) = 0;
6228         virtual void move(Point p) = 0;
6230         virtual void redraw() = 0;
6232         // ...
6233     };
6235 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
6237     class Circle : public Shape {
6238     public:
6239         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
6241         Point center() const override { return cent; }
6242         Color color() const override { return col; }
6244         // ...
6245     private:
6246         Point cent;
6247         int rad;
6248         Color col;
6249     };
6251 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
6252 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
6254 ##### Example, dual hierarchy
6256 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
6257 One popular technique is dual hierarchies.
6258 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
6260 First we devise a hierarchy of interface classes:
6262     class Shape {   // pure interface
6263     public:
6264         virtual Point center() const = 0;
6265         virtual Color color() const = 0;
6267         virtual void rotate(int) = 0;
6268         virtual void move(Point p) = 0;
6270         virtual void redraw() = 0;
6272         // ...
6273     };
6275     class Circle : public Shape {   // pure interface
6276     public:
6277         int radius() = 0;
6278         // ...
6279     };
6281 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
6283     class Impl::Shape : public Shape { // implementation
6284     public:
6285         // constructors, destructor
6286         // ...
6287         virtual Point center() const { /* ... */ }
6288         virtual Color color() const { /* ... */ }
6290         virtual void rotate(int) { /* ... */ }
6291         virtual void move(Point p) { /* ... */ }
6293         virtual void redraw() { /* ... */ }
6295         // ...
6296     };
6298 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
6299 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
6302     class Impl::Circle : public Circle, public Impl::Shape {   // implementation
6303     public:
6304         // constructors, destructor
6306         int radius() { /* ... */ }
6307         // ...
6308     };
6310 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
6312     class Smiley : public Circle { // pure interface
6313     public:
6314         // ...
6315     };
6317     class Impl::Smiley : Public Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
6318     public:
6319         // constructors, destructor
6320         // ...
6321     }
6323 There are now two hierarchies:
6325 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
6326 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6328 Since each implementation derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
6330     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
6331       ^                     ^               ^
6332       |                     |               |
6333     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6335 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
6337 Another (related) technique for separating interface and implementation is [PIMPL](#???).
6339 ##### Note
6341 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
6342 (in an implementation namespace).
6343 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
6344 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
6346 ##### Enforcement
6348 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
6349 (except for calls from a derived class member to a base class member)
6350 * ???
6353 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
6355 ##### Reason
6357 Copying a base is usually slicing. 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).
6359 ##### Example
6361     class Base {
6362     public:
6363         virtual owner<Base*> clone() = 0;
6364         virtual ~Base() = 0;
6366         Base(const Base&) = delete;
6367         Base& operator=(const Base&) = delete;
6368     };
6370     class Derived : public Base {
6371     public:
6372         owner<Derived*> clone() override;
6373         virtual ~Derived() override;
6374     };
6376 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
6378 ##### Enforcement
6380 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
6381 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
6383 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
6385 ##### Reason
6387 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
6389 ##### Example
6391     class Point {   // Bad: verbose
6392         int x;
6393         int y;
6394     public:
6395         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
6396         int get_x() const { return x; }
6397         void set_x(int xx) { x = xx; }
6398         int get_y() const { return y; }
6399         void set_y(int yy) { y = yy; }
6400         // no behavioral member functions
6401     };
6403 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
6405     struct Point {
6406         int x {0};
6407         int y {0};
6408     };
6410 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
6412 ##### Note
6414 A getter or a setter that converts from an internal type to an interface type is not trivial (it provides a form of information hiding).
6416 ##### Enforcement
6418 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
6420 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
6422 ##### Reason
6424 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
6425 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
6426 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
6428 ##### Example, bad
6430     template<class T>
6431     class Vector {
6432     public:
6433         // ...
6434         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
6435     private:
6436         T* elem;   // the elements
6437         int sz;    // number of elements
6438     };
6440 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
6442 ##### Enforcement
6444 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
6445 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
6447 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
6449 ##### Reason
6451 `protected` data is a source of complexity and errors.
6452 `protected` data complicated the statement of invariants.
6453 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
6455 ##### Example
6457     ???
6459 ##### Note
6461 Protected member function can be just fine.
6463 ##### Enforcement
6465 Flag classes with `protected` data.
6467 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
6469 ##### Reason
6471 Prevention of logical confusion leading to errors.
6472 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
6473 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
6475 ##### Discussion
6477 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
6479 There are exactly two kinds of data members:
6481 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
6482 * 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.
6484 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.
6486 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.
6488 Most classes are either all A or all B:
6490 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
6491   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
6492 * *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.
6494 ##### Exception
6496 Occasionally classes will mix A and B, usually for debug reasons. An encapsulated object may 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`).
6498 ##### Enforcement
6500 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
6502 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
6504 ##### Reason
6506 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations. Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
6508 ##### Example
6510     ???
6512 ##### Note
6514 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
6515 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
6517 ##### Note
6519 Such interfaces are typically abstract classes.
6521 ##### Enforcement
6525 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
6527 ##### Reason
6529  ??? Herb: Here's the second mention of implementation inheritance. I'm very skeptical, even of single implementation inheritance, never mind multiple implementation inheritance which just seems frightening -- I don't think that even policy-based design really needs to inherit from the policy types. Am I missing some good examples, or could we consider discouraging this as an anti-pattern?
6531 ##### Example
6533     ???
6535 ##### Note
6537 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
6539 ##### Enforcement
6541 ??? Herb: How about opposite enforcement: Flag any type that inherits from more than one non-empty base class?
6543 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
6545 ##### Reason
6547  ???
6549 ##### Example
6551     ???
6553 ##### Note
6557 ##### Enforcement
6561 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
6563 ##### Reason
6565 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
6567 ##### Example, bad
6569     #include <iostream>
6570     class B {
6571     public:
6572         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
6573         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
6574     };
6575     class D: public B {
6576     public:
6577         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6578     };
6579     int main()
6580     {
6581         D d;
6582         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
6583         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
6584     }
6586 ##### Example, good
6588     class D: public B {
6589     public:
6590         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6591         using B::f; // exposes f(double)
6592     };
6594 ##### Note
6596 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
6598 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
6600     template <class... Ts>
6601     struct Overloader : Ts... {
6602         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
6603     };
6605 ##### Enforcement
6607 Diagnose name hiding
6609 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
6611 ##### Reason
6613 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
6614 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
6616 ##### Example, bad
6618     class Widget { /* ... */ };
6620     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
6621     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
6623     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
6625 ##### Example, bad
6627     struct Interface {
6628         virtual int f() = 0;
6629         virtual int g() = 0;
6630     };
6632     class My_implementation : public Interface {
6633         int f() override;
6634         int g() final;  // I want g() to be FAST!
6635         // ...
6636     };
6638     class Better_implementation : public My_implementation {
6639         int f();
6640         int g();
6641         // ...
6642     };
6644     void use(Interface* p)
6645     {
6646         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
6647         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
6648     }
6650     // ...
6652     use(new Better_implementation{});
6654 The problem is easy to see in a small example, but in a large hierarchy with many virtual functions, tools are required for reliably spotting such problems.
6655 Consistent use of `override` would catch this.
6657 ##### Note
6659 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
6660 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
6662 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
6663 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
6664 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
6665 However, misuses are (or at least have been) far more common.
6667 ##### Enforcement
6669 Flag uses of `final`.
6672 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
6674 ##### Reason
6676 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
6678 ##### Example, bad
6680     class Base {
6681     public:
6682         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
6683     };
6685     class Derived : public Base {
6686     public:
6687         int multiply(int value, int factor = 10) override;
6688     };
6690     Derived d;
6691     Base& b = d;
6693     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
6694     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
6696 ##### Enforcement
6698 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
6700 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
6702 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
6704 ##### Reason
6706 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
6708 ##### Example
6710     struct B { int a; virtual int f(); };
6711     struct D : B { int b; int f() override; };
6713     void use(B b)
6714     {
6715         D d;
6716         B b2 = d;   // slice
6717         B b3 = b;
6718     }
6720     void use2()
6721     {
6722         D d;
6723         use(d);   // slice
6724     }
6726 Both `d`s are sliced.
6728 ##### Exception
6730 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
6732     void use3()
6733     {
6734         D d;
6735         d.f();   // OK
6736     }
6738 ##### Enforcement
6740 Flag all slicing.
6742 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
6744 ##### Reason
6746 `dynamic_cast` is checked at run time.
6748 ##### Example
6750     struct B {   // an interface
6751         virtual void f();
6752         virtual void g();
6753     };
6755     struct D : B {   // a wider interface
6756         void f() override;
6757         virtual void h();
6758     };
6760     void user(B* pb)
6761     {
6762         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
6763             // ... use D's interface ...
6764         }
6765         else {
6766             // ... make do with B's interface ...
6767         }
6768     }
6770 ##### Note
6772 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
6773 [Prefer virtual functions to casting](#???).
6774 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
6775 and reasonably convenient.
6777 ##### Note
6779 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
6780 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
6781 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
6782 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
6783 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
6784 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
6786 Consider:
6788     struct B {
6789         const char * name {"B"};
6790         virtual const char* id() const { return name; }
6791         // ...
6792     };
6794     struct D : B {
6795         const char * name {"D"};
6796         const char* id() const override { return name; }
6797         // ...
6798     };
6800     void use()
6801     {
6802         B* pb1 = new B;
6803         B* pb2 = new D;
6805         cout << pb1->id(); // "B"
6806         cout << pb2->id(); // "D"
6808         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
6809         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
6810             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
6811             // ...
6812         }
6813         // ...
6814     }
6816 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
6817 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
6818 This code may work as expected for years, just to fail on a new machine, new compiler, or a new linker that does not unify character literals.
6820 If you implement your own RTTI, be careful.
6822 ##### Exception
6824 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
6825 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
6826 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
6827 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)
6828 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
6830 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
6831 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).
6832 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
6834 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.
6836 ##### Enforcement
6838 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
6840 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
6842 ##### Reason
6844 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.
6846 ##### Example
6848     ???
6850 ##### Enforcement
6854 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
6856 ##### Reason
6860 ##### Example
6862     ???
6864 ##### Enforcement
6868 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
6870 ##### Reason
6872 Avoid resource leaks.
6874 ##### Example
6876     void use(int i)
6877     {
6878         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
6879         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
6880         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
6881         delete p;                       // too late
6882     }
6884 ##### Enforcement
6886 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
6887 * Flag `delete` of local variable
6889 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
6891 ##### Reason
6893  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
6894 It also ensures exception safety in complex expressions.
6896 ##### Example
6898     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
6900     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
6902     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
6903     //
6904     // 1. allocate memory for Foo,
6905     // 2. construct Foo,
6906     // 3. call bar,
6907     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
6908     //
6909     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory allocated for it will leak.
6910     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
6912     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
6913     f(make_unique<Foo>(), bar());
6915 ##### Enforcement
6917 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
6918 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
6920 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
6922 ##### Reason
6924  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
6925 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.
6927 ##### Example
6929     // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
6930     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};
6932     auto q = make_shared<Foo>(7);   // Better: no repetition of Foo; one object
6934 ##### Enforcement
6936 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
6937 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
6939 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
6941 ##### Reason
6943 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
6945 ##### Example
6947     struct B { int x; };
6948     struct D : B { int y; };
6950     void use(B*);
6952     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
6953     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
6954     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
6956     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
6958 ##### Enforcement
6960 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
6961 * 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`
6963 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
6965 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
6966 You cannot overload function objects.
6968 Overload rule summary:
6970 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
6971 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
6972 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
6973 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
6974 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
6975 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
6976 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
6977 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
6978 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
6979 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
6981 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
6983 ##### Reason
6985 Minimize surprises.
6987 ##### Example
6989     class X {
6990     public:
6991         // ...
6992         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
6993         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
6994                                                     // after a = b we have a == b
6995         // ...
6996     };
6998 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
7000 ##### Example, bad
7002     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
7004 ##### Note
7006 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
7007 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
7009 ##### Enforcement
7011 Possibly impossible.
7013 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
7015 ##### Reason
7017 If you use member functions, you need two.
7018 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
7020 ##### Example
7022     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
7024 ##### Enforcement
7026 Flag member operator functions.
7028 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
7030 ##### Reason
7032 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.
7034 ##### Example
7036 Consider:
7038     void print(int a);
7039     void print(int a, int base);
7040     void print(const string&);
7042 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
7044     void print_int(int a);
7045     void print_based(int a, int base);
7046     void print_string(const string&);
7048 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
7050 ##### Enforcement
7054 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
7056 ##### Reason
7058 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
7060 ##### Example
7062 Consider:
7064     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7065     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
7067 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
7069     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7070     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
7072 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
7073 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
7075 ##### Note
7077 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
7079 ##### Enforcement
7083 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
7085 ##### Reason
7087 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
7089 ##### Note
7091 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
7092 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
7093 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
7094 just to gain a minor convenience.
7096 ##### Example, bad
7098     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
7099         // ...
7100         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
7101         // ...
7102         operator zstring() { return elem; }
7103         // ...
7104     };
7106     void user(zstring p)
7107     {
7108         if (*p == "") {
7109             String s {"Trouble ahead!"};
7110             // ...
7111             p = s;
7112         }
7113         // use p
7114     }
7116 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
7118 ##### Enforcement
7120 Flag all conversion operators.
7122 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
7124 ##### Reason
7126 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
7128 ##### Example
7130 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
7131 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
7132 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.
7134     namespace N {
7135         My_type X { /* ... */ };
7136         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
7137         // ...
7138     }
7140     void f1(N::X& a, N::X& b)
7141     {
7142         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
7143     }
7145 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
7146 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
7147 How do we get `N::X` considered?
7149     void f2(N::X& a, N::X& b)
7150     {
7151         swap(a, b);   // calls N::swap
7152     }
7154 But that may not be what we wanted for generic code.
7155 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
7156 This is done by including the general function in the lookup for the function:
7158     void f3(N::X& a, N::X& b)
7159     {
7160         using std::swap;  // make std::swap available
7161         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
7162     }
7164 ##### Enforcement
7166 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
7167 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
7169 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
7171 ##### Reason
7173 The `&` operator is fundamental in C++.
7174 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
7176 ##### Example
7178     class Ptr { // a somewhat smart pointer
7179         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
7180         X* operator->() { /* check */ return p; }
7181         X operator[](int i);
7182         X operator*();
7183     private:
7184         T* p;
7185     };
7187     class X {
7188         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
7189         // ...
7190     };
7192 ##### Note
7194 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
7195 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
7196 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
7197 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
7199 ##### Enforcement
7201 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
7203 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
7205 ##### Reason
7207 Readability.
7208 Ability for find operators using ADL.
7209 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
7211 ##### Example
7213     struct S { };
7214     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7215     S s;
7217     bool x = (s == s);
7219 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
7221 ##### Example
7223     namespace N {
7224         struct S { };
7225         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7226     }
7228     N::S s;
7230     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
7232 ##### Example, bad
7234     struct S { };
7235     S s;
7237     namespace N {
7238         S::operator!(S a) { return true; }
7239         S not_s = !s;
7240     }
7242     namespace M {
7243         S::operator!(S a) { return false; }
7244         S not_s = !s;
7245     }
7247 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
7248 This can be most confusing.
7249 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
7251 ##### Note
7253 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
7254 For example:
7256     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
7258 This may be something best avoided.
7260 ##### See also
7262 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
7264 ##### Enforcement
7266 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
7268 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
7270 ##### Reason
7272 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
7274 ##### Example
7276     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
7277     {
7278         std::cout << /* class members here */;
7279     }
7281     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
7282     {
7283         return os << /* class members here */;
7284     }
7286 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
7288     My_class var { /* ... */ };
7289     // ...
7290     cout << "var = " << var << '\n';
7292 ##### Note
7294 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
7296 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
7297 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
7298 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
7299 * assignment (`=`)
7301 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
7303 ##### Enforcement
7305 Tricky. Requires semantic insight.
7307 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
7309 ##### Reason
7311 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
7313 ##### Example
7315     void f(int);
7316     void f(double);
7317     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
7319     auto g = [](int) { /* ... */ };
7320     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
7322     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
7324 ##### Enforcement
7326 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
7328 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
7330 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
7331 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
7332 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
7334 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*.
7336 Union rule summary:
7338 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
7339 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7340 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
7341 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
7342 * ???
7344 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
7346 ##### Reason
7348 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
7349 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
7351 ##### Example
7353     union Value {
7354         int x;
7355         double d;
7356     };
7358     Value v = { 123 };  // now v holds an int
7359     cout << v.x << '\n';    // write 123
7360     v.d = 987.654;  // now v holds a double
7361     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
7363 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7365 ##### Example
7367     // Short string optimization
7369     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
7371     class Immutable_string {
7372     public:
7373         Immutable_string(const char* str) :
7374             size(strlen(str))
7375         {
7376             if (size < buffer_size)
7377                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
7378             else {
7379                 string_ptr = new char[size + 1];
7380                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
7381             }
7382         }
7384         ~Immutable_string()
7385         {
7386             if (size >= buffer_size)
7387                 delete string_ptr;
7388         }
7390         const char* get_str() const
7391         {
7392             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
7393         }
7395     private:
7396         // If the string is short enough, we store the string itself
7397         // instead of a pointer to the string.
7398         union {
7399             char* string_ptr;
7400             char string_buffer[buffer_size];
7401         };
7403         const size_t size;
7404     };
7406 ##### Enforcement
7410 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
7412 ##### Reason
7414 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
7415 so that the programmer has to keep track.
7416 Naked unions are a source of type errors.
7418 ###### Example, bad
7420     union Value {
7421         int x;
7422         double d;
7423     };
7425     Value v;
7426     v.d = 987.654;  // v holds a double
7428 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
7430     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
7432 Note that the type error happened without any explicit cast.
7433 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
7434 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
7436 And, talking about "invisible", this code produced no output:
7438     v.x = 123;
7439     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
7441 ###### Alternative
7443 Wrap a `union` in a class together with a type field.
7445 The soon-to-be-standard `variant` type (to be found in `<variant>`) does that for you:
7447     variant<int, double> v;
7448     v = 123;        // v holds an int
7449     int x = get<int>(v);
7450     v = 123.456;    // v holds a double
7451     w = get<double>(v);
7453 ##### Enforcement
7457 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
7459 ##### Reason
7461 A well-designed tagged union is type safe.
7462 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
7464 ##### Example
7466 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
7467 You can look there for an explanation.
7469 The code is somewhat elaborate.
7470 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
7471 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
7473     class Value { // two alternative representations represented as a union
7474     private:
7475         enum class Tag { number, text };
7476         Tag type; // discriminant
7478         union { // representation (note: anonymous union)
7479             int i;
7480             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
7481         };
7482     public:
7483         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
7485         ~Value();
7486         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
7487         Value(const Value&);
7488         // ...
7489         int number() const;
7490         string text() const;
7492         void set_number(int n);
7493         void set_text(const string&);
7494         // ...
7495     };
7497     int Value::number() const
7498     {
7499         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
7500         return i;
7501     }
7503     string Value::text() const
7504     {
7505         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
7506         return s;
7507     }
7509     void Value::set_number(int n)
7510     {
7511         if (type == Tag::text) {
7512             s.~string();      // explicitly destroy string
7513             type = Tag::number;
7514         }
7515         i = n;
7516     }
7518     void Value::set_text(const string& ss)
7519     {
7520         if (type == Tag::text)
7521             s = ss;
7522         else {
7523             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
7524             type = Tag::text;
7525         }
7526     }
7528     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
7529     {
7530         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
7531             s = e.s;    // usual string assignment
7532             return *this;
7533         }
7535         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7537         switch (e.type) {
7538         case Tag::number:
7539             i = e.i;
7540             break;
7541         case Tag::text:
7542             new(&s)(e.s);   // placement new: explicit construct
7543             type = e.type;
7544         }
7546         return *this;
7547     }
7549     Value::~Value()
7550     {
7551         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7552     }
7554 ##### Enforcement
7558 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
7560 ##### Reason
7562 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
7563 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
7564 Type punning using a `union` is a source of errors.
7566 ##### Example, bad
7568     union Pun {
7569         int x;
7570         unsigned char c[sizeof(int)];
7571     };
7573 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
7575     void bad(Pun& u)
7576     {
7577         u.x = 'x';
7578         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
7579     }
7581 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
7583     void if_you_must_pun(int& x)
7584     {
7585         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
7586         cout << p[0] << '\n';     // undefined behavior
7587         // ...
7588     }
7590 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is still undefined behavior,
7591 but at least we can see that something tricky is going on.
7593 ##### Note
7595 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
7596 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
7598 ##### Enforcement
7604 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
7606 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
7607 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
7609 Enumeration rule summary:
7611 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
7612 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
7613 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
7614 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
7615 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
7616 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
7617 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
7618 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
7620 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
7622 ##### Reason
7624 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.
7626 ##### Example
7628 First some bad old code:
7630     // webcolors.h (third party header)
7631     #define RED   0xFF0000
7632     #define GREEN 0x00FF00
7633     #define BLUE  0x0000FF
7635     // productinfo.h
7636     // The following define product subtypes based on color
7637     #define RED    0
7638     #define PURPLE 1
7639     #define BLUE   2
7641     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
7643 Instead use an `enum`:
7645     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7646     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7648     int webby = blue;   // error: be specific
7649     Web_color webby = Web_color::blue;
7651 We used an `enum class` to avoid name clashes.
7653 ##### Enforcement
7655 Flag macros that define integer values.
7658 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
7660 ##### Reason
7662 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
7666 ##### Example
7668     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7671 ##### Note
7673 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
7675     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7677     void print(Product_info inf)
7678     {
7679         switch (inf) {
7680         case Product_info::red: cout << "red"; break;
7681         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
7682         }
7683     }
7685 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
7687 ##### Enforcement
7689 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
7690 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
7693 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
7695 ##### Reason
7697 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
7699 ##### Example
7701     void Print_color(int color);
7703     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7704     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
7706     Web_color webby = Web_color::blue;
7708     // Clearly at least one of these calls is buggy.
7709     Print_color(webby);
7710     Print_color(Product_info::Blue);
7712 Instead use an `enum class`:
7714     void Print_color(int color);
7716     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7717     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7719     Web_color webby = Web_color::blue;
7720     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
7721     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
7723 ##### Enforcement
7725 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
7727 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
7729 ##### Reason
7731 Convenience of use and avoidance of errors.
7733 ##### Example
7735     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
7737     Day operator++(Day& d)
7738     {
7739         return d == Day::sun ? Day::mon : Day{++d};
7740     }
7742     Day today = Day::sat;
7743     Day tomorrow = ++today;
7745 ##### Enforcement
7747 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
7750 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
7752 ##### Reason
7754 Avoid clashes with macros.
7756 ##### Example, bad
7758      // webcolors.h (third party header)
7759     #define RED   0xFF0000
7760     #define GREEN 0x00FF00
7761     #define BLUE  0x0000FF
7763     // productinfo.h
7764     // The following define product subtypes based on color
7766     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
7768 ##### Enforcement
7770 Flag ALL_CAPS enumerators.
7772 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
7774 ##### Reason
7776 If you can't name an enumeration, the values are not related
7778 ##### Example, bad
7780     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
7782 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
7784 ##### Alternative
7786 Use `constexpr` values instead. For example:
7788     constexpr int red = 0xFF0000;
7789     constexpr short scale = 4;
7790     constexpr bool is_signed = true;
7792 ##### Enforcement
7794 Flag unnamed enumerations.
7797 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
7799 ##### Reason
7801 The default is the easiest to read and write.
7802 `int` is the default integer type.
7803 `int` is compatible with C `enum`s.
7805 ##### Example
7807     enum class Direction : char { n, s, e, w,
7808                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
7810     enum class Web_color : int { red   = 0xFF0000,
7811                                  green = 0x00FF00,
7812                                  blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
7814 ##### Note
7816 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
7818     enum Flags : char;
7820     void f(Flags);
7822     // ....
7824     enum flags : char { /* ... */ };
7827 ##### Enforcement
7829 ????
7832 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
7834 ##### Reason
7836 It's the simplest.
7837 It avoids duplicate enumerator values.
7838 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
7840 ##### Example
7842     enum class Col1 { red, yellow, blue };
7843     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
7844     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
7845                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
7846     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
7848 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
7849 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
7851 ##### Enforcement
7853 * Flag duplicate enumerator values
7854 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
7857 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
7859 This section contains rules related to resources.
7860 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
7861 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
7862 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.
7863 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
7865 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
7866 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.
7867 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.
7868 Here, we ignore such cases.
7870 * Resource management rule summary:
7872   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
7873   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
7874   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
7875   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
7876   * [R.5: Prefer scoped objects](#Rr-scoped)
7877   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
7879 * Allocation and deallocation rule summary:
7881   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
7882   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
7883   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
7884   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
7885   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
7886   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
7888 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
7890   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
7891   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
7892   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
7893   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
7894   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
7895   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
7896   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
7897   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
7898   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
7899   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
7900   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
7901   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
7902   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
7904 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
7906 ##### Reason
7908 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
7909 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`.
7910 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.
7912 ##### Example, bad
7914 Consider:
7916     void send(X* x, cstring_span destination)
7917     {
7918         auto port = open_port(destination);
7919         my_mutex.lock();
7920         // ...
7921         send(port, x);
7922         // ...
7923         my_mutex.unlock();
7924         close_port(port);
7925         delete x;
7926     }
7928 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
7929 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
7931 ##### Example
7933 Consider:
7935     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
7936     {
7937         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
7938         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
7939         // ...
7940         send(port, x);
7941         // ...
7942     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
7944 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.
7946 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
7948     class Port {
7949         PortHandle port;
7950     public:
7951         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
7952         ~Port() { close_port(port); }
7953         operator PortHandle() { return port; }
7955         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
7956         Port(const Port&) = delete;
7957         Port& operator=(const Port&) = delete;
7958     };
7960 ##### Note
7962 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`](#S-gsl)
7964 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
7966 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
7968 ##### Reason
7970 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
7971 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
7973 ##### Example, bad
7975     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
7976     {
7977         // ...
7978         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
7979         // ...
7980     }
7982 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
7983 Use a `span` instead.
7985 ##### Example
7987     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
7988     {
7989         // ... uses *p and p[0] only ...
7990     }
7992 ##### Exception
7994 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
7995 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
7997 ##### Note
7999 Many current uses of pointers to a single element could be references.
8000 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
8002 ##### Enforcement
8004 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
8005   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
8006 * Flag array names passed as simple pointers
8008 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
8010 ##### Reason
8012 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
8013 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8015 ##### Example
8017     void f()
8018     {
8019         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
8020         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
8021         // ...
8022     }
8024 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
8026 ##### Example
8028     template<typename T>
8029     class X {
8030         // ...
8031     public:
8032         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
8033         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
8034     };
8036 We can fix that problem by making ownership explicit:
8038     template<typename T>
8039     class X2 {
8040         // ...
8041     public:
8042         owner<T*> p;  // OK: p is owning
8043         T* q;         // OK: q is not owning
8044     };
8046 ##### Exception
8048 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.
8049 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
8050 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
8051 we encourage the development, deployment and use of such tools,
8052 we hope the guidelines will help the development of such tools,
8053 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
8054 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.
8056 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
8057 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
8058 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
8059 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
8060 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
8061 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
8062 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
8064 ##### Note
8066 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
8067 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
8068 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
8070 ##### Example, bad
8072 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
8074     Gadget* make_gadget(int n)
8075     {
8076         auto p = new Gadget{n};
8077         // ...
8078         return p;
8079     }
8081     void caller(int n)
8082     {
8083         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
8084         // ...
8085         delete p;
8086     }
8088 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)):
8090     Gadget make_gadget(int n)
8091     {
8092         Gadget g{n};
8093         // ...
8094         return g;
8095     }
8097 ##### Note
8099 This rule applies to factory functions.
8101 ##### Note
8103 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."
8105 ##### Enforcement
8107 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
8108 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
8109 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8110 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
8111   Suggest considering returning it by value instead.
8113 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
8115 ##### Reason
8117 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
8118 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8120 ##### Example
8122     void f()
8123     {
8124         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
8125         // ...
8126         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
8127     }
8129 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
8131 ##### Enforcement
8133 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
8135 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Don't heap-allocate unnecessarily
8137 ##### Reason
8139 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
8140 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
8141 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
8143 ##### Example
8145 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:
8147     void f(int n)
8148     {
8149         auto p = new Gadget{n};
8150         // ...
8151         delete p;
8152     }
8154 Instead, use a local variable:
8156     void f(int n)
8157     {
8158         Gadget g{n};
8159         // ...
8160     }
8162 ##### Enforcement
8164 * (Moderate) Warn if an object is allocated and then deallocated on all paths within a function. Suggest it should be a local `auto` stack object instead.
8165 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
8167 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
8169 ##### Reason
8171 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
8172 They are a notable source of errors.
8174 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
8175 If you use a global object initialize it with a constant.
8176 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
8178 ##### Exception
8180 A global object is often better than a singleton.
8182 ##### Exception
8184 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
8186 ##### Enforcement
8188 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
8190 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
8192 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
8194 ##### Reason
8196  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
8198 ##### Example
8200     class Record {
8201         int id;
8202         string name;
8203         // ...
8204     };
8206     void use()
8207     {
8208         // p1 may be nullptr
8209         // *p1 is not initialized; in particular,
8210         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
8211         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
8213         auto p2 = new Record;
8215         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
8216         auto p3 = new(nothrow) Record;
8217         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
8219         // ...
8221         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
8222         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
8223     }
8225 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
8227 ##### Exception
8229 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
8230 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
8231 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
8232 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
8233 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
8235 ##### Enforcement
8237 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
8239 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
8241 ##### Reason
8243 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
8244 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
8246 ##### Note
8248 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
8249 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?
8250 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
8251 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
8253 ##### Enforcement
8255 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
8257 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
8259 ##### Reason
8261 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
8263 ##### Example, bad
8265     void f(const string& name)
8266     {
8267         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
8268         vector<char> buf(1024);
8269         auto _ = finally([f] { fclose(f); })  // remember to close the file
8270         // ...
8271     }
8273 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
8275 ##### Example
8277     void f(const string& name)
8278     {
8279         ifstream f{name};   // open the file
8280         vector<char> buf(1024);
8281         // ...
8282     }
8284 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
8286 ##### Enforcement
8288 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8290 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
8292 ##### Reason
8294 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.
8296 ##### Example
8298     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
8300 This `fun` can be called like this:
8302     // BAD: potential leak
8303     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
8305 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
8306 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
8307 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
8308 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
8310 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
8311 For example:
8313     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
8314     fun(sp1, new Widget(c, d));
8316 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
8318     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
8320 Write your own factory wrapper if there is not one already.
8322 ##### Enforcement
8324 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8326 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
8328 ##### Reason
8330 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
8332 ##### Example
8334     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
8336 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
8338 ##### Enforcement
8340 Flag `[]` parameters.
8342 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
8344 ##### Reason
8346 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
8348 ##### Example
8350     class X {
8351         // ...
8352         void* operator new(size_t s);
8353         void operator delete(void*);
8354         // ...
8355     };
8357 ##### Note
8359 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
8360 Don't leave it undeclared.
8362 ##### Enforcement
8364 Flag incomplete pairs.
8366 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
8368 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
8370 ##### Reason
8372 They can prevent resource leaks.
8374 ##### Example
8376 Consider:
8378     void f()
8379     {
8380         X x;
8381         X* p1 { new X };              // see also ???
8382         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
8383         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
8384     }
8386 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
8388 ##### Enforcement
8390 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8392 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
8394 ##### Reason
8396 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
8398 ##### Example, bad
8400 This needlessly adds and maintains a reference count.
8402     void f()
8403     {
8404         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
8405         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
8406     } // destroy base
8408 ##### Example
8410 This is more efficient:
8412     void f()
8413     {
8414         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
8415         // use base locally
8416     } // destroy base
8418 ##### Enforcement
8420 (Simple) Warn if a function uses a `Shared_ptr` with an object allocated within the function, but never returns the `Shared_ptr` or passes it to a function requiring a `Shared_ptr&`. Suggest using `unique_ptr` instead.
8422 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
8424 ##### Reason
8426 If you first make an object and then give it to a `shared_ptr` constructor, you (most likely) do one more allocation (and later deallocation) than if you use `make_shared()` because the reference counts must be allocated separately from the object.
8428 ##### Example
8430 Consider:
8432     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
8433     auto p = make_shared<X>(2);    // good
8435 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
8437 ##### Enforcement
8439 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
8441 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
8443 ##### Reason
8445 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
8447 ##### Note
8449 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
8451 ##### Enforcement
8453 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
8455 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
8457 ##### Reason
8459  `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
8460 be able to destroy a cyclic structure.
8462 ##### Example
8464     ???
8466 ##### Note
8468  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
8469 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
8470 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
8472 ##### Enforcement
8474 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
8476 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
8478 ##### Reason
8480 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
8481 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
8482 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
8484 ##### Example, bad
8486     // callee
8487     void f(shared_ptr<widget>& w)
8488     {
8489         // ...
8490         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
8491         // ...
8492     };
8494     // caller
8495     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8496     f(my_widget);
8498     widget stack_widget;
8499     f(stack_widget); // error
8501 ##### Example, good
8503     // callee
8504     void f(widget& w)
8505     {
8506         // ...
8507         use(w);
8508         // ...
8509     };
8511     // caller
8512     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8513     f(*my_widget);
8515     widget stack_widget;
8516     f(stack_widget); // ok -- now this works
8518 ##### Enforcement
8520 * (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()`.
8521   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8522 * 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.
8523   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8525 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
8527 ##### Reason
8529 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.
8530 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
8532 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
8534 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
8535 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
8537 ##### Example
8539     // use Boost's intrusive_ptr
8540     #include<boost/intrusive_ptr.hpp>
8541     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
8542     {
8543         p->foo();
8544     }
8546     // use Microsoft's CComPtr
8547     #include<atlbase.h>
8548     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
8549     {
8550         p->foo();
8551     }
8553 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
8554 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
8555 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&`.
8556 These smart pointers match the `Shared_ptr` concept, so these guideline enforcement rules work on them out of the box and expose this common pessimization.
8558 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
8560 ##### Reason
8562 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
8564 ##### Example
8566     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
8568     void sink(widget*);            // just uses the widget
8570 ##### Example, bad
8572     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8574 ##### Enforcement
8576 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_ptr<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.
8577 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
8578 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
8580 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
8582 ##### Reason
8584 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
8586 ##### Note
8588 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8590 ##### Example
8592     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
8594 ##### Example, bad
8596     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8598 ##### Enforcement
8600 * (Simple) Warn if a function takes a `Unique_ptr<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.
8601 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by reference to `const`. Suggest taking a `const T*` or `const T&` instead.
8602 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
8604 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
8606 ##### Reason
8608 This makes the function's ownership sharing explicit.
8610 ##### Example, good
8612     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8614     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8616     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8618 ##### Enforcement
8620 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<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.
8621 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8622 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8624 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
8626 ##### Reason
8628 This makes the function's reseating explicit.
8630 ##### Note
8632 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8634 ##### Example, good
8636     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8638     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8640     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8642 ##### Enforcement
8644 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<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.
8645 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8646 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8648 ### <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 ???
8650 ##### Reason
8652 This makes the function's ??? explicit.
8654 ##### Example, good
8656     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8658     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8660     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8662 ##### Enforcement
8664 * (Simple) Warn if a function takes a `Shared_ptr<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.
8665 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by value or by reference to `const` and does not copy or move it to another `Shared_ptr` on at least one code path. Suggest taking a `T*` or `T&` instead.
8666 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8668 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
8670 ##### Reason
8672 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
8673 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
8674 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
8675 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
8677 ##### Note
8679 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.
8681 ##### Example
8683 Consider this code:
8685     // global (static or heap), or aliased local ...
8686     shared_ptr<widget> g_p = ...;
8688     void f(widget& w)
8689     {
8690         g();
8691         use(w);  // A
8692     }
8694     void g()
8695     {
8696         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
8697     }
8699 The following should not pass code review:
8701     void my_code()
8702     {
8703         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
8704         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
8705         f(*g_p);
8707         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
8708          g_p->func();
8709     }
8711 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
8713     void my_code()
8714     {
8715         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
8716         auto pin = g_p;
8718         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
8719         f(*pin);
8721         // GOOD: same reason
8722         pin->func();
8723     }
8725 ##### Enforcement
8727 * (Simple) Warn if a pointer or reference obtained from a smart pointer variable (`Unique_ptr` or `Shared_ptr`) that is nonlocal, or that is local but potentially aliased, is used in a function call. If the smart pointer is a `Shared_ptr` then suggest taking a local copy of the smart pointer and obtain a pointer or reference from that instead.
8729 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and Statements
8731 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
8733 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
8735 General rules:
8737 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
8738 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
8740 Declaration rules:
8742 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
8743 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
8744 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
8745 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
8746 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
8747 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
8748 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
8749 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
8750 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
8751 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
8752 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
8753 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
8754 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
8755 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
8756 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
8757 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
8758 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
8759 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
8760 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
8761 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
8762 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
8763 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
8765 Expression rules:
8767 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
8768 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
8769 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
8770 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
8771 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
8772 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
8773 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
8774 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
8775 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
8776 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
8777 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
8778 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
8779 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
8780 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
8781 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
8782 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
8783 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
8785 Statement rules:
8787 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
8788 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
8789 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
8790 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
8791 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
8792 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
8793 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
8794 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
8795 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
8796 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
8797 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
8798 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
8800 Arithmetic rules:
8802 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
8803 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
8804 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
8805 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
8806 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
8807 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
8809 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
8811 ##### Reason
8813 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.
8814 The ISO C++ standard library is among the most widely known and best tested libraries.
8815 It is available as part of all C++ Implementations.
8817 ##### Example
8819     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
8821 a range version of `accumulate` would be even better:
8823     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
8825 but don't hand-code a well-known algorithm:
8827     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
8828     double sum = 0.0;
8829     for (int i = 0; i < max; ++i)
8830         sum = sum + v[i];
8832 ##### Exception
8834 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.
8836 ##### Enforcement
8838 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8840 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
8842 ##### Reason
8844 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.
8846 ##### Example
8848     vector<string> read1(istream& is)   // good
8849     {
8850         vector<string> res;
8851         for (string s; is >> s;)
8852             res.push_back(s);
8853         return res;
8854     }
8856 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
8858     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
8859     {
8860         auto res = new char*[maxelem];
8861         int elemcount = 0;
8862         while (is && elemcount < maxelem) {
8863             auto s = new char[maxstring];
8864             is.read(s, maxstring);
8865             res[elemcount++] = s;
8866         }
8867         nread = &elemcount;
8868         return res;
8869     }
8871 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.
8873 ##### Enforcement
8875 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8877 ## ES.dcl: Declarations
8879 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
8881 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
8883 ##### Reason
8885 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
8887 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
8889 ##### Example
8891     void use()
8892     {
8893         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
8894         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
8895         // no intended use of i here
8896         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
8898         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
8899             // ... deal with Circle ...
8900         }
8901         else {
8902             // ... handle error ...
8903         }
8904     }
8906 ##### Example, bad
8908     void use(const string& name)
8909     {
8910         string fn = name + ".txt";
8911         ifstream is {fn};
8912         Record r;
8913         is >> r;
8914         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
8915     }
8917 This function is by most measure too long anyway, but the point is that the resources used by `fn` and the file handle held by `is`
8918 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
8919 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
8921     Record load_record(const string& name)
8922     {
8923         string fn = name + ".txt";
8924         ifstream is {fn};
8925         Record r;
8926         is >> r;
8927         return r;
8928     }
8930     void use(const string& name)
8931     {
8932         Record r = load_record(name);
8933         // ... 200 lines of code ...
8934     }
8936 ##### Enforcement
8938 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
8939 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
8941 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
8943 ##### Reason
8945 Readability. Minimize resource retention.
8947 ##### Example
8949     void use()
8950     {
8951         for (string s; cin >> s;)
8952             v.push_back(s);
8954         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
8955             // ...
8956         }
8958         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
8959             // ... deal with Circle ...
8960         }
8961         else {
8962             // ... handle error ...
8963         }
8964     }
8966 ##### Enforcement
8968 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
8969 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
8971 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
8973 ##### Reason
8975 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
8977 ##### Example
8979 Conventional short, local names increase readability:
8981     template<typename T>    // good
8982     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
8983     {
8984         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
8985             os << v[i] << '\n';
8986     }
8988 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
8990     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
8991     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
8992     {
8993         for (int current_element_index = 0;
8994                 current_element_index < current_vector.size();
8995                 ++current_element_index
8996         )
8997         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
8998     }
9000 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
9002 ##### Example
9004 Unconventional and short non-local names obscure code:
9006     void use1(const string& s)
9007     {
9008         // ...
9009         tt(s);   // bad: what is tt()?
9010         // ...
9011     }
9013 Better, give non-local entities readable names:
9015     void use1(const string& s)
9016     {
9017         // ...
9018         trim_tail(s);   // better
9019         // ...
9020     }
9022 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
9024 ##### Example, bad
9026 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
9028     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
9029     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
9030     // vi placing (name, index) pairs into out
9031     {
9032         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
9033     }
9035 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
9037 ##### Enforcement
9039 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
9041 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
9043 ##### Reason
9045 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
9047 ##### Example; bad
9049     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
9051 ##### Example; bad
9053 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.
9055     struct foo { int n; };
9056     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
9057     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
9059 ##### Exception
9061 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
9063 ##### Enforcement
9065 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
9066 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
9068 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
9070 ##### Reason
9072 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
9074 ##### Example
9076     // somewhere in some header:
9077     #define NE !=
9079     // somewhere else in some other header:
9080     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
9082     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
9083     switch (direction) {
9084     case N:
9085         // ...
9086     case NE:
9087         // ...
9088     // ...
9089     }
9091 ##### Note
9093 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
9095 ##### Enforcement
9097 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
9099 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
9101 ##### Reason
9103 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
9104 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
9105 comment.
9107 ##### Example, bad
9109     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
9111 ##### Exception
9113 A function declaration can contain several function argument declarations.
9115 ##### Example
9117     template <class InputIterator, class Predicate>
9118     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9120 or better using concepts:
9122     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9124 ##### Example
9126     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9130     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9131         double x,     // base value
9132         int n         // exponent
9133     );
9137     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
9138     double scalbn(double base, int exponent);
9140 ##### Enforcement
9142 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
9144 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
9146 ##### Reason
9148 * Simple repetition is tedious and error prone.
9149 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
9150 * In a template function declaration the return type can be a member type.
9152 ##### Example
9154 Consider:
9156     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
9157     auto s = v.size();
9158     auto h = t.future();
9159     auto q = make_unique<int[]>(s);
9160     auto f = [](int x){ return x + 10; };
9162 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
9164 ##### Example
9166     template<class T>
9167     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
9169 ##### Exception
9171 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
9173 ##### Example
9175     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
9176     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
9178 ##### Note
9180 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
9182     // ...
9183     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
9185 ##### Enforcement
9187 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
9189 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
9191 ##### Reason
9193 It is easy to get confused about which variable is used.
9194 Can cause maintenance problems.
9196 ##### Example, bad
9198     int d = 0;
9199     // ...
9200     if (cond) {
9201         // ...
9202         d = 9;
9203         // ...
9204     }
9205     else {
9206         // ...
9207         int d = 7;
9208         // ...
9209         d = value_to_be_returned;
9210         // ...
9211     }
9213     return d;
9215 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
9216 This is a known source of bugs.
9217 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
9219 ##### Note
9221 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
9223 ##### Example
9225 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
9227     void f(int x)
9228     {
9229         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
9231         if (x) {
9232             int x = 7;  // allowed, but bad
9233             // ...
9234         }
9235     }
9237 ##### Example, bad
9239 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
9241     struct S {
9242         int m;
9243         void f(int x);
9244     };
9246     void S::f(int x)
9247     {
9248         m = 7;    // assign to member
9249         if (x) {
9250             int m = 9;
9251             // ...
9252             m = 99; // assign to member
9253             // ...
9254         }
9255     }
9257 ##### Exception
9259 We often reuse function names from a base class in a derived class:
9261     struct B {
9262         void f(int);
9263     };
9265     struct D : B {
9266         void f(double);
9267         using B::f;
9268     };
9270 This is error-prone.
9271 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
9273 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
9275 ##### Enforcement
9277 * Flag reuse of a name in nested local scopes
9278 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
9279 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
9280 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
9282 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
9284 ##### Reason
9286 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
9287 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
9288 Simplify refactoring.
9290 ##### Example
9292     void use(int arg)
9293     {
9294         int i;   // bad: uninitialized variable
9295         // ...
9296         i = 7;   // initialize i
9297     }
9299 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
9301     void use(int arg)   // OK
9302     {
9303         int i = 7;   // OK: initialized
9304         string s;    // OK: default initialized
9305         // ...
9306     }
9308 ##### Note
9310 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
9311 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
9313 * It leads to less readable code
9314 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
9315 * It leads to harder to read code
9316 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
9317 * It hampers refactoring
9319 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
9321 ##### Example
9323 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
9325     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
9326     widget j;
9328     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
9329         i = f1();
9330         j = f2();
9331     }
9332     else {
9333         i = f3();
9334         j = f4();
9335     }
9337 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
9338 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
9339 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.
9341 At the cost of repeating `cond` we could write:
9343     widget i = (cond) ? f1() : f3();
9344     widget j = (cond) ? f2() : f4();
9346 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
9348     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
9349     {
9350         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
9351     }
9353     auto init = make_related_widgets(cond);
9354     widget i = init.first;
9355     widget j = init.second;
9357 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
9359     auto [i,j] = make_related_widgets(cond);    // C++17, not C++14
9361 Today, we might approximate that using `tie()`:
9363     widget i;       // bad: uninitialized variable
9364     widget j;
9365     tie(i, j) = make_related_widgets(cond);
9367 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
9369 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
9370 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
9371 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case).
9373 ##### Note
9375 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
9376 It has also been a major source of errors and complexity.
9377 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
9379 ##### Exception
9381 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
9382 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
9384     constexpr int max = 8 * 1024;
9385     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
9386     f.read(buf, max);
9388 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
9389 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
9391     constexpr int max = 8 * 1024;
9392     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
9393     f.read(buf, max);
9395 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
9397     string s;   // s is default initialized to ""
9398     cin >> s;   // s expands to hold the string
9400 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
9402     int i;   // bad
9403     // ...
9404     cin >> i;
9406 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.
9408     int i2 = 0;   // better
9409     // ...
9410     cin >> i;
9412 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
9414 ##### Example
9416 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
9417 solution:
9419     widget i = uninit;  // bad
9420     widget j = uninit;
9422     // ...
9423     use(i);         // possibly used before set
9424     // ...
9426     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
9427         i = f1();
9428         j = f2();
9429     }
9430     else {
9431         i = f3();
9432         j = f4();
9433     }
9435 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?
9437 ##### Note
9439 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
9441     error_code ec;
9442     Value v = [&] {
9443         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9444         ec = p.first;
9445         return p.second;
9446     }();
9448 or maybe:
9450     Value v = [] {
9451         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9452         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
9453         return p.second;
9454     }();
9456 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
9458 ##### Enforcement
9460 * Flag every uninitialized variable.
9461   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
9462 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
9463   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
9465 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
9467 ##### Reason
9469 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
9471 ##### Example
9473     int x = 7;
9474     // ... no use of x here ...
9475     ++x;
9477 ##### Enforcement
9479 Flag declarations that are distant from their first use.
9481 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
9483 ##### Reason
9485 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
9487 ##### Example, bad
9489     string s;
9490     // ... no use of s here ...
9491     s = "what a waste";
9493 ##### Example, bad
9495     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
9497     if (cond)   // some non-trivial condition
9498         Set(&var);
9499     else if (cond2 || !cond3) {
9500         var = Set2(3.14);
9501     }
9502     else {
9503         var = 0;
9504         for (auto& e : something)
9505             var += e;
9506     }
9508     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
9510 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
9511 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
9512 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
9514 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
9516 ##### Enforcement
9518 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
9519 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
9521 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
9523 ##### Reason
9525 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
9527 ##### Example
9529     int x {f(99)};
9530     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
9532 ##### Exception
9534 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
9536     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
9537     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
9539 ##### Note
9541 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
9543 ##### Example
9545     int x {7.9};   // error: narrowing
9546     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
9548 ##### Note
9550 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
9552     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
9553     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
9554         // ...
9555     };
9556     X var {};   // initialize var to be empty
9557     struct S {
9558         int m {7};   // default initializer for a member
9559         // ...
9560     };
9562 ##### Note
9564 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until recently:
9566     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
9567     // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
9568     // (this will will change to "element 7" in C++17)
9569     auto x2 = {7};
9571     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
9572     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
9574 ##### Exception
9576 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
9578     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
9580 ##### Note
9582 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
9584 ##### Example
9586     template<typename T>
9587     void f()
9588     {
9589         T x1(1);    // T initialized with 1
9590         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
9592         T y1 {1};   // T initialized with 1
9593         T y0 {};    // default initialized T
9594         // ...
9595     }
9597 **See also**: [Discussion](#???)
9599 ##### Enforcement
9601 Tricky.
9603 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
9604 * Look for `=` after `auto` has been seen.
9606 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
9608 ##### Reason
9610 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
9611 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
9612 increases readability, and it has zero or near zero runtime cost.
9614 ##### Example
9616     void use(bool leak)
9617     {
9618         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
9619         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
9620         // ...
9621         if (leak) return;
9622         // ...
9623     }
9625 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
9627 ##### Enforcement
9629 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
9631 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
9633 ##### Reason
9635 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
9637 ##### Example
9639     void f(int n)
9640     {
9641         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
9642         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
9643         // ...
9644     }
9646 ##### Enforcement
9648 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
9649 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
9650 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
9652 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
9654 ##### Reason
9656 Readability and safety.
9658 ##### Example, bad
9660     void use()
9661     {
9662         int i;
9663         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9664         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
9665     }
9667 ##### Note
9669 As an optimization, you may want to reuse a buffer as a scratchpad, but even then prefer to limit the variables'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.
9671     {
9672         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
9673         for (auto& o : objects)
9674         {
9675             // First part of the work.
9676             generateFirstString(buffer, o);
9677             writeToFile(buffer);
9679             // Second part of the work.
9680             generateSecondString(buffer, o);
9681             writeToFile(buffer);
9683             // etc...
9684         }
9685     }
9687 ##### Enforcement
9689 Flag recycled variables.
9691 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
9693 ##### Reason
9695 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
9696 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
9698 ##### Example, bad
9700     const int n = 7;
9701     int m = 9;
9703     void f()
9704     {
9705         int a1[n];
9706         int a2[m];   // error: not ISO C++
9707         // ...
9708     }
9710 ##### Note
9712 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
9713 There is a lot of such code.
9714 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
9715 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
9716 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
9718 ##### Example
9720     const int n = 7;
9721     int m = 9;
9723     void f()
9724     {
9725         array<int, n> a1;
9726         stack_array<int> a2(m);
9727         // ...
9728     }
9730 ##### Enforcement
9732 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
9733 * Flag arrays with non-local constant bounds
9735 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
9737 ##### Reason
9739 It nicely encapsulates local initialization, including cleaning up scratch variables needed only for the initialization, without needing to create a needless nonlocal yet nonreusable function. It also works for variables that should be `const` but only after some initialization work.
9741 ##### Example, bad
9743     widget x;   // should be const, but:
9744     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
9745         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9746     }                                        // needed to initialize x
9747     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
9749 ##### Example, good
9751     const widget x = [&]{
9752         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
9753         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
9754             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9755         }                                          // needed to initialize x
9756         return val;
9757     }();
9759 ##### Example
9761     string var = [&]{
9762         if (!in) return "";   // default
9763         string s;
9764         for (char c : in >> c)
9765             s += toupper(c);
9766         return s;
9767     }(); // note ()
9769 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.
9771 ##### Example
9773     owner<istream&> in = [&]{
9774         switch (source) {
9775         case default:       owned = false; return cin;
9776         case command_line:  owned = true;  return *new istringstream{argv[2]};
9777         case file:          owned = true;  return *new ifstream{argv[2]};
9778     }();
9780 ##### Enforcement
9782 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
9784 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
9786 ##### Reason
9788 Macros are a major source of bugs.
9789 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9790 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9791 Macros complicate tool building.
9793 ##### Example, bad
9795     #define Case break; case   /* BAD */
9797 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
9799 ##### Note
9801 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
9803 ##### Enforcement
9805 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9807 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
9809 ##### Reason
9811 Macros are a major source of bugs.
9812 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9813 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
9814 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9815 Macros complicate tool building.
9817 ##### Example, bad
9819     #define PI 3.14
9820     #define SQUARE(a, b) (a * b)
9822 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
9824     constexpr double pi = 3.14;
9825     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
9827 ##### Enforcement
9829 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9831 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
9833 ##### Reason
9835 Convention. Readability. Distinguishing macros.
9837 ##### Example
9839     #define forever for (;;)   /* very BAD */
9841     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
9843 ##### Enforcement
9845 Scream when you see a lower case macro.
9847 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
9849 ##### Reason
9851 Macros do not obey scope rules.
9853 ##### Example
9855     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
9857     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
9859 ##### Note
9861 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
9862 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
9863 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.
9865 ##### Enforcement
9867 Warn against short macro names.
9869 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
9871 ##### Reason
9873 Not type safe.
9874 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
9876 ##### Example
9878     #include<cstdarg>
9880     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
9881     void error(int severity ...)
9882     {
9883         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
9884         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
9886         for (;;) {
9887             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
9888             char* p = va_arg(ap, char*);
9889             if (p == nullptr) break;
9890             cerr << p << ' ';
9891         }
9893         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
9895         cerr << '\n';
9896         if (severity) exit(severity);
9897     }
9899     void use()
9900     {
9901         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
9902         error(7); // crash
9903         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
9904         const char* is = "is";
9905         string an = "an";
9906         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
9907     }
9909 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
9911 ##### Note
9913 This is basically the way `printf` is implemented.
9915 ##### Enforcement
9917 * Flag definitions of C-style variadic functions.
9918 * Flag `#include<cstdarg>` and `#include<stdarg.h>`
9920 ## ES.stmt: Statements
9922 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
9924 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
9926 ##### Reason
9928 * Readability.
9929 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
9930 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
9932 ##### Example
9934     void use(int n)
9935     {
9936         switch (n) {   // good
9937         case 0:   // ...
9938         case 7:   // ...
9939         }
9940     }
9942 rather than:
9944     void use2(int n)
9945     {
9946         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
9947             // ...
9948         else if (n == 7)
9949             // ...
9950     }
9952 ##### Enforcement
9954 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
9956 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
9958 ##### Reason
9960 Readability. Error prevention. Efficiency.
9962 ##### Example
9964     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
9965             cout << v[i] << '\n';
9967     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
9968         cout << *p << '\n';
9970     for (auto& x : v)    // OK
9971         cout << x << '\n';
9973     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
9974         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
9976     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
9977         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
9979     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
9980         if (i % 2 == 0)
9981             continue;   // skip even elements
9982         else
9983             cout << v[i] << '\n';
9984     }
9986 A human or a good static analyzer may determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(v, &v[i])` so that the loop can be rewritten.
9988 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
9990 ##### Note
9992 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
9994     for (string s : vs) // ...
9996 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
9998     for (string& s : vs) // ...
10000 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
10002     for (const string& s : vs) // ...
10004 ##### Enforcement
10006 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.
10008 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
10010 ##### Reason
10012 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
10014 ##### Example
10016     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
10017         // do work
10018     }
10020 ##### Example, bad
10022     int i = 0;
10023     while (i < vec.size()) {
10024         // do work
10025         i++;
10026     }
10028 ##### Enforcement
10032 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
10034 ##### Reason
10036  ???
10038 ##### Example
10040     ???
10042 ##### Enforcement
10046 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
10048 ##### Reason
10050 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10051 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10053 ##### Example
10055     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
10056         // ...
10057     }
10059 ##### Example, don't
10061     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10062     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10063         // ...
10064     }
10065     // j is still visible here and isn't needed
10067 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10069 ##### Enforcement
10071 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10073 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10074 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10076 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
10078 ##### Reason
10080 Readability, avoidance of errors.
10081 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
10083 ##### Example
10085     int x;
10086     do {
10087         cin >> x;
10088         // ...
10089     } while (x < 0);
10091 ##### Enforcement
10095 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
10097 ##### Reason
10099 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
10101 ##### Exception
10103 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
10105 ##### Example
10107     ???
10109 ##### Example
10111 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
10113     void f()
10114     {
10115         // ...
10116             goto exit;
10117         // ...
10118             goto exit;
10119         // ...
10120     exit:
10121         ... common cleanup code ...
10122     }
10124 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
10126 ##### Enforcement
10128 * 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.
10130 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: ??? `continue`
10132 ##### Reason
10134  ???
10136 ##### Example
10138     ???
10140 ##### Enforcement
10144 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
10146 ##### Reason
10148  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
10149  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
10151 ##### Example
10153     switch (eventType)
10154     {
10155     case Information:
10156         update_status_bar();
10157         break;
10158     case Warning:
10159         write_event_log();
10160     case Error:
10161         display_error_window(); // Bad
10162         break;
10163     }
10165 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
10167     switch (eventType)
10168     {
10169     case Information:
10170         update_status_bar();
10171         break;
10172     case Warning:
10173         write_event_log();
10174         // fallthrough
10175     case Error:
10176         display_error_window(); // Bad
10177         break;
10178     }
10180 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
10182 ##### Note
10184 Multiple case labels of a single statement is OK:
10186     switch (x) {
10187     case 'a':
10188     case 'b':
10189     case 'f':
10190         do_something(x);
10191         break;
10192     }
10194 ##### Enforcement
10196 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
10198 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: ??? `default`
10200 ##### Reason
10202  ???
10204 ##### Example
10206     ???
10208 ##### Enforcement
10212 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
10214 ##### Reason
10216 Readability.
10218 ##### Example
10220     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
10221     v[i] = f(v[i]);
10223     for (auto x : v) {           // better
10224         // nothing
10225     }
10226     v[i] = f(v[i]);
10228 ##### Enforcement
10230 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
10232 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
10234 ##### Reason
10236 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.
10238 ##### Example
10240     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10241         // no updates to i -- ok
10242     }
10244     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10245         //
10246         if (/* something */) ++i; // BAD
10247         //
10248     }
10250     bool skip = false;
10251     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10252         if (skip) { skip = false; continue; }
10253         //
10254         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
10255         //
10256     }
10258 ##### Enforcement
10260 Flag variables that are potentially updated (have a non-const use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
10262 ## ES.expr: Expressions
10264 Expressions manipulate values.
10266 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
10268 ##### Reason
10270 Complicated expressions are error-prone.
10272 ##### Example
10274     // bad: assignment hidden in subexpression
10275     while ((c = getc()) != -1)
10277     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
10278     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
10280     // better, but possibly still too complicated
10281     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
10283     // OK: if i and j are not aliased
10284     int x = ++i + ++j;
10286     // OK: if i != j and i != k
10287     v[i] = v[j] + v[k];
10289     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
10290     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
10292     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
10293     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
10295     // bad: undefined behavior
10296     x = x++ + x++ + ++x;
10298 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.
10300 ##### Note
10302 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
10304 ##### Example
10306     x = k * y + z;             // OK
10308     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
10309     x = t1 + z;
10311     if (0 <= x && x < max)   // OK
10313     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
10314     auto t2 = x < max;
10315     if (t1 && t2)            // ...
10317 ##### Enforcement
10319 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:
10321 * 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
10322 * writes to aliased variables
10323 * more than N operators (and what should N be?)
10324 * reliance of subtle precedence rules
10325 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
10326 * implementation defined behavior?
10327 * ???
10329 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
10331 ##### Reason
10333 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
10335 ##### Example
10337     const unsigned int flag = 2;
10338     unsigned int a = flag;
10340     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
10342 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.
10344     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
10346 ##### Note
10348 You should know enough not to need parentheses for:
10350     if (a < 0 || a <= max) {
10351         // ...
10352     }
10354 ##### Enforcement
10356 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
10357 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
10358 * ???
10360 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
10362 ##### Reason
10364 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
10366 * Do all pointer arithmetic on a `span` (exception ++p in simple loop???)
10367 * Avoid pointers to pointers
10368 * ???
10370 ##### Example
10372     ???
10374 ##### Enforcement
10376 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
10378 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
10380 ##### Reason
10382 You have no idea what such code does. Portability.
10383 Even if it does something sensible for you, it may do something different on another compiler (e.g., the next release of your compiler) or with a different optimizer setting.
10385 ##### Example
10387     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
10389 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
10391 ##### Example
10393     ???
10395 ##### Note
10397 What is safe?
10399 ##### Enforcement
10401 Can be detected by a good analyzer.
10403 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
10405 ##### Reason
10407 Because that order is unspecified.
10409 ##### Example
10411     int i = 0;
10412     f(++i, ++i);
10414 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
10416 ##### Example
10418 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
10420     f1()->m(f2());   // m(f1(), f2())
10421     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
10423 ##### Enforcement
10425 Can be detected by a good analyzer.
10427 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
10429 ##### Reason
10431 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
10433 ##### Example
10435     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
10436         cout << month[m] << '\n';
10438 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
10440     constexpr int month_count = 12;   // months are numbered 1..12
10442     for (int m = first_month; m <= month_count; ++m)   // better
10443         cout << month[m] << '\n';
10445 Better still, don't expose constants:
10447     for (auto m : month)
10448         cout << m << '\n';
10450 ##### Enforcement
10452 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
10454 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
10456 ##### Reason
10458 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
10460 ##### Example, bad
10462 A key example is basic narrowing:
10464     double d = 7.9;
10465     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
10466     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
10468     void f(int x, long y, double d)
10469     {
10470         char c1 = x;   // bad: narrowing
10471         char c2 = y;   // bad: narrowing
10472         char c3 = d;   // bad: narrowing
10473     }
10475 ##### Note
10477 The guideline support library offers a `narrow` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
10479     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
10480     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
10482 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
10484     double d = -7.9;
10485     unsigned u = 0;
10487     u = d;                          // BAD
10488     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
10489     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
10491 ##### Enforcement
10493 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
10495 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
10496 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
10497 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
10499 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
10501 ##### Reason
10503 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
10504 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
10505 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
10506 or `0`.
10508 ##### Example
10510 Consider:
10512     void f(int);
10513     void f(char*);
10514     f(0);         // call f(int)
10515     f(nullptr);   // call f(char*)
10517 ##### Enforcement
10519 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
10521 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
10523 ##### Reason
10525 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
10527 ##### Example
10529     ???
10531 ##### Note
10533 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
10534 In fact, they often disable the general rules for using values.
10535 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
10536 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
10538 ##### Note
10540 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
10541 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
10542 are seriously overused as well as a major source of errors.
10544 ##### Note
10546 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
10548 ##### Enforcement
10550 * Force the elimination of C-style casts
10551 * Warn against named casts
10552 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
10554 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
10556 ##### Reason
10558 Readability. Error avoidance.
10559 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
10561 The named casts are:
10563 * `static_cast`
10564 * `const_cast`
10565 * `reinterpret_cast`
10566 * `dynamic_cast`
10567 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
10568 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
10569 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
10570 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
10572 ##### Example
10574     ???
10576 ##### Note
10578 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
10579 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
10581     double d{some_float};
10582     int64_t i{some_int32};
10584 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
10585 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
10586 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
10587 for example.)
10589 ##### Enforcement
10591 Flag C-style and functional casts.
10593 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
10595 ##### Reason
10597 It makes a lie out of `const`.
10599 ##### Note
10601 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
10602 Examples are caching, memoization, and precomputation.
10603 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
10605 ##### Example
10607 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
10609     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
10611     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
10612     public:
10613         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
10614         void set(int x, int v);             // make y the value for x
10615         // ...
10616     private:
10617         // ...
10618     };
10620     class X {
10621     public:
10622         int get_val(int x)
10623         {
10624             auto p = cache.find(x);
10625             if (p.first) return p.second;
10626             int val = compute(x);
10627             cache.set(x, val); // insert value for x
10628             return val;
10629         }
10630         // ...
10631     private:
10632         Cache cache;
10633     };
10635 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
10636 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
10638     class X {   // Suspicious solution based on casting
10639     public:
10640         int get_val(int x) const
10641         {
10642             auto p = cache.find(x);
10643             if (p.first) return p.second;
10644             int val = compute(x);
10645             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
10646             return val;
10647         }
10648         // ...
10649     private:
10650         Cache cache;
10651     };
10653 Fortunately, there is a better solution:
10654 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
10656     class X {   // better solution
10657     public:
10658         int get_val(int x) const
10659         {
10660             auto p = cache.find(x);
10661             if (p.first) return p.second;
10662             int val = compute(x);
10663             cache.set(x, val);
10664             return val;
10665         }
10666         // ...
10667     private:
10668         mutable Cache cache;
10669     };
10671 An alternative solution would to store a pointer to the `cache`:
10673     class X {   // OK, but slightly messier solution
10674     public:
10675         int get_val(int x) const
10676         {
10677             auto p = cache->find(x);
10678             if (p.first) return p.second;
10679             int val = compute(x);
10680             cache->set(x, val);
10681             return val;
10682         }
10683         // ...
10684     private:
10685         unique_ptr<Cache> cache;
10686     };
10688 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
10689 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
10691 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multithreaded code, possibly using a `std::mutex`.
10693 ##### Enforcement
10695 Flag `const_cast`s.
10697 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
10699 ##### Reason
10701 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
10703 ##### Example
10705     for (auto& x : v)      // print all elements of v
10706         cout << x << '\n';
10708     auto p = find(v, x);   // find x in v
10710 ##### Enforcement
10712 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
10714 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
10716 ##### Reason
10718 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
10720 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).
10722 ##### Notes
10724 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.
10726 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`.
10728 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.
10730 ##### Example, bad
10732     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
10734     void user()
10735     {
10736         X x;
10737         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
10738         sink(x);
10739         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
10740         sink(std::move(x));
10742         // ...
10744         // probably a mistake
10745         use(x);
10746     }
10748 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
10749 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.
10751     void f() {
10752         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
10754         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
10755         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
10757         // bad, if you want to keep using s1's value
10758         string s3 = move(s1);
10760         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
10761         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
10762     }
10764 ##### Example
10766     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
10768     void f() {
10769         auto w = make_unique<widget>();
10770         // ...
10771         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
10772         // ...
10773         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
10774     }
10776 ##### Notes
10778 `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.
10779 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.
10781 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
10782 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
10783 In general, don't complicate your code without reason (??)
10785 ##### Example, bad
10787     vector<int> make_vector() {
10788         vector<int> result;
10789         // ... load result with data
10790         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
10791     }
10793 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
10794 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.
10797 ##### Example, bad
10799     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
10801 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
10802 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
10804 ##### Example
10806     void mover(X&& x) {
10807         call_something(std::move(x));         // ok
10808         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
10809         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
10810     }
10812     template<class T>
10813     void forwarder(T&& t) {
10814         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
10815         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
10816         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
10817     }
10819 ##### Enforcement
10821 * 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.
10822 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
10823 * Flag a `std::move`s argument passed to a parameter, except when the parameter type is one of the following: an `X&&` rvalue reference; a `T&&` forwarding reference where `T` is a template parameter type; or by value and the type is move-only.
10824 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
10825 * Flag when `std::move` is applied to other than an rvalue reference. (More general case of the previous rule to cover the non-forwarding cases.)
10826 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
10827 * 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.)
10828 * 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.
10830 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
10832 ##### Reason
10834 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
10836 ##### Note
10838 also known as "No naked `new`!"
10840 ##### Example, bad
10842     void f(int n)
10843     {
10844         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
10845         // ...
10846         delete[] p;
10847     }
10849 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
10851 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
10853 ##### Enforcement
10855 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
10857 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
10859 ##### Reason
10861 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
10863 ##### Example, bad
10865     void f(int n)
10866     {
10867         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
10868         // ...
10869         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
10870     }
10872 ##### Note
10874 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
10876 ##### Enforcement
10878 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
10879 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
10881 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
10883 ##### Reason
10885 The result of doing so is undefined.
10887 ##### Example, bad
10889     void f(int n)
10890     {
10891         int a1[7];
10892         int a2[9];
10893         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
10894         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
10895     }
10897 ##### Note
10899 This example has many more problems.
10901 ##### Enforcement
10905 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
10907 ##### Reason
10909 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
10910 the object was meant to be considered as a whole.
10911 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
10913 ##### Example
10915     class Shape { /* ... */ };
10916     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
10918     Circle c {{0, 0}, 42};
10919     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
10921 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
10922 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
10924 ##### Alternative
10926 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
10927 This saves readers from confusion.
10928 For example:
10930     class Smiley : public Circle {
10931         public:
10932         Circle copy_circle();
10933         // ...
10934     };
10936     Smiley sm { /* ... */ };
10937     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
10938     Circle c2 {sm.copy_circle()};
10940 ##### Enforcement
10942 Warn against slicing.
10944 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
10946 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
10948 ##### Reason
10950 Avoid wrong results.
10952 ##### Example
10954     int x = -3;
10955     unsigned int y = 7;
10957     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
10958     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
10959     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
10961 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
10963 ##### Note
10965 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
10966 This precludes consistency.
10968 ##### Enforcement
10970 Compilers already know and sometimes warn.
10972 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
10974 ##### Reason
10976 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
10978 ##### Example
10980     unsigned char x = 0b1010'1010;
10981     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
10983 ##### Note
10985 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
10986 However, if you want modulo arithmetic add
10987 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
10988 can be surprising for many programmers.
10990 ##### Enforcement
10992 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
10993 * ???
10995 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
10997 ##### Reason
10999 Because most arithmetic is assumed to be signed;
11000 `x-y` yields a negative number when `y>x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
11002 ##### Example
11004 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
11005 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
11007     template<typename T, typename T2>
11008     T subtract(T x, T2 y)
11009     {
11010         return x-y;
11011     }
11013     void test()
11014     {
11015         int s = 5;
11016         unsigned int us = 5;
11017         cout << subtract(s, 7) << '\n';     // -2
11018         cout << subtract(us, 7u) << '\n';   // 4294967294
11019         cout << subtract(s, 7u) << '\n';    // -2
11020         cout << subtract(us, 7) << '\n';    // 4294967294
11021         cout << subtract(s, us+2) << '\n';  // -2
11022         cout << subtract(us, s+2) << '\n';  // 4294967294
11023     }
11025 Here we have been very explicit about what's happening,
11026 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`?
11028 ##### Exception
11030 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
11031 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
11032 is going to be surprising for many programmers.
11034 ##### Example
11036 The standard library uses unsigned types for subscripts.
11037 The build-in array uses signed types for subscripts.
11038 This makes surprises (and bugs) inevitable.
11040     int a[10];
11041     for (int i=0; i < 10; ++i) a[i]=i;
11042     vector<int> v(10);
11043     // compares signed to unsigned; some compilers warn
11044     for (int i=0; v.size() < 10; ++i) v[i]=i;
11046     int a2[-2];         // error: negative size
11048     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
11049     vector<int> v2(-2);
11051 ##### Enforcement
11053 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
11054 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
11055 * Flag unsigned literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
11057 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
11059 ##### Reason
11061 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
11062 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11064 ##### Example, bad
11066     int a[10];
11067     a[10] = 7;   // bad
11069     int n = 0;
11070     while (n++ < 10)
11071         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
11073 ##### Example, bad
11075     int n = numeric_limits<int>::max();
11076     int m = n + 1;   // bad
11078 ##### Example, bad
11080     int area(int h, int w) { return h * w; }
11082     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
11084 ##### Exception
11086 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11088 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11090 ##### Enforcement
11094 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
11096 ##### Reason
11098 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11100 ##### Example, bad
11102     int a[10];
11103     a[-2] = 7;   // bad
11105     int n = 101;
11106     while (n--)
11107         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
11109 ##### Exception
11111 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11113 ##### Enforcement
11117 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
11119 ##### Reason
11121 The result is undefined and probably a crash.
11123 ##### Note
11125 This also applies to `%`.
11127 ##### Example; bad
11129     double divide(int a, int b) {
11130         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
11131         return a / b;
11132     }
11134 ##### Example; good
11136     double divide(int a, int b) {
11137         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
11138         Expects(b != 0);
11139         return a / b;
11140     }
11142     double divide(int a, int b) {
11143         // good, address via check
11144         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
11145     }
11147 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11149 ##### Enforcement
11151 * Flag division by an integral value that could be zero
11153 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
11155 ??? should this section be in the main guide???
11157 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
11158 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.
11159 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
11160 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
11162 Performance rule summary:
11164 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
11165 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
11166 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
11167 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
11168 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
11169 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
11170 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
11171 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
11172 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
11173 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
11174 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
11175 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
11176 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
11177 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
11178 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
11179 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
11180 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
11181 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
11183 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
11185 ##### Reason
11187 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
11189 ##### Note
11191 Some people optimize out of habit or because it's fun.
11195 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
11197 ##### Reason
11199 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
11203 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
11205 ##### Reason
11207 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
11209 ##### Note
11211 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
11213 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
11214 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
11215 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
11216 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
11217 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
11219 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
11221 ##### Reason
11223 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
11225 ##### Example, good
11227     // clear expression of intent, fast execution
11229     vector<uint8_t> v(100000);
11231     for (auto& c : v)
11232         c = ~c;
11234 ##### Example, bad
11236     // intended to be faster, but is actually slower
11238     vector<uint8_t> v(100000);
11240     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
11241     {
11242         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
11243         quad_word = ~quad_word;
11244     }
11246 ##### Note
11252 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
11254 ##### Reason
11256 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
11258 ##### Note
11264 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
11266 ##### Reason
11268 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
11269 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
11271 ##### Note
11273 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
11275 ##### Note
11277 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
11278 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
11279 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
11280 Often, you will be surprised.
11284 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
11286 ##### Reason
11288 Because we often need to optimize the initial design.
11289 Because a design that ignore the possibility of later improvement is hard to change.
11291 ##### Example
11293 From the C (and C++) standard:
11295     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
11297 When did you even want to sort memory?
11298 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
11299 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
11300 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
11301 This implies added work for the programmer, is error prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
11303     double data[100];
11304     // ... fill a ...
11306     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
11307     // address data using the order defined by compare_doubles
11308     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
11310 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
11312 We can do better (in C++98)
11314     template<typename Iter>
11315         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
11317     sort(data, data + 100);
11319 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
11321 With C++11 plus [concepts](#???), we can do better still
11323     // Sortable specifies that c must be a
11324     // random-access sequence of elements comparable with <
11325     void sort(Sortable& c);
11327     sort(c);
11329 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
11330 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
11331 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
11332 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
11334     // compare elements of c using p
11335     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
11337 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
11338 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
11340 ##### Note
11342 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
11343 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
11344 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
11345 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
11347 * Information passing:
11348 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
11349 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
11350 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
11351 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
11352 * Function argument passing and return:
11353 Distinguish between mutable and non-mutable data.
11354 Don't impose a resource management burden on your users.
11355 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
11356 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
11357 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
11358 * Abstraction:
11359 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
11360 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
11361 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
11362 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
11363 The ideal is zero-overhead generalization.
11364 * Libraries:
11365 Use libraries with good interfaces.
11366 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
11367 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
11368 * Isolation:
11369 Isolate your code from messy and/or old style code by providing an interface of your choosing to it.
11370 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
11371 Don't let bad designs "bleed into" your code.
11373 ##### Example
11375 Consider:
11377     template <class ForwardIterator, class T>
11378     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11380 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
11381 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
11383 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
11384 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
11386     template <class ForwardIterator, class T>
11387     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11389 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise `last`.
11391 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
11393     template <class ForwardIterator, class T>
11394     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
11395     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11397 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
11399     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
11400     for (auto p = r.first(); p != r.second(), ++p)
11401         cout << *p << '\n';
11403 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
11404 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
11405 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
11406 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
11407 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
11409 ##### Note
11411 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
11412 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
11414 ##### Note
11416 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
11417 High-level code does not imply slow or bloated.
11419 ##### Note
11421 Things have costs.
11422 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
11423 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
11424 For example, have a rough idea of the cost of
11425 a memory access,
11426 a function call,
11427 a string comparison,
11428 a system call,
11429 a disk access,
11430 and a message through a network.
11432 ##### Note
11434 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
11435 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
11436 One question that can be useful is
11437 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
11439 ##### Note
11441 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
11442 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
11444 ##### Enforcement
11446 Tricky.
11447 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
11449 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
11451 ##### Reason
11453 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.
11457 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
11461 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
11465 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
11469 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
11473 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
11477 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
11479 ##### Reason
11481 Performance is typically dominated by memory access times.
11485 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
11489 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
11491 ##### Reason
11493 Performance is typically dominated by memory access times.
11497 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
11499 ##### Reason
11501 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
11503 ##### Example
11505     int matrix[rows][cols];
11507     // bad
11508     for (int c = 0; c < cols; ++c)
11509         for (int r = 0; r < rows; ++r)
11510             sum += matrix[r][c];
11512     // good
11513     for (int r = 0; r < rows; ++r)
11514         for (int c = 0; c < cols; ++c)
11515             sum += matrix[r][c];
11517 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
11521 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and Parallelism
11523 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least make them appear to do them at the same time).
11524 The reasons for doing so varies (e.g., wanting to wait for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
11525 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
11526 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
11528 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
11529 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
11530 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
11531 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
11532 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
11533 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
11534 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
11535 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
11536 in a thread-friendly way.
11538 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
11539 in mind:
11541 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
11542   environment
11543 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
11544   standard library
11545 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
11546   you the performance gains you need
11548 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
11549 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
11550 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
11551 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
11552 guidance here to change significantly over time.
11554 This section needs a lot of work (obviously).
11555 Please note that we start with rules for relative non-experts.
11556 Real experts must wait a bit;
11557 contributions are welcome,
11558 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
11560 Concurrency and parallelism rule summary:
11562 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
11563 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
11564 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
11565 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
11566 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
11568 See also:
11570 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
11571 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
11572 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
11573 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
11574 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
11575 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
11577 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
11579 ##### Reason
11581 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
11582 Code gets re-used.
11583 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
11584 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
11585 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
11587 ##### Example
11589     double cached_computation(double x)
11590     {
11591         static double cached_x = 0.0;
11592         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
11593         double result;
11595         if (cached_x == x)
11596             return cached_result;
11597         result = computation(x);
11598         cached_x = x;
11599         cached_result = result;
11600         return result;
11601     }
11603 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.
11605 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
11607 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
11608 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
11609 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
11610 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
11611 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
11612 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
11614 ##### Exception
11616 Code that is never run in a multi-threaded environment.
11618 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
11619 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
11620 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
11621 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.
11623 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
11625 ##### Reason
11627 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
11629 ##### Note
11631 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.
11632 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
11634 ##### Example, bad
11636 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
11637 production software at this very moment. One very simple example:
11639     int get_id() {
11640       static int id = 1;
11641       return id++;
11642     }
11644 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
11645 including:
11647 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
11648   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
11649   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
11650   `id` plus one.
11651 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
11652   same ID.
11654 Local static variables are a common source of data races.
11656 ##### Example, bad:
11658     void f(fstream&  fs, regex pat)
11659     {
11660         array<double, max> buf;
11661         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
11662         gsl::span<double> s {buf};
11663         // ...
11664         auto h1 = async([&]{ sort(par, s); });     // spawn a task to sort
11665         // ...
11666         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pat); });   // span a task to find matches
11667         // ...
11668     }
11670 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
11671 All data races are nasty.
11672 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
11673 Not all data races are as easy to spot as this one.
11675 ##### Example, bad:
11677     // code not controlled by a lock
11679     unsigned val;
11681     if (val < 5) {
11682         // ... other thread can change val here ...
11683         switch (val) {
11684         case 0: // ...
11685         case 1: // ...
11686         case 2: // ...
11687         case 3: // ...
11688         case 4: // ...
11689         }
11690     }
11692 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
11693 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.
11694 Really, "all bets are off" if you get a data race.
11695 Actually, it can be worse still: by looking at the generated code you may be able to determine where the stray jump will go for a given value;
11696 this can be a security risk.
11698 ##### Enforcement
11700 When possible, rely on tooling enforcement, but be aware that any tooling
11701 solution has costs and blind spots. Defense in depth (multiple tools, multiple
11702 approaches) is particularly valuable here.
11704 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
11706 * Avoid global data
11707 * Avoid `static` variables
11708 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
11709 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
11711 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
11713 ##### Reason
11715 If you don't share writable data, you can't have a data race.
11716 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
11717 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
11719 ##### Example
11721     bool validate(const vector<Reading>&);
11722     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
11723     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
11724     // ...
11726     void process_readings(istream& socket1)
11727     {
11728         vector<Reading> surface_readings;
11729         socket1 >> surface_readings;
11730         if (!socket1) throw Bad_input{};
11732         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings) throw Invalide_data{}; });
11733         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
11734         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
11735         // ...
11736         auto v1 = h1.get();
11737         auto v2 = h2.get();
11738         auto v3 = h3.get();
11739         // ...
11740     }
11742 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
11744 ##### Note
11746 Immutable data can be safely and efficiently shared.
11747 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
11749 ##### Enforcement
11754 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
11756 ##### Reason
11758 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
11759 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
11760 Application concepts are easier to reason about.
11762 ##### Example
11764     ???
11766 ##### Note
11768 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
11769 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
11770 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
11772 ##### Enforcement
11776 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
11778 ##### Reason
11780 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
11781 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
11782 It simply has nothing to do with concurrency.
11784 ##### Example, bad:
11786     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11788     Pool* use()
11789     {
11790         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11791     }
11793 Here we have a problem:
11794 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two treads execute this and
11795 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
11796 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
11798     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11800     Pool* use()
11801     {
11802         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11803     }
11805 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
11807 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
11809     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11811     Pool* use()
11812     {
11813         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11814     }
11816 Now the `--` operation is atomic,
11817 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
11819 ##### Alternative
11821 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
11822 Use a `mutex` for more complicated examples.
11824 ##### See also
11826 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
11828 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
11830 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
11832 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
11833 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
11834 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
11835 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
11837 Concurrency rule summary:
11839 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
11840 * [CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
11841 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
11842 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
11843 * [CP.24: Think of a detached `thread` as a global container](#Rconc-detach)
11844 * [CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`](#Rconc-raii_thread)
11845 * [CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`](#Rconc-detached_thread)
11846 * [CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)](#Rconc-thread)
11847 * [CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed](#Rconc-join-undetached)
11848 * [CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s](#Rconc-pass)
11849 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
11850 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
11851 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
11852 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
11853 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
11854 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
11855 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
11856 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it protects](#Rconc-mutex)
11857 * ??? when to use a spinlock
11858 * ??? when to use `try_lock()`
11859 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
11860 * ??? Time multiplexing
11861 * ??? when/how to use `new thread`
11863 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
11865 ##### Reason
11867 Avoids nasty errors from unreleased locks.
11869 ##### Example, bad
11871     mutex mtx;
11873     void do_stuff()
11874     {
11875         mtx.lock();
11876         // ... do stuff ...
11877         mtx.unlock();
11878     }
11880 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
11882     mutex mtx;
11884     void do_stuff()
11885     {
11886         unique_lock<mutex> lck {mtx};
11887         // ... do stuff ...
11888     }
11890 ##### Enforcement
11892 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
11895 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es
11897 ##### Reason
11899 To avoid deadlocks on multiple `mutex`s
11901 ##### Example
11903 This is asking for deadlock:
11905     // thread 1
11906     lock_guard<mutex> lck1(m1);
11907     lock_guard<mutex> lck2(m2);
11909     // thread 2
11910     lock_guard<mutex> lck2(m2);
11911     lock_guard<mutex> lck1(m1);
11913 Instead, use `lock()`:
11915     // thread 1
11916     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
11917     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
11918     lock(lck1, lck2);
11920     // thread 2
11921     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
11922     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
11923     lock(lck2, lck1);
11925 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
11927 ##### Note
11929 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
11930 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
11932 I'm really looking forward to be able to write plain
11934     lock_guard lck1(m1, defer_lock);
11936 and have the `mutex` type deduced.
11938 ##### Enforcement
11940 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
11941 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
11944 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
11946 ##### Reason
11948 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
11950 ##### Example
11952     void do_this(Foo* p)
11953     {
11954         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
11955         // ... do something ...
11956         p->act(my_data);
11957         // ...
11958     }
11960 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),
11961 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
11962 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
11964 ##### Example
11966 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.
11967 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
11969     recursive_mutex my_mutex;
11971     template<typename Action>
11972     void do_something(Action f)
11973     {
11974         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
11975         // ... do something ...
11976         f(this);    // f will do something to *this
11977         // ...
11978     }
11980 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
11982 ##### Enforcement
11984 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
11985 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
11988 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
11990 ##### Reason
11992 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
11993 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
11995 ##### Example
11997     void f(int * p)
11998     {
11999         // ...
12000         *p = 99;
12001         // ...
12002     }
12003     int glob = 33;
12005     void some_fct(int* p)
12006     {
12007         int x = 77;
12008         raii_thread t0(f, &x);           // OK
12009         raii_thread t1(f, p);            // OK
12010         raii_thread t2(f, &glob);        // OK
12011         auto q = make_unique<int>(99);
12012         raii_thread t3(f, q.get());      // OK
12013         // ...
12014     }
12016 An `raii_thread` is a `std::thread` with a destructor that joined and cannot be `detached()`.
12017 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
12018 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12019 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12021 ##### Enforcement
12023 Ensure that `raii_thread`s don't `detach()`.
12024 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
12027 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a detached `thread` as a global container
12029 ##### Reason
12031 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12032 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
12034 ##### Example
12036     void f(int * p)
12037     {
12038         // ...
12039         *p = 99;
12040         // ...
12041     }
12043     int glob = 33;
12045     void some_fct(int* p)
12046     {
12047         int x = 77;
12048         std::thread t0(f, &x);           // bad
12049         std::thread t1(f, p);            // bad
12050         std::thread t2(f, &glob);        // OK
12051         auto q = make_unique<int>(99);
12052         std::thread t3(f, q.get());      // bad
12053         // ...
12054         t0.detach();
12055         t1.detach();
12056         t2.detach();
12057         t3.detach();
12058         // ...
12059     }
12061 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
12062 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
12063 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12064 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12066 ##### Enforcement
12068 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
12069 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;
12070 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
12073 ### <a name="Rconc-raii_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`
12075 ##### Reason
12077 An `raii_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
12079 Detached threads are hard to monitor.
12081 ??? Place all "immortal threads" on the free store rather than `detach()`?
12083 ##### Example
12085     ???
12087 ##### Enforcement
12091 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`
12093 ##### Reason
12095 Often, the need to `detach` is inherent in the `thread`s task.
12096 Documenting that aids comprehension and helps static analysis.
12098 ##### Example
12100     void heartbeat();
12102     void use()
12103     {
12104         gsl::detached_thread t1(heartbeat);    // obviously need not be joined
12105         std::thread t2(heartbeat);             // do we need to join? (read the code for heartbeat())
12106         // ...
12107     }
12109 Flag unconditional `detach` on a plain `thread`
12112 ### <a name="Rconc-thread"></a>CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)
12114 ##### Reason
12116 `thread`s that are supposed to unconditionally `join` or unconditionally `detach` can be clearly identified as such.
12117 The plain `thread`s should be assumed to use the full generality of `std::thread`.
12119 ##### Example
12121     void tricky(thread* t, int n)
12122     {
12123         // ...
12124         if (is_odd(n))
12125             t->detach();
12126         // ...
12127     }
12129     void use(int n)
12130     {
12131         thread t { tricky, this, n };
12132         // ...
12133         // ... should I join here? ...
12134     }
12136 ##### Enforcement
12142 ### <a name="Rconc-join-undetached"></a>CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed
12144 ##### Reason
12146 A `thread` that has not been `detach()`ed when it is destroyed terminates the program.
12148 ##### Example, bad
12150     void f() { std::cout << "Hello "; }
12152     struct F {
12153         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12154     };
12156     int main()
12157     {
12158         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12159         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12160     }  // spot the bugs
12162 ##### Example
12164     void f() { std::cout << "Hello "; }
12166     struct F {
12167         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12168     };
12170     int main()
12171     {
12172         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12173         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12175         t1.join();
12176         t2.join();
12177     }  // one bad bug left
12179 ??? Is `cout` synchronized?
12181 ##### Enforcement
12183 * Flag `join`s for `raii_thread`s ???
12184 * Flag `detach`s for `detached_thread`s
12187 ### <a name="RRconc-pass"></a>CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s
12189 ##### Reason
12191 In general, you cannot know whether a non-`raii_thread` will outlive the scope of the variables, so that those pointers will become invalid.
12193 ##### Example, bad
12195     void use()
12196     {
12197         int x = 7;
12198         thread t0 { f, ref(x) };
12199         // ...
12200         t0.detach();
12201     }
12203 The `detach` may not be so easy to spot.
12204 Use a `raii_thread` or don't pass the pointer.
12206 ##### Example, bad
12208     ??? put pointer to a local on a queue that is read by a longer-lived thread ???
12210 ##### Enforcement
12212 Flag pointers to locals passed in the constructor of a plain `thread`.
12215 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
12217 ##### Reason
12219 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
12220 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
12222 ##### Note
12224 Defining "small amount" precisely is impossible.
12226 ##### Example
12228     string modify1(string);
12229     void modify2(shared_ptr<string>);
12231     void fct(string& s)
12232     {
12233         auto res = async(modify1, s);
12234         async(modify2, &s);
12235     }
12237 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
12238 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
12239 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
12240 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
12241 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
12242 is probably not a good idea.
12244 Note that this argument has nothing to do with `sync` as such. It applies equally to considerations about whether to use
12245 message passing or shared memory.
12247 ##### Enforcement
12252 ### <a name="Rconc-shared"></a>[CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
12254 ##### Reason
12256 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
12257 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
12258 safe way to ensure proper deletion.
12260 ##### Example
12262     ???
12264 ##### Note
12266 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for it's deletion.
12267 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
12268 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
12270 ##### Enforcement
12275 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
12277 ##### Reason
12279 Context switches are expensive.
12281 ##### Example
12283     ???
12285 ##### Enforcement
12290 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
12292 ##### Reason
12294 Thread creation is expensive.
12296 ##### Example
12298     void worker(Message m)
12299     {
12300         // process
12301     }
12303     void master(istream& is)
12304     {
12305         for (Message m; is >> m; )
12306             run_list.push_back(new thread(worker, m));
12307     }
12309 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
12311 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
12313     Sync_queue<Message> work;
12315     void master(istream& is)
12316     {
12317         for (Message m; is >> m; )
12318             work.put(m);
12319     }
12321     void worker()
12322     {
12323         for (Message m; m = work.get(); ) {
12324             // process
12325         }
12326     }
12328     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
12329     {
12330         raii_thread w1 {worker};
12331         raii_thread w2 {worker};
12332         raii_thread w3 {worker};
12333         raii_thread w4 {worker};
12334     }
12336 ##### Note
12338 If your system has a good thread pool, use it.
12339 If your system has a good message queue, use it.
12341 ##### Enforcement
12346 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
12348 ##### Reason
12350 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
12352 ##### Example, bad
12354     std::condition_variable cv;
12355     std::mutex mx;
12357     void thread1()
12358     {
12359         while (true) {
12360             // do some work ...
12361             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12362             cv.notify_one();    // wake other thread
12363         }
12364     }
12366     void thread2()
12367     {
12368         while (true) {
12369             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12370             cv.wait(lock);    // might block forever
12371             // do work ...
12372         }
12373     }
12375 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
12377 ##### Example
12379     template<typename T>
12380     class Sync_queue {
12381     public:
12382         void put(const T& val);
12383         void put(T&& val);
12384         void get(T& val);
12385     private:
12386         mutex mtx;
12387         condition_variable cond;    // this controls access
12388         list<T> q;
12389     };
12391     template<typename T>
12392     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
12393     {
12394         lock_guard<mutex> lck(mtx);
12395         q.push_back(val);
12396         cond.notify_one();
12397     }
12399     template<typename T>
12400     void Sync_queue<T>::get(T& val)
12401     {
12402         unique_lock<mutex> lck(mtx);
12403         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
12404         val = q.front();
12405         q.pop_front();
12406     }
12408 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
12409 it will immediately go back to sleep, waiting.
12411 ##### Enforcement
12413 Flag all `wait`s without conditions.
12416 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
12418 ##### Reason
12420 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
12421 and `thread` suspension and resumption are expensive.
12423 ##### Example
12425     void do_something() // bad
12426     {
12427         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12428         do0();  // preparation: does not need lock
12429         do1();  // transaction: needs locking
12430         do2();  // cleanup: does not need locking
12431     }
12433 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
12434 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
12435 We could rewrite this to
12437     void do_something() // bad
12438     {
12439         do0();  // preparation: does not need lock
12440         my_lock.lock();
12441         do1();  // transaction: needs locking
12442         my_lock.unlock();
12443         do2();  // cleanup: does not need locking
12444     }
12446 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
12447 Instead, add a block for the critical section:
12449     void do_something() // OK
12450     {
12451         do0();  // preparation: does not need lock
12452         {
12453             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12454             do1();  // transaction: needs locking
12455         }
12456         do2();  // cleanup: does not need locking
12457     }
12459 ##### Enforcement
12461 Impossible in general.
12462 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
12465 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
12467 ##### Reason
12469 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
12471 ##### Example
12473     unique_lock<mutex>(m1);
12474     lock_guard<mutex> {m2};
12475     lock(m1, m2);
12477 This looks innocent enough, but it isn't.
12479 ##### Enforcement
12481 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
12485 ### <a name="Rconc-mutex"></a>P.50: Define a `mutex` together with the data it guards
12487 ##### Reason
12489 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how.
12491 ##### Example
12493     struct Record {
12494         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
12495         // ...
12496     };
12498 ##### Enforcement
12500 ??? Possible?
12503 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
12505 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
12507 Parallelism rule summary:
12509 * ???
12510 * ???
12511 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
12512 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
12516 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
12518 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.
12519 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
12520 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
12521 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
12523 Message passing rules summary:
12525 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
12526 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
12527 * message queues
12528 * messaging libraries
12530 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
12532 ??? 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?
12535 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
12537 ##### Reason
12539 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12540 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12542 ##### Example
12544     ???
12546 ##### Note
12550 ##### Enforcement
12554 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
12556 ##### Reason
12558 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12559 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12561 ##### Example
12563     ???
12565 ##### Note
12567 Unfortunately, `async()` is not perfect.
12568 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
12569 In fact, most current `async()` implementations don't.
12570 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
12571 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
12573 ##### Enforcement
12578 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
12580 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
12581 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
12582 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
12583 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
12585 Vectorization rule summary:
12587 * ???
12588 * ???
12590 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
12592 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
12593 Furthermore, it can lead to deadlock.
12594 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
12595 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
12596 Lock free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
12598 Lock-free programming rule summary:
12600 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
12601 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
12602 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
12603 * how/when to use atomics
12604 * avoid starvation
12605 * use a lock free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
12606 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
12607 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
12608 * how/when to compare and swap
12611 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
12613 ##### Reason
12615 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
12617 ##### Example, bad
12619     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
12621     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
12622     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
12624     do {
12625         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
12626         nh->next = h;                      // next element is the previous head
12627     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
12629 Spot the bug.
12630 It would be really hard to find through testing.
12631 Read up on the ABA problem.
12633 ##### Exception
12635 [Atomic variables](#???) can be used simply and safely.
12637 ##### Note
12639 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
12641 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
12644 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
12646 ##### Reason
12648 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
12649 the areas where the most subtle portability problems occur.
12650 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
12652 ##### Note
12654 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
12655 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
12656 Testing - often to an extreme extent - is essential.
12657 "Don't fly too close to the sun."
12659 ##### Enforcement
12661 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
12664 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
12666 ##### Reason
12668 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
12669 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
12671 ##### References
12673 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
12674 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
12675 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
12676 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
12677 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
12678 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
12679 * 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.
12680 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
12681 * 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.
12684 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
12686 ##### Reason
12688 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.
12690 ##### Example
12692 Example with std::call_once.
12694     void f()
12695     {
12696         static std::once_flag my_once_flag;
12697         std::call_once(my_once_flag, []()
12698         {
12699             // do this only once
12700         });
12701         // ...
12702     }
12704 Example with thread-safe static local variables of C++11.
12706     void f()
12707     {
12708         // Assuming the compiler is compliant with C++11
12709         static My_class my_object; // Constructor called only once
12710         // ...
12711     }
12713     class My_class
12714     {
12715     public:
12716         My_class()
12717         {
12718             // ...
12719         }
12720     };
12722 ##### Enforcement
12724 ??? Is it possible to detect the idiom?
12727 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
12729 ##### Reason
12731 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.
12733 ##### Example, bad
12735 Even if the following example works correctly on most hardware platforms, it is not guaranteed to work by the C++ standard. The x_init.load(memory_order_relaxed) call may see a value from outside of the lock guard.
12737     atomic<bool> x_init;
12739     if (!x_init.load(memory_order_acquire)) {
12740         lock_guard<mutex> lck(x_mutex);
12741         if (!x_init.load(memory_order_relaxed)) {
12742             // ... initialize x ...
12743             x_init.store(true, memory_order_release);
12744         }
12745     }
12747 ##### Example, good
12749 One of the conventional patterns is below.
12751     std::atomic<int> state;
12753     // If state == SOME_ACTION_NEEDED maybe an action is needed, maybe not, we need to
12754     // check again in a lock. However, if state != SOME_ACTION_NEEDED, then we can be
12755     // sure that an action is not needed. This is the basic assumption of double-checked
12756     // locking.
12758     if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12759     {
12760         std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
12761         if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12762         {
12763             // do something
12764             state = NO_ACTION_NEEDED;
12765         }
12766     }
12768 In the example above (state == SOME_ACTION_NEEDED) could be any condition. It doesn't necessarily needs to be equality comparison. For example, it could as well be (size > MIN_SIZE_TO_TAKE_ACTION).
12770 ##### Enforcement
12772 ??? Is it possible to detect the idiom?
12775 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
12777 These rules defy simple categorization:
12779 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
12780 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
12782 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
12784 ##### Reason
12786 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
12788 ##### Example
12790     const volatile long clock;
12792 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
12793 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
12794 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:
12796     long t1 = clock;
12797     // ... no use of clock here ...
12798     long t2 = clock;
12800 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
12802 ##### Note
12804 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
12806 ##### Example
12808 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
12810     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
12811         // note: we get a pointer to someone else's memory here
12812         // volatile says "treat this with extra respect"
12814 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
12816     static volatile long vl;
12817     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
12819 ##### Example; bad
12821 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
12822 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
12824     void f() {
12825         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
12826         // etc.
12827     }
12829     class My_type {
12830         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
12831         // etc.
12832     };
12834 ##### Note
12836 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
12838 ##### Enforcement
12840 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
12841 * ???
12843 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
12845 ???UNIX signal handling???. May be worth reminding how little is async-signal-safe, and how to communicate with a signal handler (best is probably "not at all")
12848 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
12850 Error handling involves:
12852 * Detecting an error
12853 * Transmitting information about an error to some handler code
12854 * Preserve the state of a program in a valid state
12855 * Avoid resource leaks
12857 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.
12859 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
12861 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
12862 * Resource leaks (including memory leaks)
12863 * Bounds errors
12864 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
12865 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
12866 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
12868 Error-handling rule summary:
12870 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
12871 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
12872 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
12873 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
12874 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
12875 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
12876 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
12877 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
12879 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
12880 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
12881 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
12882 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
12883 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
12884 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
12885 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
12886 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
12888 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
12889 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
12890 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
12891 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
12893 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
12895 ##### Reason
12897 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
12899 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
12901 ##### Reason
12903 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
12905 ##### Example
12907     struct Foo {
12908         vector<Thing> v;
12909         File_handle f;
12910         string s;
12911     };
12913     void use()
12914     {
12915         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
12916         // ...
12917     }
12919 Here, `vector` and `string`s constructors may not be able to allocate sufficient memory for their elements, `vector`s constructor may not be able copy the `Thing`s in its initializer list, and `File_handle` may not be able to open the required file.
12920 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
12921 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
12922 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
12923 Note that there is no return value that could contain an error code.
12925 The `File_handle` constructor might be defined like this:
12927     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
12928         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
12929     {
12930         if (!f)
12931             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
12932     }
12934 ##### Note
12936 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
12937 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
12938 Examples:
12940 * A precondition that cannot be met
12941 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
12942 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
12943 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
12945 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
12946 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
12948 ##### Note
12950 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
12952 ##### Exception
12954 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`.
12956 **See also**: [RAII](#Re-raii)
12958 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
12960 ##### Note
12962 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
12963 they have their own complexities and problems.
12964 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
12966 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
12968 ##### Reason
12970 To keep error handling separated from "ordinary code."
12971 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
12973 ##### Example, don't
12975     // don't: exception not used for error handling
12976     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
12977     {
12978         try {
12979             for (int i = 0; i < vec.size(); ++i)
12980                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
12981         } catch (int i) {
12982             return i;
12983         }
12984         return -1;   // not found
12985     }
12987 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
12988 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
12990 ##### Enforcement
12992 Would need to be heuristic.
12993 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
12995 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
12997 ##### Reason
12999 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.
13001 ##### Note
13003 An [invariant](#Rc-struct) is logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
13005 ##### Enforcement
13009 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
13011 ##### Reason
13013 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
13014 Not all member functions can be called.
13016 ##### Example
13018     class Vector {  // very simplified vector of doubles
13019         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
13020     public:
13021         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
13022         Vector(int s) : elem{new double}, sz{s} { /* initialize elements */ }
13023         ~Vector() { delete elem; }
13024         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
13025         // ...
13026     private:
13027         owner<double*> elem;
13028         int sz;
13029     };
13031 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
13032 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
13033 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
13035 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
13037 ##### Enforcement
13039 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
13041 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
13043 ##### Reason
13045 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
13047 ##### Example
13049     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
13050     {
13051         int* p = new int[12];
13052         // ...
13053         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13054         // ...
13055     }
13057 We could carefully release the resource before the throw:
13059     void f2(int i)   // Clumsy: explicit release
13060     {
13061         int* p = new int[12];
13062         // ...
13063         if (i < 17) {
13064             delete[] p;
13065             throw Bad {"in f()", i};
13066         }
13067         // ...
13068     }
13070 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
13072     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle
13073     {
13074         auto p = make_unique<int[]>(12);
13075         // ...
13076         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13077         // ...
13078     }
13080 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
13082     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle
13083     {
13084         auto p = make_unique<int[]>(12);
13085         // ...
13086         helper(i);   // may throw
13087         // ...
13088     }
13090 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
13092     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
13093     {
13094         vector<int> v(12);
13095         // ...
13096         helper(i);   // may throw
13097         // ...
13098     }
13100 ##### Note
13102 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
13104 ##### Note
13106 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
13107 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
13108 We know of only a few good reasons:
13110 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
13111 * 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.
13112 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
13113   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
13114 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
13115 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
13116 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
13117 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
13119 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
13120 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
13121 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
13122 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
13124     void f()
13125     {
13126         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
13127         if (!vs.valid()) {
13128             // handle error or exit
13129         }
13131         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
13132         if (!fs.valid()) {
13133             // handle error or exit
13134         }
13136         // ...
13137     } // destructors clean up as usual
13139 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
13140 Prefer to use exceptions.
13142 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept).
13144 ##### Enforcement
13148 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
13150 ##### Reason
13152 To avoid interface errors.
13154 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
13156 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
13158 ##### Reason
13160 To avoid interface errors.
13162 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
13164 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
13166 ##### Reason
13168 To make error handling systematic, robust, and efficient.
13170 ##### Example
13172     double compute(double d) noexcept
13173     {
13174         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
13175     }
13177 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
13178 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`.
13180 ##### Note
13182 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
13184 ##### Example
13186     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
13187     {
13188         vector<double> v2(v.size());
13189         // ... do something ...
13190     }
13192 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`. 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.
13194 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
13196 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
13198 ##### Reason
13200 That would be a leak.
13202 ##### Example
13204     void leak(int x)   // don't: may leak
13205     {
13206         auto p = new int{7};
13207         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
13208         // ...
13209         delete p;   // we may never get here
13210     }
13212 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
13214     void no_leak(int x)
13215     {
13216         auto p = make_unique<int>(7);
13217         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
13218         // ...
13219         // no need for delete p
13220     }
13222 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
13224     void no_leak_simplified(int x)
13225     {
13226         vector<int> v(7);
13227         // ...
13228     }
13230 **See also**: ???resource rule ???
13232 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
13234 ##### Reason
13236 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
13238 ##### Example
13240     void my_code()
13241     {
13242         // ...
13243         throw Moonphase_error{};
13244         // ...
13245     }
13247     void your_code()
13248     {
13249         try {
13250             // ...
13251             my_code();
13252             // ...
13253         }
13254         catch(Bufferpool_exhausted) {
13255             // ...
13256         }
13257     }
13259 ##### Example, don't
13261     void my_code()     // Don't
13262     {
13263         // ...
13264         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
13265         // ...
13266     }
13268     void your_code()   // Don't
13269     {
13270         try {
13271             // ...
13272             my_code();
13273             // ...
13274         }
13275         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
13276             // ...
13277         }
13278     }
13280 ##### Note
13282 The standard-library classes derived from `exception` should be used only as base classes or for exceptions that require only "generic" handling. Like built-in types, their use could clash with other people's use of them.
13284 ##### Example, don't
13286     void my_code()   // Don't
13287     {
13288         // ...
13289         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
13290         // ...
13291     }
13293     void your_code()   // Don't
13294     {
13295         try {
13296             // ...
13297             my_code();
13298             // ...
13299         }
13300         catch(runtime_error) {   // runtime_error means "input buffer too small"
13301             // ...
13302         }
13303     }
13305 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
13307 ##### Enforcement
13309 Catch `throw` and `catch` of a built-in type. Maybe warn about `throw` and `catch` using an standard-library `exception` type. Obviously, exceptions derived from the `std::exception` hierarchy is fine.
13311 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
13313 ##### Reason
13315 To prevent slicing.
13317 ##### Example
13319     void f()
13320     try {
13321         // ...
13322     }
13323     catch (exception e) {   // don't: may slice
13324         // ...
13325     }
13327 Instead, use:
13329     catch (exception& e) { /* ... */ }
13331 ##### Enforcement
13333 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
13335 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
13337 ##### Reason
13339 We don't know how to write reliable programs if a destructor, a swap, or a memory deallocation fails; that is, if it exits by an exception or simply doesn't perform its required action.
13341 ##### Example, don't
13343     class Connection {
13344         // ...
13345     public:
13346         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
13347         {
13348             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
13349             // ...
13350         }
13351     };
13353 ##### Note
13355 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
13356 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
13357 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
13358 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
13359 to be examined by a regular sweep of the system state.
13360 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
13362 ##### Note
13364 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.
13366 ##### Note
13368 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
13369 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
13370 Also, [make move operations `noexcept`](##Rc-move-noexcept).
13372 ##### Enforcement
13374 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
13375 Catch such operations that are not `noexcept`.
13377 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
13379 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
13381 ##### Reason
13383 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
13384 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
13385 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
13387 ##### Example, don't
13389     void f()   // bad
13390     {
13391         try {
13392             // ...
13393         }
13394         catch (...) {
13395             // no action
13396             throw;   // propagate exception
13397         }
13398     }
13400 ##### Enforcement
13402 * Flag nested try-blocks.
13403 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
13405 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
13407 ##### Reason
13409  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
13410  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
13412 ##### Example, Bad
13414     void f(zstring s)
13415     {
13416         Gadget* p;
13417         try {
13418             p = new Gadget(s);
13419             // ...
13420             delete p;
13421         }
13422         catch (Gadget_construction_failure) {
13423             delete p;
13424             throw;
13425         }
13426     }
13428 This code is messy.
13429 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
13430 Not all exceptions are handled.
13431 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
13432 Better:
13434     void f2(zstring s)
13435     {
13436         Gadget g {s};
13437     }
13439 ##### Alternatives
13441 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
13442 * [`finally`](#Re-finally)
13444 ##### Enforcement
13446 ??? hard, needs a heuristic
13448 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
13450 ##### Reason
13452 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
13454 ##### Example
13456     void f(int n)
13457     {
13458         void* p = malloc(1, n);
13459         auto _ = finally([p] { free(p); });
13460         // ...
13461     }
13463 ##### Note
13465 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
13466 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
13468 ##### Note
13470 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](##Re-no-throw-codes)
13471 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
13473 ##### Enforcement
13475 Heuristic: Detect `goto exit;`
13477 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
13479 ##### Reason
13481 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
13483 ##### Note
13485 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
13486 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
13487 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
13488 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
13490 A lot of fear of exceptions is misguided.
13491 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
13492 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
13493 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
13494 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
13495 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.
13496 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
13497 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
13499 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
13500 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
13501 or have such a rat's nest of old-style code
13502 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
13503 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
13505 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
13506 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
13507 If performance is your worry, measure.
13509 ##### Example
13511 Assume you wanted to write
13513     void func(zstring arg)
13514     {
13515         Gadget g {arg};
13516         // ...
13517     }
13519 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
13520 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
13522     error_indicator func(zstring arg)
13523     {
13524         Gadget g {arg};
13525         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
13526         // ...
13527         return 0;   // zero indicates "good"
13528     }
13530 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
13532 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13534 ##### Enforcement
13536 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
13538 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
13540 ##### Reason
13542 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
13544 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13546 ##### Note
13548 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
13549 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
13550 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
13552 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
13553 say from hardware failures.
13554 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
13556 ##### Example
13558     void f(int n)
13559     {
13560         // ...
13561         p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
13562         if (p == nullptr) abort();     // abort if memory is exhausted
13563         // ...
13564     }
13566 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
13568     void f(int n)
13569     {
13570         // ...
13571         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
13572         // ...
13573     }
13575 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
13577 ##### Enforcement
13579 Awkward
13581 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
13583 ##### Reason
13585 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
13587 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13589 ##### Note
13591 There are several issues to be addressed:
13593 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
13594 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
13595 * What do you use as an error indicator?
13597 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
13598 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
13599 or a pair of values can be returned.
13601 ##### Example
13603     Gadget make_gadget(int n)
13604     {
13605         // ...
13606     }
13608     void user()
13609     {
13610         Gadget g = make_gadget(17);
13611         if (!g.valid()) {
13612                 // error handling
13613         }
13614         // ...
13615     }
13617 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
13618 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
13620 ##### Example
13622 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
13623 In that case, we must return a pair of values.
13624 For example:
13626     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
13627     {
13628         // ...
13629     }
13631     void user()
13632     {
13633         auto r = make_gadget(17);
13634         if (!r.second) {
13635                 // error handling
13636         }
13637         Gadget& g = r.first;
13638         // ...
13639     }
13641 As shown, `std::pair` is a possible return type.
13642 Some people prefer a specific type.
13643 For example:
13645     Gval make_gadget(int n)
13646     {
13647         // ...
13648     }
13650     void user()
13651     {
13652         auto r = make_gadget(17);
13653         if (!r.err) {
13654                 // error handling
13655         }
13656         Gadget& g = r.val;
13657         // ...
13658     }
13660 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
13661 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
13663 ##### Example
13665 In general, you must clean up before an error exit.
13666 This can be messy:
13668     std::pair<int, error_indicator> user()
13669     {
13670         Gadget g1 = make_gadget(17);
13671         if (!g1.valid()) {
13672                 return {0, g1_error};
13673         }
13675         Gadget g2 = make_gadget(17);
13676         if (!g2.valid()) {
13677                 cleanup(g1);
13678                 return {0, g2_error};
13679         }
13681         // ...
13683         if (all_foobar(g1, g2)) {
13684             cleanup(g1);
13685             cleanup(g2);
13686             return {0, foobar_error};
13687         // ...
13689         cleanup(g1);
13690         cleanup(g2);
13691         return {res, 0};
13692     }
13694 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
13695 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
13697     std::pair<int, error_indicator> user()
13698     {
13699         error_indicator err = 0;
13701         Gadget g1 = make_gadget(17);
13702         if (!g1.valid()) {
13703                 err = g1_error;
13704                 goto exit;
13705         }
13707         Gadget g2 = make_gadget(17);
13708         if (!g2.valid()) {
13709                 err = g2_error;
13710                 goto exit;
13711         }
13713         if (all_foobar(g1, g2)) {
13714             err = foobar_error;
13715             goto exit;
13716         }
13717         // ...
13719     exit:
13720       if (g1.valid()) cleanup(g1);
13721       if (g2.valid()) cleanup(g2);
13722       return {res, err};
13723     }
13725 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
13726 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
13727 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error handling strategy systematically.
13729 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
13731 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13733 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi).
13735 ##### Enforcement
13737 Awkward.
13739 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
13741 ##### Reason
13743 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
13744 When did you last test the return value of `printf()`?
13746 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13748 ##### Example, bad
13750     ???
13752 ##### Note
13754 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
13756 ##### Enforcement
13758 Awkward.
13760 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and Immutability
13762 You can't have a race condition on a constant.
13763 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
13764 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
13766 Constant rule summary:
13768 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
13769 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
13770 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
13771 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
13772 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
13774 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
13776 ##### Reason
13778 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
13779 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
13781 ##### Example
13783     for (const string& s : c) cout << s << '\n';    // just reading: const
13785     for (string& s : c) cout << s << '\n';    // BAD: just reading
13787     for (string& s : c) cin >> s;  // needs to write: non-const
13789 ##### Exception
13791 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
13792 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
13794     void f(const char* const p); // pedantic
13795     void g(const int i);        // pedantic
13797 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
13799 ##### Enforcement
13801 * Flag non-const variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
13803 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
13805 ##### Reason
13807 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
13808 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
13810 ##### Example; bad
13812     class Point {
13813         int x, y;
13814     public:
13815         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
13816         // ...
13817     };
13819     void f(const Point& pt) {
13820         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
13821     }
13823 ##### Note
13825 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
13826 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
13827 A reader of code must assume that a funtion that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
13828 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
13830 ##### Note
13832 There are code/libraries that are offer functions that declare a`T*` even though
13833 those function do not modify that `T`.
13834 This is a problem for people modernizing code.
13835 You can
13837 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
13838 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const).
13839 * provide a wrapper function; for example
13841     void f(int* p);   // old code: f() does not mpdify `*p`
13842     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p); } // wrapper
13844 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be be modified,
13845 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
13848 ##### Enforcement
13850 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
13852 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
13854 ##### Reason
13856  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
13857  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
13859 ##### Example
13861     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
13862     void g(const char* p);  // g does not modify *p
13864 ##### Note
13866 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
13867 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
13869 ##### Note
13871 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
13873 ##### Enforcement
13875 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
13876 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
13878 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
13880 ##### Reason
13882  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
13884 ##### Example
13886     void f()
13887     {
13888         int x = 7;
13889         const int y = 9;
13891         for (;;) {
13892             // ...
13893         }
13894         // ...
13895     }
13897 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
13899 ##### Enforcement
13901 * Flag unmodified non-`const` variables.
13903 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
13905 ##### Reason
13907 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
13909 ##### Example
13911     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
13912     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
13913     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
13915 ##### Note
13917 See F.4.
13919 ##### Enforcement
13921 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
13923 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
13925 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
13926 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
13928 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
13929 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
13931 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
13933 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
13934 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
13935 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
13936 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
13937 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
13938 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
13940 Template use rule summary:
13942 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
13943 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
13944 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
13945 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
13946 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
13948 Concept use rule summary:
13950 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
13951 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
13952 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
13953 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
13954 * ???
13956 Concept definition rule summary:
13958 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
13959 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
13960 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
13961 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
13962 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
13963 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
13964 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
13965 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
13966 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
13967 * ???
13969 Template interface rule summary:
13971 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
13972 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
13973 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
13974 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
13975 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
13976 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
13977 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
13978 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
13979 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
13981 Template definition rule summary:
13983 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
13984 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
13985 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
13986 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
13987 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
13988 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
13989 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
13990 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
13992 Template and hierarchy rule summary:
13994 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
13995 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
13996 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
13997 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
13998 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
13999 * [T.??: ????](#Rt-???)
14001 Variadic template rule summary:
14003 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
14004 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
14005 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
14006 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
14007 * [T.??: ????](#Rt-???)
14009 Metaprogramming rule summary:
14011 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
14012 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
14013 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
14014 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
14015 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
14016 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
14017 * [T.??: ????](#Rt-???)
14019 Other template rules summary:
14021 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
14022 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
14023 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
14024 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
14025 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
14026 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
14027 * [T.??: ????](#Rt-???)
14029 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
14031 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14033 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
14035 ##### Reason
14037 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
14039 ##### Example, bad
14041 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":
14043     template<typename T>
14044         // requires Incrementable<T>
14045     T sum1(vector<T>& v, T s)
14046     {
14047         for (auto x : v) s += x;
14048         return s;
14049     }
14051     template<typename T>
14052         // requires Simple_number<T>
14053     T sum2(vector<T>& v, T s)
14054     {
14055         for (auto x : v) s = s + x;
14056         return s;
14057     }
14059 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
14060 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
14062 ##### Example
14064     template<typename T>
14065         // requires Arithmetic<T>
14066     T sum(vector<T>& v, T s)
14067     {
14068         for (auto x : v) s += x;
14069         return s;
14070     }
14072 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
14073 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
14074 can be used for a wide variety of algorithms.
14076 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
14078 ##### Note
14080 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
14081 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
14082 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
14084 ##### Note
14086 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
14087 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
14089 ##### Note
14091 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
14092 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14093 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14094 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14095 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14097 ##### Enforcement
14099 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
14100 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
14102 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
14104 ##### Reason
14106 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
14108 ##### Example
14110 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
14112     template<typename Iter, typename Val>
14113         // requires Input_iterator<Iter>
14114         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14115     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14116     {
14117         // ...
14118     }
14120 ##### Note
14122 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
14123 Don't overabstract.
14125 ##### Enforcement
14127 ??? tough, probably needs a human
14129 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
14131 ##### Reason
14133 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
14134 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
14136 ##### Example
14138     template<typename T>
14139         // requires Regular<T>
14140     class Vector {
14141         // ...
14142         T* elem;   // points to sz Ts
14143         int sz;
14144     };
14146     Vector<double> v(10);
14147     v[7] = 9.9;
14149 ##### Example, bad
14151     class Container {
14152         // ...
14153         void* elem;   // points to size elements of some type
14154         int sz;
14155     };
14157     Container c(10, sizeof(double));
14158     ((double*) c.elem)[] = 9.9;
14160 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
14162 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
14164 **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.
14165 See [Stable base](#Rt-abi).
14167 ##### Enforcement
14169 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
14171 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
14173 ##### Reason
14175  ???
14177 ##### Example
14179     ???
14181 **Exceptions**: ???
14183 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
14185 ##### Reason
14187 Generic and OO techniques are complementary.
14189 ##### Example
14191 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
14193     class Command {
14194         // pure virtual functions
14195     };
14197     // implementations
14198     template</*...*/>
14199     class ConcreteCommand : public Command {
14200         // implement virtuals
14201     };
14203 ##### Example
14205 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
14206 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
14208 ##### Note
14210 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
14211 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
14212 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
14214 ##### See also
14216 * ref ???
14217 * ref ???
14218 * ref ???
14220 ##### Enforcement
14222 See the reference to more specific rules.
14224 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
14226 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
14227 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
14228 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
14229 (standard and other).
14231 This section assumes concept support
14233 Concept use rule summary:
14235 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14236 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14237 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
14238 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14239 * ???
14241 Concept definition rule summary:
14243 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14244 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14245 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14246 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14247 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14248 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
14249 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14250 * ???
14252 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
14254 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
14256 ##### Reason
14258 Correctness and readability.
14259 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
14260 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
14261 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
14263 ##### Example
14265     template<typename Iter, typename Val>
14266     //    requires Input_iterator<Iter>
14267     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14268     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14269     {
14270         // ...
14271     }
14273 or equivalently and more succinctly:
14275     template<Input_iterator Iter, typename Val>
14276     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14277     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14278     {
14279         // ...
14280     }
14282 ##### Note
14284 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14285 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
14286 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14287 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14288 If you use GCC 6.1, you can uncomment them:
14290     template<typename Iter, typename Val>
14291         requires Input_iterator<Iter>
14292                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14293     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14294     {
14295         // ...
14296     }
14298 ##### Note
14300 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
14301 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
14302 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
14304 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
14306 ##### Enforcement
14308 Flag template type arguments without concepts
14310 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
14312 ##### Reason
14314  "Standard" concepts (as provided by the [GSL](#S-GSL) and the [Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf), and hopefully soon the ISO standard itself)
14315 saves us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improves interoperability.
14317 ##### Note
14319 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
14321 ##### Example (using TS concepts)
14323     template<typename T>
14324         // don't define this: Sortable is in the GSL
14325     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
14327     void sort(Ordered_container& s);
14329 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
14330 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
14331 It is better and simpler just to use `Sortable`:
14333     void sort(Sortable& s);   // better
14335 ##### Note
14337 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
14339 ##### Note
14341 Designing a useful concept is challenging.
14343 ##### Enforcement
14345 Hard.
14347 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
14348 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
14350 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
14352 ##### Reason
14354  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
14356 ##### Example (using TS concepts)
14358     vector<string> v;
14359     auto& x = v.front();     // bad
14360     String& s = v.begin();   // good (String is a GSL concept)
14362 ##### Enforcement
14364 * ???
14366 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
14368 ##### Reason
14370 Readability. Direct expression of an idea.
14372 ##### Example (using TS concepts)
14374 To say "`T` is `Sortable`":
14376     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
14377     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
14378     void sort(T&);             // that is Sortable"
14380     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
14381     void sort(T&);             // which is Sortable"
14383     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
14385 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
14387 ##### Note
14389 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14390 A draft of a set of standard-library concepts can be found in another ISO TS: [ranges](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf)
14391 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14392 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14393 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1), you can remove the `//`.
14395 ##### Enforcement
14397 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
14398 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
14400 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
14402 Defining good concepts is non-trivial.
14403 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
14404 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for a the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
14405 and will not give the full benefits of the mechanism.
14407 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1),
14408 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
14410 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
14412 ##### Reason
14414 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
14415 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
14416 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
14418 ##### Example, bad (using TS concepts)
14420     template<typename T>
14421     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
14423     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14424     {
14425         // ...
14426         return a + b;
14427     }
14429     int x = 7;
14430     int y = 9;
14431     auto z = plus(x, y);   // z = 16
14433     string xx = "7";
14434     string yy = "9";
14435     auto zz = plus(xx, yy);   // zz = "79"
14437 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
14438 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
14440 ##### Note
14442 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
14444 ##### Example (using TS concepts)
14446     template<typename T>
14447     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14448     concept Number = has_plus<T>
14449                      && has_minus<T>
14450                      && has_multiply<T>
14451                      && has_divide<T>;
14453     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14454     {
14455         // ...
14456         return a + b;
14457     }
14459     int x = 7;
14460     int y = 9;
14461     auto z = plus(x, y);   // z = 18
14463     string xx = "7";
14464     string yy = "9";
14465     auto zz = plus(xx, yy);   // error: string is not a Number
14467 ##### Note
14469 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
14471 ##### Enforcement
14473 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
14474 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
14477 ### <a name="ations"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
14479 ##### Reason
14481 Ease of comprehension.
14482 Improved interoperability.
14483 Helps implementers and maintainers.
14485 ##### Note
14487 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
14489 ##### Example, bad (using TS concepts)
14491     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
14493 This makes no semantic sense.
14494 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
14496 Examples of complete sets are
14498 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
14499 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
14501 ##### Note
14503 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
14504 It is a general design rule that even applies to non-templates:
14506     class Minimal {
14507         // ...
14508     };
14510     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
14511     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
14513     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
14514     // no other operators
14516     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
14517     {
14518         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14519         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
14521         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14522         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
14524         x = x + y;        // OK
14525         x += y;             // surprise! error
14526     }
14528 This is minimal, but surprising and constraining for users.
14529 It could even be less efficient.
14531 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
14533 ##### Example
14535     class Convenient {
14536         // ...
14537     };
14539     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
14540     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
14541     // ... and the other comparison operators ...
14543     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
14544     // .. and the other arithmetic operators ...
14546     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
14547     {
14548         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14549         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
14551         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14552         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
14554         x = x + y;     // OK
14555         x += y;      // OK
14556     }
14558 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
14559 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
14561 ##### Enforcement
14563 * Flag classes the support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
14564   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
14567 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
14569 ##### Reason
14571 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
14572 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.
14573 Specifying semantics is a powerful design tool.
14575 ##### Example (using TS concepts)
14577     template<typename T>
14578         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14579         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
14580         concept Number = requires(T a, T b) {
14581             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
14582             {a - b} -> T;
14583             {a * b} -> T;
14584             {a / b} -> T;
14585         }
14587 ##### Note
14589 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
14590 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
14591 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
14593 ##### Note
14595 In this context axioms are Boolean expressions.
14596 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
14597 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
14598 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
14600 ##### Note
14602 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
14604 ##### Exception (using TS concepts)
14606 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
14607 Finding good semantics can take effort and time.
14608 An incomplete set of constraints can still be very useful:
14610     // balancer for a generic binary tree
14611     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
14612         add_fixup(p);
14613         touch(p);
14614         detach(p);
14615     }
14617 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
14618 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
14619 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
14621 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
14622 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
14623 However, it should not be assumed to be stable.
14624 Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
14626 ##### Enforcement
14628 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
14630 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
14632 ##### Reason
14634 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
14636 ##### Example (using TS concepts)
14638     template<typename I>
14639     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
14641     template<typename I>
14642     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
14644 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
14645 This decreases the burden on implementers of these types since
14646 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
14647 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
14649 ##### Enforcement
14651 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
14652 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
14654 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
14656 ##### Reason
14658 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
14660 ##### Example (using TS concepts)
14662     template<typename I>    // iterator providing random access
14663     concept bool RA_iter = ...;
14665     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
14666     concept bool Contiguous_iter =
14667         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
14669 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14671 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
14673     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
14675     template<typename I>
14676     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
14678 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14680 ##### Note
14682 Traits can be trait classes or type traits.
14683 These can be user-defined or standard-library ones.
14684 Prefer the standard-library ones.
14686 ##### Enforcement
14688 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
14689 * Flag the definition of identical concepts.
14691 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
14693 ##### Reason
14695 Clarity. Maintainability.
14696 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
14698 ##### Example (using TS concepts)
14700 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
14702     template<typename T>
14703         requires !C<T>    // bad
14704     void f();
14706     template<typename T>
14707         requires C<T>
14708     void f();
14710 This is better:
14712     template<typename T>   // general template
14713         void f();
14715     template<typename T>   // specialization by concept
14716         requires C<T>
14717     void f();
14719 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
14720 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
14721 version of `f()`, then delete it.
14723     template<typename T>
14724     void f() = delete;
14726 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
14728 ##### Note
14730 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
14732     template<typename T>
14733     enable_if<!C<T>, void>   // bad
14734     f();
14736     template<typename T>
14737     enable_if<C<T>, void>
14738     f();
14741 ##### Note
14743 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
14744 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
14746     C1<T> && C2<T>
14747     !C1<T> && C2<T>
14748     C1<T> && !C2<T>
14749     !C1<T> && !C2<T>
14751 Now the opportunities for errors multiply.
14753 ##### Enforcement
14755 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
14757 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
14759 ##### Reason
14761 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
14762 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
14764 ##### Example (using TS concepts)
14766 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
14768     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
14770 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
14771 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
14773     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
14774         bool == { a == b }
14775         bool == { a != b }
14776         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
14777         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
14778     }
14780 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
14781 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
14783 ##### Enforcement
14787 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
14789 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
14790 and its implementation.
14791 Before concepts, that distinction had no direct language support.
14792 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
14794 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
14796 ##### Reason
14798 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
14799 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
14801 ##### Example (using TS concepts)
14803     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
14804     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
14805     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
14806     sort(v, std::greater<>);                             // function object
14808     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
14809     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
14810     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
14811     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
14813 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
14815     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
14816     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
14818 ##### Note
14820 Lambdas generate function objects.
14822 ##### Note
14824 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
14826 ##### Enforcement
14828 * Flag pointer to function template arguments.
14829 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
14832 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
14834 ##### Reason
14836 Keep interfaces simple and stable.
14838 ##### Example (using TS concepts)
14840 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
14842     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
14843     {
14844         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
14845         // ...
14846         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
14847     }
14849 Should this be rewritten to:
14851     template<Sortable S>
14852         requires Streamable<S>
14853     void sort(S& s)  // sort sequence s
14854     {
14855         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
14856         // ...
14857         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
14858     }
14860 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
14861 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
14863 ##### Note
14865 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
14866 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.
14867 The definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
14868 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
14870 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
14871 we may get a late compile-time error.
14873 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
14874 we delay checking until instantiation time.
14875 We consider this a worthwhile tradeoff.
14877 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
14879 ##### Note
14881 It can be hard to decide which properties of a type is essential and which are not.
14883 ##### Enforcement
14887 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
14889 ##### Reason
14891 Improved readability.
14892 Implementation hiding.
14893 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
14894 They can also be used to wrap a trait.
14896 ##### Example
14898     template<typename T, size_t N>
14899     class Matrix {
14900         // ...
14901         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
14902         // ...
14903     };
14905 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>::`.
14907 ##### Example
14909     template<typename T>
14910     void user(T& c)
14911     {
14912         // ...
14913         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
14914         // ...
14915     }
14917     template<typename T>
14918     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
14921 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
14923     template<typename T>
14924     void user2(T& c)
14925     {
14926         // ...
14927         Value_type<T> x;
14928         // ...
14929     }
14931 ##### Note
14933 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
14935 ##### Enforcement
14937 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
14938 * ???
14940 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
14942 ##### Reason
14944 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
14945 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
14946 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
14948 ##### Example
14950     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
14952     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
14954     template<typename T>
14955     typedef int (*PFT)(T);      // error
14957     template<typename T>
14958     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
14960 ##### Enforcement
14962 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
14964 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
14966 ##### Reason
14968 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
14970 ##### Example
14972     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
14973     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
14975 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
14977 ##### Note
14979 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
14981 ##### Exception
14983 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
14985     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
14986     list<Record*> lst;
14988 ##### Note
14990 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
14991 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
14992 For example:
14994     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
14996 ##### Enforcement
14998 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
15000 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
15002 ##### Reason
15004  Readability.
15005  Preventing surprises and errors.
15006  Most uses support that anyway.
15008 ##### Example
15010     class X {
15011             // ...
15012     public:
15013         explicit X(int);
15014         X(const X&);            // copy
15015         X operator=(const X&);
15016         X(X&&);                 // move
15017         X& operator=(X&&);
15018         ~X();
15019         // ... no more constructors ...
15020     };
15022     X x {1};    // fine
15023     X y = x;      // fine
15024     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
15026 ##### Note
15028 Semiregular requires default constructible.
15030 ##### Enforcement
15032 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
15034 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
15036 ##### Reason
15038  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.
15039  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
15040  Common names make this problem more likely.
15042 ##### Example
15044     namespace Bad {
15045         struct S { int m; };
15046         template<typename T1, typename T2>
15047         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
15048     }
15050     namespace T0 {
15051         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
15053         void test()
15054         {
15055             Bad::S bad{ 1 };
15056             vector<int> v(10);
15057             bool b = 1 == bad;
15058             bool b2 = v.size() == bad;
15059         }
15060     }
15062 This prints `T0` and `Bad`.
15064 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
15065 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
15066 the `==` in `Bad` requires no conversions.
15067 Realistic types, such as the standard library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
15069 ##### Note
15071 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
15072 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
15073 That is, it is highly visible.
15075 ##### Note
15077 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
15079 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`.
15082 ##### Enforcement
15084 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
15087 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
15089 ##### Reason
15091 Because that's the best we can do without direct concept support.
15092 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
15094 ##### Example
15096     enable_if<???>
15098 ##### Note
15100 Beware of [complementary constraints](# T.25).
15101 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
15103 ##### Enforcement
15107 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
15109 ##### Reason
15111 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
15113 ##### Example
15115     ???
15117 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
15119 ##### Enforcement
15124 ##### Note
15127 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
15129 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
15130 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
15131 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
15133 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
15135 ##### Reason
15137 Eases understanding.
15138 Minimizes errors from unexpected dependencies.
15139 Eases tool creation.
15141 ##### Example
15143     template<typename C>
15144     void sort(C& c)
15145     {
15146         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
15147     }
15149     template<typename Iter>
15150     Iter algo(Iter first, Iter last) {
15151         for (; first != last; ++first) {
15152             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
15153             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
15154                                    // helper is chosen based on first and x
15155             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
15156         }
15157     }
15159 ##### Note
15161 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
15163 ##### Note
15165 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.
15166 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
15167 And don't get us started on macros!
15168 See also [T.69](#Rt-customization)
15170 ##### Enforcement
15172 ??? Tricky
15174 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
15176 ##### Reason
15178 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
15179 This limits use and typically increases code size.
15181 ##### Example, bad
15183     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15184         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15185     class List {
15186     public:
15187         struct Link {   // does not depend on A
15188             T elem;
15189             T* pre;
15190             T* suc;
15191         };
15193         using iterator = Link*;
15195         iterator first() const { return head; }
15197         // ...
15198     private:
15199         Link* head;
15200     };
15202     List<int> lst1;
15203     List<int, My_allocator> lst2;
15205     ???
15207 This looks innocent enough, but ???
15209     template<typename T>
15210     struct Link {
15211         T elem;
15212         T* pre;
15213         T* suc;
15214     };
15216     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15217         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15218     class List2 {
15219     public:
15220         using iterator = Link<T>*;
15222         iterator first() const { return head; }
15224         // ...
15225     private:
15226         Link* head;
15227     };
15229     List<int> lst1;
15230     List<int, My_allocator> lst2;
15232     ???
15234 ##### Enforcement
15236 * Flag member types that do not depend on every template argument
15237 * Flag member functions that do not depend on every template argument
15239 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
15241 ##### Reason
15243  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
15245 ##### Example
15247     template<typename T>
15248     class Foo {
15249     public:
15250         enum { v1, v2 };
15251         // ...
15252     };
15256     struct Foo_base {
15257         enum { v1, v2 };
15258         // ...
15259     };
15261     template<typename T>
15262     class Foo : public Foo_base {
15263     public:
15264         // ...
15265     };
15267 ##### Note
15269 A more general version of this rule would be
15270 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
15271 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
15273 ??? What about constants? class statics?
15275 ##### Enforcement
15277 * Flag ???
15279 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
15281 ##### Reason
15283 A template defines a general interface.
15284 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
15286 ##### Example
15288     ??? string specialization (==)
15290     ??? representation specialization ?
15292 ##### Note
15296 ##### Enforcement
15300 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
15302 ##### Reason
15304 * A template defines a general interface.
15305 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
15306 * Performance.
15308 ##### Example
15310 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
15312     struct pod_tag {};
15313     struct non_pod_tag {};
15315     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
15317     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
15319     template<class Iter>
15320     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
15321     {
15322         // use memmove
15323     }
15325     template<class Iter>
15326     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
15327     {
15328         // use loop calling copy constructors
15329     }
15331     template<class Itert>
15332     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
15333     {
15334         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
15335     }
15337     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
15338     {
15339         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
15340         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
15341     }
15343 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
15345 ##### Note
15347 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
15349     template<class Iter>
15350         requires Pod<Value_type<iter>>
15351     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15352     {
15353         // use memmove
15354     }
15356     template<class Iter>
15357     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15358     {
15359         // use loop calling copy constructors
15360     }
15362 ##### Enforcement
15367 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
15369 ##### Reason
15371  ???
15373 ##### Example
15375     ???
15377 ##### Enforcement
15381 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
15383 ##### Reason
15385  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
15387 ##### Example
15389     template<typename T, typename U>
15390     void f(T t, U u)
15391     {
15392         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
15393         T v2 {x};   // variable
15394         auto x = T(u);  // construction or cast?
15395     }
15397     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
15399 ##### Enforcement
15401 * flag `()` initializers
15402 * flag function-style casts
15405 ### <a name="Rt-customization"></a>T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point
15407 ##### Reason
15409 * Provide only intended flexibility.
15410 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
15412 ##### Example
15414 There are three major ways to let calling code customize a template.
15416     template<class T>
15417         // Call a member function
15418     void test1(T t)
15419     {
15420         t.f();    // require T to provide f()
15421     }
15423     template<class T>
15424     void test2(T t)
15425         // Call a nonmember function without qualification
15426     {
15427         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
15428     }
15430     template<class T>
15431     void test3(T t)
15432         // Invoke a "trait"
15433     {
15434         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
15435                               // to get non-default functions/types
15436     }
15438 A trait is usually a type alias to compute a type,
15439 a `constexpr` function to compute a value,
15440 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
15442 ##### Note
15444 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
15445 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
15446 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
15447 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
15450 ##### Enforcement
15452 * In a template, flag an unqualified call to a nonmember function that passes a variable of dependent type when there is a nonmember function of the same name in the template's namespace.
15455 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
15457 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
15458 for object-oriented programming.
15459 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
15461 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
15463 ##### Reason
15465 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
15467 ##### Example, bad
15469     template<typename T>
15470     struct Container {         // an interface
15471         virtual T* get(int i);
15472         virtual T* first();
15473         virtual T* next();
15474         virtual void sort();
15475     };
15477     template<typename T>
15478     class Vector : public Container<T> {
15479     public:
15480         // ...
15481     };
15483     vector<int> vi;
15484     vector<string> vs;
15486 It is probably a dumb 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.
15488 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
15489 Similar for `vector<string>::sort()`.
15490 Unless those two functions are called that's code bloat.
15491 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
15493 ##### Note
15495 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
15496 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
15498 ##### Enforcement
15500 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
15502 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
15504 ##### Reason
15506 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
15508 ##### Example
15510 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
15512     void maul(Fruit* p)
15513     {
15514         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
15515         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[2]
15516     }
15518     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
15520     maul(aa);
15521     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
15522     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
15524 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
15525 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
15526 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
15527 Never write such code.
15529 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
15531 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
15533     void maul2(Fruit* p)
15534     {
15535         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
15536     }
15538     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
15540     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
15541     maul2(&va[0]);   // you asked for it
15543     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
15545 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
15547 ##### Enforcement
15549 * Detect this horror!
15551 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
15553 ##### Reason
15555  ???
15557 ##### Example
15559     ???
15561 ##### Enforcement
15565 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
15567 ##### Reason
15569 C++ does not support that.
15570 If it did, vtbls could not be generated until link time.
15571 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
15573 ##### Example, don't
15575     class Shape {
15576         // ...
15577         template<class T>
15578         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
15579     };
15581 ##### Note
15583 We need a rule because people keep asking about this
15585 ##### Alternative
15587 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
15589 ##### Enforcement
15591 The compiler handles that.
15593 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
15595 ##### Reason
15597 Improve stability of code.
15598 Avoid code bloat.
15600 ##### Example
15602 It could be a base class:
15604     struct Link_base {   // stable
15605         Link* suc;
15606         Link* pre;
15607     };
15609     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
15610     struct Link : Link_base {
15611         T val;
15612     };
15614     struct List_base {
15615         Link_base* first;   // first element (if any)
15616         int sz;             // number of elements
15617         void add_front(Link_base* p);
15618         // ...
15619     };
15621     template<typename T>
15622     class List : List_base {
15623     public:
15624         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
15625         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
15626         // ...
15627     };
15629     List<int> li;
15630     List<string> ls;
15632 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
15633 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
15635 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.
15637 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
15639 ##### Enforcement
15643 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
15647 ### <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
15649 ##### Reason
15651 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
15653 ##### Example
15655     ??? printf
15657 ##### Enforcement
15659 * Flag uses of `va_arg` in user code.
15661 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
15663 ##### Reason
15665  ???
15667 ##### Example
15669     ??? beware of move-only and reference arguments
15671 ##### Enforcement
15675 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
15677 ##### Reason
15679  ???
15681 ##### Example
15683     ??? forwarding, type checking, references
15685 ##### Enforcement
15689 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
15691 ##### Reason
15693 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
15695 ##### Example
15697     ???
15699 ##### Enforcement
15703 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
15705 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
15707 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
15708 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
15709 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
15711 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
15713 ##### Reason
15715 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
15716 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
15717 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
15718 For example, if you really need AST manipulation at compile time (e.g., for optional matrix operation folding) there may be no other way in C++.
15720 ##### Example, bad
15722     ???
15724 ##### Example, bad
15726     enable_if
15728 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
15730 ##### Example
15732     ??? good
15734 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
15736 ##### Note
15738 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
15740 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
15742 ##### Reason
15744 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
15745 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
15747 ##### Example
15749     template<typename Iter>
15750         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
15751     advance(Iter p, int n) { p += n; }
15753     template<typename Iter>
15754         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
15755     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15757 ##### Note
15759 Such code is much simpler using concepts:
15761     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
15763     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15765 ##### Enforcement
15769 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
15771 ##### Reason
15773 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
15775 ##### Note
15777 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15779 ##### Example
15781     ??? big object / small object optimization
15783 ##### Enforcement
15787 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
15789 ##### Reason
15791 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
15792 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
15794 ##### Note
15796 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15798 ##### Example
15800     template<typename T>
15801         // requires Number<T>
15802     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
15803     {
15804         T res = 1;
15805         while (n--) res *= v;
15806         return res;
15807     }
15809     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
15811 ##### Enforcement
15813 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
15815 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
15817 ##### Reason
15819 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
15821 ##### Example
15823     ???
15825 ##### Enforcement
15829 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
15831 ##### Reason
15833 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
15834 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
15836 ##### Example
15838     ???
15840 ##### Enforcement
15844 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
15846 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
15848 ##### Reason
15850 Documentation, readability, opportunity for reuse.
15852 ##### Example
15854     struct Rec {
15855         string name;
15856         string addr;
15857         int id;         // unique identifier
15858     };
15860     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
15861     {
15862         return a.id == b.id;
15863     }
15865     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
15867     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
15868         [&](Rec& r) {
15869             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
15870             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
15871                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
15872             return true;
15873         }
15874     );
15876 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
15878     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
15879     {
15880         if (a.size() != b.size()) return false;
15881         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
15882         return true;
15883     }
15885     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
15886         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
15887     );
15889 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
15891     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
15893     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
15894         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
15895     );
15897 ##### Note
15899 whether functions, lambdas, or operators.
15901 ##### Exception
15903 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
15904 * Lambdas as [initializers](#???)
15906 ##### Enforcement
15908 * (hard) flag similar lambdas
15909 * ???
15911 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
15913 ##### Reason
15915 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
15917 ##### Example
15919     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
15920                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
15923 ##### Exception
15925 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
15927 ##### Enforcement
15929 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
15931 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
15933 ##### Reason
15935 Improved readability.
15937 ##### Example
15939     ???
15941 ##### Enforcement
15945 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
15947 ##### Reason
15949 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
15951 ##### Example
15953 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
15955     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
15956         // ...
15957     }
15959     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
15960         // ...
15961     }
15963 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
15965 ##### Example
15967 Use the least-derived class that has the functionality you need.
15969     class Base {
15970     public:
15971         Bar f();
15972         Bar g();
15973     };
15975     class Derived1 : public Base {
15976     public:
15977         Bar h();
15978     };
15980     class Derived2 : public Base {
15981     public:
15982         Bar j();
15983     };
15985     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
15986     void my_func(Derived1& param)
15987     {
15988         use(param.f());
15989         use(param.g());
15990     }
15992     // good, uses only Base interface so only commit to that
15993     void my_func(Base& param)
15994     {
15995         use(param.f());
15996         use(param.g());
15997     }
15999 ##### Enforcement
16001 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
16002 * 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.
16003 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
16005 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
16007 ##### Reason
16009 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.
16011 ##### Example
16013     ???
16015 **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).
16017 ##### Enforcement
16019 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
16022 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
16024 ##### Reason
16026 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
16028 ###### Example
16030     class X {
16031         X() = delete;
16032         X(const X&) = default;
16033         X(X&&) = default;
16034         X& operator=(const X&) = default;
16035         // ...
16036     };
16038 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
16040     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
16041     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
16044 ###### Enforcement
16046 Not feasible.
16048 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
16050 C and C++ are closely related languages.
16051 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
16052 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
16054 C rule summary:
16056 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
16057 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
16058 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
16060 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
16062 ##### Reason
16064 C++ provides better type checking and more notational support.
16065 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
16067 ##### Example
16069     char ch = 7;
16070     void* pv = &ch;
16071     int* pi = pv;   // not C++
16072     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
16074 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
16075 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
16077 ##### Enforcement
16079 Use a C++ compiler.
16081 ### <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++
16083 ##### Reason
16085 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
16087 ##### Example
16089     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
16090     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
16091     int* p3 = new int[10];                                   // not C
16092     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
16094 ##### Enforcement
16096 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
16098   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
16100 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
16102 ##### Reason
16104 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
16106 ##### Example
16108 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.
16109 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.
16111 ##### Example
16113 You can call C from C++:
16115     // in C:
16116     double sqrt(double);
16118     // in C++:
16119     extern "C" double sqrt(double);
16121     sqrt(2);
16123 ##### Example
16125 You can call C++ from C:
16127     // in C:
16128     X call_f(struct Y*, int);
16130     // in C++:
16131     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
16132     {
16133         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
16134     }
16136 ##### Enforcement
16138 None needed
16140 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
16142 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
16143 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
16145 Source file rule summary:
16147 * [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)
16148 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
16149 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
16150 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
16151 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
16152 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
16153 * [SF.7: Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive)
16154 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
16155 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
16157 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
16158 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
16159 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
16161 ### <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
16163 ##### Reason
16165 It's a longstanding convention.
16166 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
16168 ##### Note
16170 This convention reflects a common use pattern:
16171 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
16172 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.
16173 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
16174 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
16176 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
16177 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
16178 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
16179 even though the actual extension may be different.
16181 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffices.
16183 ##### Example
16185     // foo.h:
16186     extern int a;   // a declaration
16187     extern void foo();
16189     // foo.cpp:
16190     int a;   // a definition
16191     void foo() { ++a; }
16193 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
16195 ##### Example, bad
16197     // foo.h:
16198     int a;   // a definition
16199     void foo() { ++a; }
16201 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
16203 ##### Enforcement
16205 * Flag non-conventional file names.
16206 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
16208 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
16210 ##### Reason
16212 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
16214 ##### Example
16216     // file.h:
16217     namespace Foo {
16218         int x = 7;
16219         int xx() { return x+x; }
16220     }
16222     // file1.cpp:
16223     #include<file.h>
16224     // ... more ...
16226      // file2.cpp:
16227     #include<file.h>
16228     // ... more ...
16230 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
16232 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
16234 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
16235 * templates
16236 * class definitions
16237 * function declarations
16238 * `extern` declarations
16239 * `inline` function definitions
16240 * `constexpr` definitions
16241 * `const` definitions
16242 * `using` alias definitions
16243 * ???
16245 ##### Enforcement
16247 Check the positive list above.
16249 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
16251 ##### Reason
16253 Maintainability. Readability.
16255 ##### Example, bad
16257     // bar.cpp:
16258     void bar() { cout << "bar\n"; }
16260     // foo.cpp:
16261     extern void bar();
16262     void foo() { bar(); }
16264 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
16265 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
16267 ##### Enforcement
16269 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
16271 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
16273 ##### Reason
16275 Minimize context dependencies and increase readability.
16277 ##### Example
16279     #include<vector>
16280     #include<algorithm>
16281     #include<string>
16283     // ... my code here ...
16285 ##### Example, bad
16287     #include<vector>
16289     // ... my code here ...
16291     #include<algorithm>
16292     #include<string>
16294 ##### Note
16296 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
16298 ##### Note
16300 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
16301 (as in the example labeled "bad").
16302 However
16304 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
16305 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
16306 * full protection and flexibility require [modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf).
16307 [See also](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf).
16310 ##### Enforcement
16312 Easy.
16314 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
16316 ##### Reason
16318 This enables the compiler to do an early consistency check.
16320 ##### Example, bad
16322     // foo.h:
16323     void foo(int);
16324     int bar(long);
16325     int foobar(int);
16327     // foo.cpp:
16328     void foo(int) { /* ... */ }
16329     int bar(double) { /* ... */ }
16330     double foobar(int);
16332 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
16334 ##### Example
16336     // foo.h:
16337     void foo(int);
16338     int bar(long);
16339     int foobar(int);
16341     // foo.cpp:
16342     #include<foo.h>
16344     void foo(int) { /* ... */ }
16345     int bar(double) { /* ... */ }
16346     double foobar(int);   // error: wrong return type
16348 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
16349 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.
16351 ##### Enforcement
16355 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
16357 ##### Reason
16359  ???
16361 ##### Example
16363     ???
16365 ##### Enforcement
16369 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` in a header file
16371 ##### Reason
16373 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
16375 ##### Example
16377     // bad.h
16378     #include <iostream>
16379     using namespace std; // bad
16381     // user.cpp
16382     #include "bad.h"
16383     
16384     bool copy( /*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
16386     int main() {
16387         copy( /*...*/ );    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
16388     }
16390 ##### Enforcement
16392 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
16394 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
16396 ##### Reason
16398 To avoid files being `#include`d several times.
16400 ##### Example
16402     // file foobar.h:
16403     #ifndef FOOBAR_H
16404     #define FOOBAR_H
16405     // ... declarations ...
16406     #endif // FOOBAR_H
16408 ##### Enforcement
16410 Flag `.h` files without `#include` guards.
16412 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
16414 ##### Reason
16416 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
16417 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
16419 ##### Note
16421 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
16423 ##### Example, bad
16425     // file1.h:
16426     #include "file2.h"
16428     // file2.h:
16429     #include "file3.h"
16431     // file3.h:
16432     #include "file1.h"
16434 ##### Enforcement
16436 Flag all cycles.
16438 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
16440 ##### Reason
16442  ???
16444 ##### Example
16446     ???
16448 ##### Enforcement
16452 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
16454 ##### Reason
16456 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
16458 ##### Example
16460     ???
16462 ##### Enforcement
16464 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
16466 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
16468 ##### Reason
16470 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
16471 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
16473 ##### Example
16475 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.
16477     ???
16479 ##### Enforcement
16481 * ???
16483 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
16485 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
16486 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
16488 The standard library has steadily grown over the years.
16489 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
16490 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
16492 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
16494 C++ Standard library component summary:
16496 * [SL.con: Containers](#SS-con)
16497 * [SL.str: String](#SS-string)
16498 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
16499 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
16500 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
16501 * [SL.C: The C standard library](#SS-clib)
16503 Standard-library rule summary:
16505 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
16506 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
16507 * ???
16509 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
16511 ##### Reason
16513 Save time. Don't re-invent the wheel.
16514 Don't replicate the work of others.
16515 Benefit from other people's work when they make improvements.
16516 Help other people when you make improvements.
16518 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
16520 ##### Reason
16522 More people know the standard library.
16523 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
16525 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
16529 Container rule summary:
16531 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
16532 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
16533 *  ???
16535 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
16537 ##### Reason
16539 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
16540 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.
16541 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
16542 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
16544 ##### Example
16546     int v[SIZE];                        // BAD
16548     std::array<int, SIZE> w;             // ok
16550 ##### Example
16552     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
16553     delete[] v;                         // BAD, manual delete
16555     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
16557 ##### Enforcement
16559 * 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`.
16561 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
16563 ##### Reason
16565 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly), the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly), and the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
16566 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`.
16568 Even when other containers seem more suited, such a `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.
16570 ##### Note
16572 `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.
16574 ##### Exceptions
16576 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
16578 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
16580 * 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.
16582 ##### Enforcement
16584 * 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.
16586 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
16590 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
16594 Iostream rule summary:
16596 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
16597 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
16598 * [???](#???)
16599 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
16600 * [???](#???)
16602 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
16606 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
16610 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
16612 ### Reason
16614 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
16615 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
16616 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
16618 ##### Example
16620     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
16621     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
16623 ##### Note
16625 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
16626 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
16628 ##### Note
16630 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
16631 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
16633 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
16637 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
16641 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C standard library
16645 C standard library rule summary:
16647 * [???](#???)
16648 * [???](#???)
16649 * [???](#???)
16652 # <a name="S-A"></a>A: Architectural Ideas
16654 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
16656 Architectural rule summary:
16658 * [A.1 Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
16659 * [A.2 Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
16660 * [A.4 There should be no cycles among libraries](#?Ra-dag)
16661 * [???](#???)
16662 * [???](#???)
16663 * [???](#???)
16664 * [???](#???)
16665 * [???](#???)
16666 * [???](#???)
16668 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1 Separate stable from less stable part of code
16672 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2 Express potentially reusable parts as a library
16674 ##### Reason
16676 ##### Note
16678 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
16679 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
16680 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#included`
16683 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4 There should be no cycles among libraries
16685 ##### Reason
16687 * A cycle implies complication of the build process.
16688 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
16690 ##### Note
16692 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
16693 For example:
16695     ???
16697 However, a library should not depend on another that depends on it.
16700 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
16702 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
16703 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
16704 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
16706 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
16707 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
16708 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
16709 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
16710 (e.g., C or Java).
16712 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
16714 Non-rule summary:
16716 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
16717 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
16718 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
16719 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
16720 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
16721 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
16722 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
16723 * ???
16725 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
16727 ##### Reason (not to follow this rule)
16729 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
16730 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
16732 ##### Example, bad
16734     ???
16736 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
16737 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
16740 ##### Alternative
16742 * [Always initialize an object](#Res-always)
16743 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
16745 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
16747 ##### Reason (not to follow this rule)
16749 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
16750 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
16752 ##### Example
16754     template<class T>
16755     //  requires Number<T>
16756     string sign(T x)
16757     {
16758         if (x < 0)
16759             return "negative";
16760         else if (x > 0)
16761             return "positive";
16762         return "zero";
16763     }
16765 to use a single return only we would have to do something like
16767     template<class T>
16768     //  requires Number<T>
16769     string sign(T x)        // bad
16770     {
16771         string res;
16772         if (x < 0)
16773             res = "negative";
16774         else if (x > 0)
16775             res = "positive";
16776         else
16777             res = "zero";
16778         return res;
16779     }
16781 This is both longer and likely to be less efficient.
16782 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
16783 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
16785 ##### Example
16787     int index(const char* p)
16788     {
16789         if (p == nullptr) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
16790         // ... do a lookup to find the index for p
16791         return i;
16792     }
16794 If we applied the rule, we'd get something like
16796     int index2(const char* p)
16797     {
16798         int i;
16799         if (p == nullptr)
16800             i = -1;  // error indicator
16801         else {
16802             // ... do a lookup to find the index for p
16803         }
16804         return i;
16805     }
16807 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
16808 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
16810 ##### Alternative
16812 * Keep functions short and simple
16813 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
16815 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
16817 ##### Reason (not to follow this rule)
16819 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
16821 * exceptions are inefficient
16822 * exceptions lead to leaks and errors
16823 * exception performance is not predictable
16825 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
16826 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
16827 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
16828 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
16830 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
16831 and in the context of these guidelines.
16832 Simple arguments for and against are often inconclusive.
16833 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
16834 (e.g., hard-real time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
16836 Consider the major objections to exceptions in turn
16838 * Exceptions are inefficient:
16839 Compared to what?
16840 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
16841 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
16842 that carefully cleans up resources before logging an error.
16843 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
16844 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
16845 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
16846 insight into the problem under discussion.
16847 * Exceptions lead to leaks and errors.
16848 They do not.
16849 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
16850 you have a problem whatever you do.
16851 If your system consists of a million lines of such code,
16852 you probably will not be able to use exceptions,
16853 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
16854 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
16855 * Exception performance is not predictable
16856 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
16857 you need tools to back up such guarantees.
16858 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
16860 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
16862 The fundamental arguments for the use of exceptions are
16864 * They clearly separates error return from ordinary return
16865 * They cannot be forgotten or ignored
16866 * They can be used systematically
16868 Remember
16870 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
16871 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
16872 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
16873 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
16875 ##### Example
16877     ???
16879 ##### Alternative
16881 * [RAII](#Re-raii)
16882 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
16884 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
16886 ##### Reason (not to follow this rule)
16888 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
16889 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
16891 ##### Example
16893     ???
16895 ##### Alternative
16897 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
16899 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
16901 ##### Reason (not to follow this rule)
16903 Following this rule leads to weaker invariants,
16904 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
16905 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
16907 ##### Example
16909     ???
16911 ##### Alternative
16913 * Always establish a class invariant in a constructor.
16914 * Don't define an object before it is needed.
16916 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
16918 ##### Reason (not to follow this rule)
16920 `goto` is error-prone.
16921 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
16923 ##### Example, bad
16925     void do_something(int n)
16926     {
16927         if (n < 100) goto exit;
16928         // ...
16929         int* p = (int*) malloc(n);
16930         // ...
16931         if (some_ error) goto_exit;
16932         // ...
16933     exit:
16934         free(p);
16935     }
16937 and spot the bug.
16939 ##### Alternative
16941 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
16942 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
16944 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
16946 ##### Reason (not to follow this rule)
16948 `protected` data is a source of errors.
16949 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
16950 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
16952 ##### Example
16954     ???
16956 ##### Alternative
16958 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
16961 # <a name="S-references"></a>RF: References
16963 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
16964 Many
16966 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
16967 * are written by C++ novices
16968 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
16969 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
16970 * are written to preserve decades old code bases
16971 * aim at a single application domain
16972 * are downright counterproductive
16973 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
16975 A bad coding standard is worse than no coding standard.
16976 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
16978 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
16979 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.
16980 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
16981 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
16983 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
16984 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
16985 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
16987 Reference sections:
16989 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
16990 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
16991 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
16992 * [RF.web: Websites](#SS-web)
16993 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
16994 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
16996 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
16998 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
16999   ???.
17000 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
17001   Has a strong emphasis on code organization and layout.
17002 * Facebook: ???
17003 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
17004   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
17005 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
17006   Geared toward C++03 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.
17007 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
17008   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
17009   For flight control software.
17010   For hard real time.
17011   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
17012   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
17013   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
17014   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
17015   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
17016   Recommended, but note its very specific focus.
17017 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
17018   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
17019   As such, it is restrictive.
17020 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
17021   ???.
17022 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
17023   ???.
17024 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
17025   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
17026   Many of their rules apply generally.
17027 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
17028 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
17029   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
17030 * ???
17032 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
17034 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
17035 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
17036 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
17037 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
17038 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
17039 * [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.
17040 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
17041   LCSD05. October 2005.
17042 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
17043   Addison Wesley 2014.
17044   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17045 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
17046   Addison Wesley 2013.
17047   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17048 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
17049   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
17050   Mostly low-level naming and layout rules.
17051   Primarily a teaching tool.
17053 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
17055 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
17056 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17057 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
17058 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17059 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
17060 A textbook for beginners and relative novices.
17062 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
17064 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
17065 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
17066 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
17067 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
17068 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
17069 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
17070 * Sutter's Mill?
17071 * ???
17073 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
17075 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
17076 * 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
17077 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
17078 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
17079 * Sutter: ???
17080 * CppCon 15
17081 * ??? C++ Next
17082 * ??? Meting C++
17083 * ??? more ???
17085 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
17087 * ISO C++ Standard C++11.
17088 * ISO C++ Standard C++14.
17089 * [ISO C++ Standard C++17 CD](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
17090 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
17091 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17092 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
17094 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
17096 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
17098 * Peter Juhl
17099 * Neil MacIntosh
17100 * Axel Naumann
17101 * Andrew Pardoe
17102 * Gabriel Dos Reis
17103 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
17104 * Sergey Zubkov
17106 and see the contributor list on the github.
17108 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
17110 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee. "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be). "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on enforcement tools giving the same answer for the same code.
17112 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile. Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile. Conforming code will not be the root cause of errors for that property, although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment. A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
17114 Profiles summary:
17116 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
17117 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
17118 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
17120 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
17121 Candidates include:
17123 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
17124 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
17125 * selected undefined behavior: ??? start with Gaby's UB list
17126 * selected unspecified behavior: ??? a portability concern?
17127 * `const` violations
17129 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
17131     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n-1]
17132     {
17133         // ...
17134     }
17136 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
17137 Obviously, suppression should be very rare.
17139 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type safety profile
17141 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
17142 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
17144 For the purposes of this section,
17145 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.
17146 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
17147 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
17149 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17151 Type safety profile summary:
17153 * [Type.1: Don't use `reinterpret_cast`](#Pro-type-reinterpretcast)
17154 * [Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead](#Pro-type-downcast)
17155 * [Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all)](#Pro-type-constcast)
17156 * [Type.4: Don't use C-style `(T)expression` casts that would perform a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`](#Pro-type-cstylecast)
17157 * [Type.5: Don't use a variable before it has been initialized](#Pro-type-init)
17158 * [Type.6: Always initialize a member variable](#Pro-type-memberinit)
17160 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
17162 ##### Reason
17164 Use of these 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`.
17166 ##### Example, bad
17168     std::string s = "hello world";
17169     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
17171 ##### Enforcement
17173 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
17175 ### <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
17177 ##### Reason
17179 Use of these 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`.
17181 ##### Example, bad
17183     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17185     class Derived1 : public Base { };
17187     class Derived2 : public Base {
17188         std::string s;
17189     public:
17190         std::string get_s() { return s; }
17191     };
17193     Derived1 d1;
17194     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17196     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17197     Derived2* p2 = static_cast<Derived2*>(p1);
17198     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17199     cout << p2->get_s();
17201 ##### Example, bad
17203     struct Foo { int a, b; };
17204     struct Foobar : Foo { int bar; };
17206     void use(int i, Foo& x)
17207     {
17208         if (0 < i) {
17209             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
17210             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
17211             // ...
17212         }
17213         // ...
17214     }
17216     // ...
17218     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
17220 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
17221 It is entirely unsafe.
17222 Look for a better design.
17223 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
17225 ##### Enforcement
17227 Issue a diagnostic for any use of `static_cast` to downcast, meaning to cast from a pointer or reference to `X` to a pointer or reference to a type that is not `X` or an accessible base of `X`. To fix: If this is a downcast or cross-cast then use a `dynamic_cast` instead, otherwise consider using a `variant` instead.
17229 ### <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
17231 ##### Reason
17233 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
17235 ##### Example, bad
17237     void f(const int& i)
17238     {
17239         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
17240     }
17242     static int i = 0;
17243     static const int j = 0;
17245     f(i); // silent side effect
17246     f(j); // undefined behavior
17248 ##### Example
17250 Sometimes you may 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:
17252     class Bar;
17254     class Foo {
17255     public:
17256         // BAD, duplicates logic
17257         Bar& get_bar() {
17258             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
17259         }
17261         const Bar& get_bar() const {
17262             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
17263         }
17264     private:
17265         Bar my_bar;
17266     };
17268 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`:
17270     class Foo {
17271     public:
17272         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
17273         Bar& get_bar() {
17274             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
17275         }
17276         const Bar& get_bar() const {
17277             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
17278         }
17279     private:
17280         Bar my_bar;
17281     };
17283 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.
17285 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:
17287     class Foo {
17288     public:                         // good
17289               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
17290         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
17291     private:
17292         Bar my_bar;
17294         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
17295         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
17296             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
17297     };
17299 ##### Exception
17301 You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions. Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
17303 ##### Enforcement
17305 Issue a diagnostic for any use of `const_cast`. To fix: Either don't use the variable in a non-`const` way, or don't make it `const`.
17307 ### <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` casts that would perform a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`.
17309 ##### Reason
17311 Use of these 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`.
17312 Note that a C-style `(T)expression` cast means to perform the first of the following that is possible: a `const_cast`, a `static_cast`, a `static_cast` followed by a `const_cast`, a `reinterpret_cast`, or a `reinterpret_cast` followed by a `const_cast`. This rule bans `(T)expression` only when used to perform an unsafe cast.
17314 ##### Example, bad
17316     std::string s = "hello world";
17317     double* p0 = (double*)(&s); // BAD
17319     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17321     class Derived1 : public Base { };
17323     class Derived2 : public Base {
17324         std::string s;
17325     public:
17326         std::string get_s() { return s; }
17327     };
17329     Derived1 d1;
17330     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17332     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17333     Derived2* p2 = (Derived2*)(p1);
17334     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17335     cout << p2->get_s();
17337     void f(const int& i) {
17338         (int&)(i) = 42;   // BAD
17339     }
17341     static int i = 0;
17342     static const int j = 0;
17344     f(i); // silent side effect
17345     f(j); // undefined behavior
17347 ##### Enforcement
17349 Issue a diagnostic for any use of a C-style `(T)expression` cast that would invoke a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`. To fix: Use a `dynamic_cast`, `const`-correct declaration, or `variant`, respectively.
17351 ### <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
17353 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
17355 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable.
17357 ##### Reason
17359 Before a variable has been initialized, it does not contain a deterministic valid value of its type. It could contain any arbitrary bit pattern, which could be different on each call.
17361 ##### Example
17363     struct X { int i; };
17365     X x;
17366     use(x); // BAD, x has not been initialized
17368     X x2{}; // GOOD
17369     use(x2);
17371 ##### Enforcement
17373 * Issue a diagnostic for any constructor of a non-trivially-constructible type that does not initialize all member variables. To fix: Write a data member initializer, or mention it in the member initializer list.
17374 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
17376 ### <a name="Pro-type-unions"></a>Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
17378 ##### Reason
17380 Reading from a union member assumes that member was the last one written, and writing to a union member assumes another member with a nontrivial destructor had its destructor called. 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.
17382 ##### Example
17384     union U { int i; double d; };
17386     U u;
17387     u.i = 42;
17388     use(u.d); // BAD, undefined
17390     variant<int, double> u;
17391     u = 42; // u now contains int
17392     use(u.get<int>()); // ok
17393     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
17395 Note that just copying a union is not type-unsafe, so safe code can pass a union from one piece of unsafe code to another.
17397 ##### Enforcement
17399 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
17401 ### <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
17403 ##### Reason
17405 Reading from a vararg assumes that the correct type was actually passed. Passing to varargs assumes the correct type will be read. 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.
17407 ##### Example
17409     int sum(...) {
17410         // ...
17411         while (/*...*/)
17412             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
17413         // ...
17414     }
17416     sum(3, 2); // ok
17417     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
17419     template<class ...Args>
17420     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
17421         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
17422     }
17424     sum(3, 2); // ok: 5
17425     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
17427 Note: 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.
17429 ##### Enforcement
17431 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
17432 * 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)]]`.
17434 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
17436 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory. It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing. One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
17438 For the purposes of this document, bounds-safety is defined to be the property that a program does not use a variable to access memory outside of the range that was allocated and assigned to that variable. (Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime), which cover other unsafe operations that allow bounds violations, such as type-unsafe casts that 'widen' pointers.)
17440 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
17442 * ???
17444 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17446 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead.
17448 ##### Reason
17450 Pointers should only refer to single objects, and pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
17452 ##### Example, bad
17454     void f(int* p, int count)
17455     {
17456         if (count < 2) return;
17458         int* q = p + 1; // BAD
17460         ptrdiff_t d;
17461         int n;
17462         d = (p - &n); // OK
17463         d = (q - p); // OK
17465         int n = *p++; // BAD
17467         if (count < 6) return;
17469         p[4] = 1; // BAD
17471         p[count - 1] = 2; // BAD
17473         use(&p[0], 3); // BAD
17474     }
17476 ##### Example, good
17478     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
17479     {
17480         if (a.length() < 2) return;
17482         int n = *a++; // OK
17484         span<int> q = a + 1; // OK
17486         if (a.length() < 6) return;
17488         a[4] = 1; // OK
17490         a[count - 1] = 2; // OK
17492         use(a.data(), 3); // OK
17493     }
17495 ##### Enforcement
17497 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
17499 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
17501 ##### Reason
17503 Dynamic accesses into arrays are difficult for both tools and humans to validate as safe. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data. `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked. If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
17505 ##### Example, bad
17507     void f(array<int, 10> a, int pos)
17508     {
17509         a[pos / 2] = 1; // BAD
17510         a[pos - 1] = 2; // BAD
17511         a[-1] = 3;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17512         a[10] = 4;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17513     }
17515 ##### Example, good
17517     // ALTERNATIVE A: Use a span
17519     // A1: Change parameter type to use span
17520     void f1(span<int, 10> a, int pos)
17521     {
17522         a[pos / 2] = 1; // OK
17523         a[pos - 1] = 2; // OK
17524     }
17526     // A2: Add local span and use that
17527     void f2(array<int, 10> arr, int pos)
17528     {
17529         span<int> a = {arr, pos}
17530         a[pos / 2] = 1; // OK
17531         a[pos - 1] = 2; // OK
17532     }
17534     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17535     void f3(array<int, 10> a, int pos)
17536     {
17537         at(a, pos / 2) = 1; // OK
17538         at(a, pos - 1) = 2; // OK
17539     }
17541 ##### Example, bad
17543     void f()
17544     {
17545         int arr[COUNT];
17546         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17547             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
17548     }
17550 ##### Example, good
17552     // ALTERNATIVE A: Use a span
17553     void f1()
17554     {
17555         int arr[COUNT];
17556         span<int> av = arr;
17557         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17558             av[i] = i;
17559     }
17561     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17562     void f2()
17563     {
17564         int arr[COUNT];
17565         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17566             at(arr, i) = i;
17567     }
17569 ##### Enforcement
17571 Issue a diagnostic for 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.
17573 Issue a diagnostic for any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a value between `0` or and the upper bound of the array.
17575 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
17577     static int a[10];
17579     void f(int i, int j)
17580     {
17581         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
17582         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
17583     }
17585 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay.
17587 ##### Reason
17589 Pointers should not be used as arrays. `span` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
17591 ##### Example, bad
17593     void g(int* p, size_t length);
17595     void f()
17596     {
17597         int a[5];
17598         g(a, 5);        // BAD
17599         g(&a[0], 1);    // OK
17600     }
17602 ##### Example, good
17604     void g(int* p, size_t length);
17605     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
17607     void f()
17608     {
17609         int a[5];
17610         span<int> av = a;
17612         g(av.data(), av.length());   // OK, if you have no choice
17613         g1(a);                       // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
17614     }
17616 ##### Enforcement
17618 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
17620 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
17622 ##### Reason
17624 These functions all have bounds-safe overloads that take `span`. 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()`.
17626 ##### Example, bad
17628     void f()
17629     {
17630         array<int, 10> a, b;
17631         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17632         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17633     }
17635 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
17637 ##### Example, good
17639     void f()
17640     {
17641         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
17642         a.fill(0);
17643         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
17644         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
17646         if ( a == b ) {
17647           // ...
17648         }
17649     }
17651 ##### Example
17653 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.
17655     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
17656     {
17657         v[0] = a[0];        // BAD
17658         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
17659         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
17661         v.at(0) = a[i];     // BAD
17662         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
17663         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
17664     }
17666 ##### Enforcement
17668 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
17670 **TODO Notes**:
17672 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
17673 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
17674 * 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).
17676 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
17680 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
17682 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
17683 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
17685 The Core Guidelines support library is defined in namespace `gsl` and the names may 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.
17687 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
17688 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
17689 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
17691 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
17692 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
17694 Summary of GSL components:
17696 * [GSL.view: Views](#SS-views)
17697 * [GSL.owner](#SS-ownership)
17698 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
17699 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
17700 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
17702 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
17704 We rely on the ISO C++ standard library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
17706 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
17708 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.
17710 These "views" are never owners.
17712 References are never owners.
17714 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
17716 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
17717 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
17719 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.
17720 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
17722 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
17723 * `owner<T&>`   // a `T&` that owns the object pointed/referred to.
17725 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
17726 Reasons for that include:
17728 * Cost of conversion.
17729 * The pointer is used with an ABI.
17730 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
17732 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
17734 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
17736 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
17738 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
17739   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
17741 * `span<T>`       // `[`p`:`p+n`)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
17742 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` \[`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
17743 * `string_span`   // `span<char>`
17744 * `cstring_span`  // `span<const char>`
17746 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
17748 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
17749 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`.
17751 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
17752 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
17754 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.
17755 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
17756 French accent optional.
17758 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?
17760 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
17762 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
17763 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
17764 * `stack_array<T>`    // A stack-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter. The elements are mutable unless `T` is a `const` type.
17765 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
17766   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
17768 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
17770 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
17771                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
17772                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
17773 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
17775 These assertions is currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
17776 pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
17777 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
17778 for example, `Expects(p!=nullptr)` will become `[[expects: p!=nullptr]]`.
17780 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
17782 * `finally`       // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
17783 * `narrow_cast`   // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
17784 * `narrow`        // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
17785 * `[[implicit]]`  // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
17786 * `move_owner`    // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
17788 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
17790 These concepts (type predicates) are borrowed from
17791 Andrew Sutton's Origin library,
17792 the Range proposal,
17793 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
17794 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
17795 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17796 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
17798 * `Range`
17799 * `String`   // ???
17800 * `Number`   // ???
17801 * `Sortable`
17802 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
17803 * `Unique_ptr`  // A type that matches `Pointer`, has move (not copy), and matches the Lifetime profile criteria for a `unique` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
17804 * `Shared_ptr`   // A type that matches `Pointer`, has copy, and matches the Lifetime profile criteria for a `shared` owner type; see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
17805 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
17806 * `Convertible`
17807 * `Common`
17808 * `Boolean`
17809 * `Integral`
17810 * `SignedIntegral`
17811 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
17812 * `Regular`
17813 * `TotallyOrdered`
17814 * `Function`
17815 * `RegularFunction`
17816 * `Predicate`
17817 * `Relation`
17818 * ...
17820 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>Smart pointer concepts
17822 Described in [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
17824 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
17826 Consistent naming and layout are helpful.
17827 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
17828 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
17829 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
17830 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.
17831 IDEs and tools can help (as well as hinder).
17833 Naming and layout rules:
17835 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
17836 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
17837 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
17838 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
17839 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
17840 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
17841 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
17842 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
17843 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
17844 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
17845 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
17846 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
17847 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
17848 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
17849 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
17850 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
17851 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
17852 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
17854 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
17855 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
17856 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
17858 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.
17859 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
17860 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
17862 More specific and detailed rules are easier to enforce.
17864 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
17865 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
17867 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
17869 ##### Reason
17871 Compilers do not read comments.
17872 Comments are less precise than code.
17873 Comments are not updated as consistently as code.
17875 ##### Example, bad
17877     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
17879 ##### Enforcement
17881 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
17883 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
17885 ##### Reason
17887 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
17889 ##### Example
17891     void stable_sort(Sortable& c)
17892         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
17893         // their original relative order
17894     {
17895         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
17896     }
17898 ##### Note
17900 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
17902 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
17904 ##### Reason
17906 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
17908 ##### Note
17910 Use intelligible English.
17911 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
17912 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
17913 Aim for professionalism, not "cool."
17915 ##### Enforcement
17917 not possible.
17919 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
17921 ##### Reason
17923 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
17925 ##### Example, bad
17927     int i;
17928     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
17929     if (i == j)
17930         return i;
17932 ##### Note
17934 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
17936     if (i < 0) error("negative argument");
17938     if (i < 0)
17939         error("negative argument");
17941 ##### Enforcement
17943 Use a tool.
17945 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5 Don't encode type information in names
17947 ##### Rationale
17949 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
17950 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
17951 Minimize unintentional conversions.
17953 ##### Example, bad
17955     void print_int(int i);
17956     void print_string(const char*);
17958     print_int(1);   // OK
17959     print_int(x);   // conversion to int if x is a double
17961 ##### Note
17963 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
17965     printS  // print a std::string
17966     prints  // print a C-style string
17967     printi  // print an int
17969 PS. Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
17971 ##### Note
17973 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
17975     struct S {
17976         int m_;
17977         S(int m) :m_{abs(m)} { }
17978     };
17980 This is not evil.
17982 ##### Note
17984 Like C++, some styles distinguishes types from non-types.
17985 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
17987     typename<typename T>
17988     class Hash_tbl {   // maps string to T
17989         // ...
17990     };
17992     Hash_tbl<int> index;
17994 This is not evil.
17996 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
17998 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
18000 ##### Example
18002     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
18004     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
18006     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
18008     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
18010     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
18012 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
18014 ##### Enforcement
18018 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
18020 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
18022 ##### Note
18024 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
18025 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
18027 ##### Example
18029 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
18031 * `int`
18032 * `vector`
18033 * `my_map`
18035 Avoid double underscores `__`.
18037 ##### Example
18039 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18040 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18042 * `int`
18043 * `vector`
18044 * `My_map`
18046 ##### Example
18048 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
18050 * `int`
18051 * `vector`
18052 * `MyMap`
18053 * `myMap`
18055 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
18057 ##### Note
18059 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
18061     int mtbf {12};
18062     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
18064 ##### Enforcement
18066 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
18068 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
18070 ##### Reason
18072 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
18074 ##### Example
18076     void f()
18077     {
18078         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
18079         int v[SIZE];
18080     }
18082 ##### Note
18084 This rule applies to non-macro symbolic constants:
18086     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
18088 ##### Enforcement
18090 * Flag macros with lower-case letters
18091 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
18093 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Avoid CamelCase
18095 ##### Reason
18097 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
18098 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
18100 ##### Note
18102 This rule is a default to use only if you have a choice.
18103 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
18104 The need for consistency beats personal taste.
18106 ##### Example
18108 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18109 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18111 * `int`
18112 * `vector`
18113 * `My_map`
18115 ##### Enforcement
18117 Impossible.
18119 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
18121 ##### Reason
18123 Too much space makes the text larger and distracts.
18125 ##### Example, bad
18127     #include < map >
18129     int main(int argc, char * argv [ ])
18130     {
18131         // ...
18132     }
18134 ##### Example
18136     #include<map>
18138     int main(int argc, char* argv[])
18139     {
18140         // ...
18141     }
18143 ##### Note
18145 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
18147 ##### Note
18149 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
18151 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
18153 ##### Reason
18155 A conventional order of members improves readability.
18157 When declaring a class use the following order
18159 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
18160 * constructors, assignments, destructor
18161 * functions
18162 * data
18164 Use the `public` before `protected` before `private` order.
18166 Private types and functions can be placed with private data.
18168 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
18170 ##### Example
18172     class X {
18173     public:
18174         // interface
18175     protected:
18176         // unchecked function for use by derived class implementations
18177     private:
18178         // implementation details
18179     };
18181 ##### Note
18183 The use of macros to declare groups of members often violates any ordering rules.
18184 However, macros obscures what is being expressed anyway.
18186 ##### Enforcement
18188 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
18190 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
18192 ##### Reason
18194 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
18196 ##### Note
18198 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
18200 ##### Example
18202     struct Cable {
18203         int x;
18204         // ...
18205     };
18207     double foo(int x)
18208     {
18209         if (0 < x) {
18210             // ...
18211         }
18213         switch (x) {
18214             case 0:
18215                 // ...
18216                 break;
18217             case amazing:
18218                 // ...
18219                 break;
18220             default:
18221                 // ...
18222                 break;
18223         }
18225         if (0 < x)
18226             ++x;
18228         if (x < 0)
18229             something();
18230         else
18231             something_else();
18233         return some_value;
18234     }
18236 Note the space between `if` and `(`
18238 ##### Note
18240 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
18242 ##### Note
18244 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
18246 ##### Note
18248 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
18250 ##### Note
18252 Do not capitalize function names.
18254 ##### Enforcement
18256 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
18258 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
18260 ##### Reason
18262 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
18263 The use in expressions argument doesn't hold for references.
18265 ##### Example
18267     T& operator[](size_t);   // OK
18268     T &operator[](size_t);   // just strange
18269     T & operator[](size_t);   // undecided
18271 ##### Enforcement
18273 Impossible in the face of history.
18276 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
18278 ##### Reason
18280 Readability.
18281 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
18282 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
18284 ##### Example
18286     int oO01lL = 6; // bad
18288     int splunk = 7;
18289     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
18291 ##### Enforcement
18295 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
18297 ##### Reason
18299 Readability.
18300 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
18302 ##### Example
18304     int x = 7; char* p = 29;    // don't
18305     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
18307 ##### Enforcement
18309 Easy.
18311 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
18313 ##### Reason
18315 Readability.
18316 Minimizing confusion with the declarator syntax.
18318 ##### Note
18320 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
18323 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
18325 ##### Reason
18327 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
18329 ##### Example
18331     void f(void);   // bad
18333     void g();       // better
18335 ##### Note
18337 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
18338 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
18340     int f();
18341     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
18343 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
18345 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
18347 ##### Reason
18349 Conventional notation is more familiar to more programmers.
18350 Consistency in large code bases.
18352 ##### Example
18354     const int x = 7;    // OK
18355     int const y = 9;    // bad
18357     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
18358     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
18360 ##### Note
18362 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
18363 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
18365 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
18367 ##### Enforcement
18369 Flag `const` used as a suffix for a type.
18371 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
18373 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
18375 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
18377 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 (as of this writing, C++14). 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.
18379 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
18381 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).
18383 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
18385 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!"
18387 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
18389 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
18391 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
18393 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!
18395 ### <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?
18397 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.
18399 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
18401 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.
18403 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
18405 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 (and, if you have an implementation available, the Concepts Lite Technical Specification) and write code assuming you have a modern conforming compiler.
18407 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
18409 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 + the Concepts Lite Technical Specification, and they limit themselves to recommending only those features.
18411 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
18413 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
18415 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
18417 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
18418 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
18420 Avoid other HTML tags and other extensions.
18422 Note: We are not yet consistent with this style.
18424 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
18426 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.
18428 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
18430 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.
18432 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
18434 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.
18436 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
18438 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.
18440 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
18442 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.
18444 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a>FAQ.55: If you're using the standard types where available, why is the GSL `string_span` 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`?
18446 The consensus on the taxonomy of views for the C++ standard library was that "view" means "read-only", and "span" means "read/write". The read-only `string_view` was the first such component to complete the standardization process, while `span` and `string_span` are currently being considered for standardization.
18448 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
18450 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.
18452 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
18454 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.
18456 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
18458 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.
18460 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
18462 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
18464 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
18466 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
18468 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
18470 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
18472 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
18474 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
18476 Ideally, we follow all rules in all code.
18477 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
18479 * application code written before the guidelines were formulated or known
18480 * libraries written to older/different standards
18481 * code written under "unusual" constraints
18482 * code that we just haven't gotten around to modernizing
18484 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
18485 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
18487 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
18488 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
18489 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
18490 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
18491 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
18492 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
18494 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.
18495 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
18496 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
18497 The cost reductions must outweigh the risks.
18499 But how?
18501 There is no one approach to modernizing code.
18502 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
18503 Here are some (very general) ideas:
18505 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
18506   In most circumstances, it is also impossible.
18507 * 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.
18508 * 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.
18509 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
18510   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
18511   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
18513 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
18514 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
18516 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
18517 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
18519 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
18521 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
18522 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
18524 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
18526 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.
18528     class Employee {
18529         string email, first, last;
18530     public:
18531         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
18532         // ...
18533     };
18535     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
18536       : first(firstName),
18537         last(lastName),
18538         // BAD: first and last not yet constructed
18539         email(first + "." + last + "@acme.com")
18540     {}
18542 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.
18544 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.
18546 **References**:
18548 [\[Cline99\]](#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
18550 ### <a name="TBD"></a>Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
18554 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
18556 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:
18558 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
18559 * *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.
18560 * *Use virtual base class semantics:* Language rules dictate that the constructor most-derived class decides which base constructor will be invoked; you can use that to your advantage. (See [\[Taligent94\]](#Taligent94).)
18561 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
18563 Here is an example of the last option:
18565     class B {
18566     public:
18567         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
18569         virtual void f() = 0;
18571         // ...
18572     };
18574     class B {
18575     protected:
18576         B() { /* ... */ }
18577         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
18578             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
18579     public:
18580         virtual void f() = 0;
18582         template<class T>
18583         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
18584         {
18585             auto p = make_shared<T>();
18586             p->PostInitialize();
18587             return p;
18588         }
18589     };
18592     class D : public B {                 // some derived class
18593     public:
18594         void f() override { /* ...  */ };
18596     protected:
18597         D() {}
18599         template<class T>
18600         friend shared_ptr<T> B::Create();
18601     };
18603     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
18605 This design requires the following discipline:
18607 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
18608 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
18609 * `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.
18611 If the requirements above are met, the design guarantees that `PostInitialize` has been called for any fully constructed `B`-derived object. `PostInitialize` doesn't need to be virtual; it can, however, invoke virtual functions freely.
18613 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).
18615 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
18617 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
18619 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 nonvirtual since it doesn't need to behave virtually virtual.
18621 ##### Example
18623 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>`:
18625     class Base {
18626     public:
18627         ~Base();                   // BAD, not virtual
18628         virtual ~Base();           // GOOD
18629         // ...
18630     };
18632     class Derived : public Base { /* ... */ };
18634     {
18635         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
18636         // ...
18637     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
18639 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 nonvirtual:
18641     class My_policy {
18642     public:
18643         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
18644     protected:
18645         ~My_policy();              // GOOD
18646         // ...
18647     };
18649     template<class Policy>
18650     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
18652 ##### Note
18654 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
18656 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 nonvirtual (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.
18658 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:
18660 * Whether it should behave virtually or not.
18661 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
18663 As described in Item 39, for a normal member function, the choice is between allowing it to be called via a pointer to `Base` nonvirtually (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.
18665 Destruction can be viewed as just another operation, albeit with special semantics that make nonvirtual 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; "nonvirtually" is not an option. Hence, a base class destructor is virtual if it can be called (i.e., is public), and nonvirtual otherwise.
18667 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.)
18669 Corollary: When writing a base class, always write a destructor explicitly, because the implicitly generated one is public and nonvirtual. 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.
18671 ##### Exception
18673 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.
18675 Consider also this rare case:
18677 * `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.
18678 * 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.
18680 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.
18682 In this rare case, you could make the destructor public and nonvirtual but clearly document that further-derived objects must not be used polymorphically as `B`'s. This is what was done with `std::unary_function`.
18684 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 nonvirtual destructor.
18686 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) 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
18688 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
18692 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
18694 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 may throw an exception are flatly forbidden from use with the C++ standard library. Most destructors are now implicitly `noexcept` by default.
18696 ##### Example
18698     class Nefarious {
18699     public:
18700         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
18701         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
18702         // ...
18703     };
18705 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
18708         void test(string& s)
18709         {
18710             Nefarious n;          // trouble brewing
18711             string copy = s;      // copy the string
18712         } // destroy copy and then n
18714     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.
18716 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 poor behavior:
18719         class Innocent_bystander {
18720             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
18721             // ...
18722         };
18724         void test(string& s)
18725         {
18726             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
18727             string copy2 = s;      // copy the string
18728         } // destroy copy and then i
18730     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`.
18732 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
18735         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
18737 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
18740         void test()
18741         {
18742             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
18743         }
18745     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.
18747 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
18750         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
18752     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.
18754 ##### Note
18756 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.
18758 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
18760 > 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. --[\[C++03\]](#C++03) §15.2(3)
18762 > 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. --[\[C++03\]](#C++03) §17.4.4.8(3)
18764 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.
18765 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`:
18767     T& T::operator=(const T& other) {
18768         auto temp = other;
18769         swap(temp);
18770     }
18772 (See also Item 56. ???)
18774 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).
18776 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
18778 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 51; [\[C++03\]](#C++03) §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
18780 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
18782 ##### Reason
18784  ???
18786 ##### Note
18788 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
18790 ##### Note
18792 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
18794 ##### Example
18796     class X {
18797         // ...
18798     public:
18799         X(const X&) { /* stuff */ }
18801         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
18803         X(x&&) { /* stuff */ }
18805         // BAD: failed to also define a move assignment operator
18806     };
18808     X x1;
18809     X x2 = x1; // ok
18810     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
18812 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.
18814     class X {
18815         HANDLE hnd;
18816         // ...
18817     public:
18818         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
18819         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
18820     };
18822     X x1;
18823     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
18824     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
18826 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
18828     class X {
18829         string s; // defines more efficient move operations
18830         // ... other data members ...
18831     public:
18832         X(const X&) { /* stuff */ }
18833         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
18835         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
18836         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
18837     };
18839     X test()
18840     {
18841         X local;
18842         // ...
18843         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
18844     }
18846 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
18848 ##### Note
18850 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:
18852 * 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.)
18853 * 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.
18854 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a nontrivial 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.
18856 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
18858 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.
18860 **Exceptions**: When any of the special functions are declared only to make them nonpublic or virtual, but without special semantics, it doesn't imply that the others are needed.
18861 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
18862 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.)
18864 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
18866 Resource management rule summary:
18868 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
18869 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
18870 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
18871 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
18872 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
18873 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
18874 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
18875 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
18877 ### <a name="Cr-safety"></a>Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
18879 ##### Reason
18881 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
18883 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
18885 ##### Example
18887     template<class T>
18888     class Vector {
18889     // ...
18890     private:
18891         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
18892         int sz;
18893     };
18895 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.).
18897 ##### Example
18899     ??? "odd" non-memory resource ???
18901 ##### Enforcement
18903 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.
18905 ### <a name="Cr-never"></a>Never throw while holding a resource not owned by a handle
18907 ##### Reason
18909 That would be a leak.
18911 ##### Example
18913     void f(int i)
18914     {
18915         FILE* f = fopen("a file", "r");
18916         ifstream is { "another file" };
18917         // ...
18918         if (i == 0) return;
18919         // ...
18920         fclose(f);
18921     }
18923 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:
18925     void f(int i)
18926     {
18927         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
18928         // ...
18929         if (i == 0) return;
18930         // ...
18931     }
18933 Better:
18935     void f(int i)
18936     {
18937         ifstream input {"a file"};
18938         // ...
18939         if (i == 0) return;
18940         // ...
18941     }
18943 ##### Enforcement
18945 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
18946 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
18947 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
18948 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
18950 ### <a name="Cr-raw"></a>A "raw" pointer or reference is never a resource handle
18952 ##### Reason
18954 To be able to distinguish owners from views.
18956 ##### Note
18958 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
18960 ### <a name="Cr-outlive"></a>Never let a pointer outlive the object it points to
18962 ##### Reason
18964 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
18966 ##### Example
18968     string* bad()   // really bad
18969     {
18970         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
18971         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
18972         return &v[0];
18973     }
18975     void use()
18976     {
18977         string* p = bad();
18978         vector<int> xx = {7, 8, 9};
18979         // undefined behavior: x may not be the string "This"
18980         string x = *p;
18981         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
18982         *p = "Evil!";
18983     }
18985 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`) may have been reallocated by the time `*p` is executed. There may be no `string` to read and a write through `p` could easily corrupt objects of unrelated types.
18987 ##### Enforcement
18989 Most compilers already warn about simple cases and has 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.
18991 ### <a name="Cr-templates"></a>Use templates to express containers (and other resource handles)
18993 ##### Reason
18995 To provide statically type-safe manipulation of elements.
18997 ##### Example
18999     template<typename T> class Vector {
19000         // ...
19001         T* elem;   // point to sz elements of type T
19002         int sz;
19003     };
19005 ### <a name="Cr-value-return"></a>Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
19007 ##### Reason
19009 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime. See also [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out).
19011 ##### Example
19013     vector<int> get_large_vector()
19014     {
19015         return ...;
19016     }
19018     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
19020 ##### Exception
19022 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
19024 ##### Enforcement
19026 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
19028 ### <a name="Cr-handle"></a>If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
19030 ##### Reason
19032 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
19034 ##### Example
19036     ??? Messing with pointers
19038 ##### Note
19040 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
19042     template<typename T> struct Named {
19043         string name;
19044         T value;
19045     };
19047 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
19049 ##### Enforcement
19051 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.
19053 ### <a name="Cr-list"></a>If a class is a container, give it an initializer-list constructor
19055 ##### Reason
19057 It is common to need an initial set of elements.
19059 ##### Example
19061     template<typename T> class Vector {
19062     public:
19063         Vector(std::initializer_list<T>);
19064         // ...
19065     };
19067     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
19069 ##### Enforcement
19071 When is a class a container? ???
19073 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
19075 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
19076 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
19078 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
19079   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
19080 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
19081 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
19082 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
19083 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
19084 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
19085 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
19086   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
19087 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
19088 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., \[0:max).
19089 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
19090 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
19091 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
19092 * *bug*: an error in a program.
19093 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
19094 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
19095 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
19096 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
19097 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
19098   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
19099 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
19100 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
19101 * *concrete class*: class for which objects can be created.
19102 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
19103 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
19104   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).
19105 * *container*: an object that holds elements (other objects).
19106 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
19107 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
19108   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
19109   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
19110 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
19111   Ideally, cost should be a function of complexity.
19112 * *customization point*: ???
19113 * *data*: values used in a computation.
19114 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
19115 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
19116 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
19117   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
19118 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
19119 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
19120 * *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.
19121 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
19122 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
19123 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
19124 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
19125 * *file*: a container of permanent information in a computer.
19126 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
19127 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
19128 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
19129   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
19130 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
19131 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
19132 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
19133 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
19134   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
19135 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
19136 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
19137 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
19138 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
19139   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
19140 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
19141 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
19142 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
19143 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
19144 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
19145 * *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.
19146 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
19147 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
19148 * *library*: a collection of types, functions, classes, etc. implementing a set of facilities (abstractions) meant to be potentially used as part of more that one program.
19149 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
19150 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
19151 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
19152 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
19153 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
19154 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
19155 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
19156 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
19157 * *object file*: a file containing object code.
19158 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
19159 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
19160 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
19161 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
19162 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
19163 * *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.
19164 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
19165 * *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.
19166 * *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.
19167 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
19168 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
19169 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
19170 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
19171 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
19172 * *programming language*: a language for expressing programs.
19173 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
19174 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
19175 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
19176 * *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.
19177 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
19178 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
19179 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
19180 * *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.
19181 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
19182 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
19183 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
19184 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
19185 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
19186 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
19187 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
19188 * *source file*: a file containing source code.
19189 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
19190 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
19191 * *state*: a set of values.
19192 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
19193 * *string*: a sequence of characters.
19194 * *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.
19195 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
19196 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
19197 * *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.
19198 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
19199 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
19200 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
19201 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
19202 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
19203 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
19204 * *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.
19205 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
19206 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
19207 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
19208 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
19209 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
19211 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
19213 This is our to-do list.
19214 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
19215 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
19216 * No long-distance friendship
19217 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
19218 * Namespaces
19219 * Don't place using directives in headers
19220 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
19221 * 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?
19222 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
19223 * Avoid implicit conversions
19224 * 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
19225 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
19226 * 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. :)
19227 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
19228 * Use `auto`
19229 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
19230 * Don't overabstract
19231 * Never pass a pointer down the call stack
19232 * falling through a function bottom
19233 * 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?
19234 * Speaking of virtual functions, should non-virtual interface be promoted? YES. (public non-virtual `foo()` calling private/protected `do_foo()`)? Not a new thing, seeing as locales/streams use it, but it seems to be under-emphasized.
19235 * 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?
19236 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
19237 * 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?
19238 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
19239 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
19241         void bad()
19242         {
19243             int* p = new int[700];
19244             int* q = &p[7];
19245             delete p;
19247             vector<int> v(700);
19248             int* q2 = &v[7];
19249             v.resize(900);
19251             // ... use q and q2 ...
19252         }
19254 * LSP
19255 * private inheritance vs/and membership
19256 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
19258 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
19259 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
19260 * 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`?
19261 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
19262 * 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.
19263 * 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)
19264 * 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)
19265 * 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)
19267 * rules for arithmetic
19269 # Bibliography
19271 * <a name="Alexandrescu01"></a>
19272   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
19273 * <a name="Cplusplus03"></a>
19274   \[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).
19275 * <a name="CplusplusCS"></a>
19276   \[C++CS]:
19277 * <a name="Cargill92"></a>
19278   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
19279 * <a name="Cline99"></a>
19280   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
19281 * <a name="Dewhurst03"></a>
19282   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
19283 * <a name="Henricson97"></a>
19284   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
19285 * <a name="Koenig97"></a>
19286   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
19287 * <a name="Lakos96"></a>
19288   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
19289 * <a name="Meyers96"></a>
19290   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
19291 * <a name="Meyers97"></a>
19292   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
19293 * <a name="Meyers15"></a>
19294   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
19295 * <a name="Murray93"></a>
19296   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
19297 * <a name="Stroustrup00"></a>
19298   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
19299 * <a name="Stroustrup05"></a>
19300   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
19301 * <a name="Stroustrup13"></a>
19302   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
19303 * <a name="Stroustrup14"></a>
19304   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
19305   Addison Wesley 2014.
19306 * <a name="SuttHysl04b"></a>
19307   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
19308 * <a name="SuttAlex05"></a>
19309   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
19310 * <a name="Sutter00"></a>
19311   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
19312 * <a name="Sutter02"></a>
19313   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
19314 * <a name="Sutter04"></a>
19315   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
19316 * <a name="Taligent94"></a>
19317   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).