Merge pull request #845 from jacobl-at-ms/jacobl.macbuild
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob9bb9680fc55b2bad79aabfba6a0e191385aa930f
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 February 11, 2017
6 Editors:
8 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
9 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
11 This document is a very early draft. It is inkorrekt, incompleat, and pµÃoorly formatted.
12 Had it been an open source (code) project, this would have been release 0.7.
13 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
14 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
15 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
17 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
18 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
19 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
20 The list of contributors is [here](#SS-ack).
22 Problems:
24 * The sets of rules have not been thoroughly checked for completeness, consistency, or enforceability.
25 * Triple question marks (???) mark known missing information
26 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
27 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
29 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
31 * [In: Introduction](#S-introduction)
32 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
33 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
34 * [F: Functions](#S-functions)
35 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
36 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
37 * [R: Resource management](#S-resource)
38 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
39 * [Per: Performance](#S-performance)
40 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
41 * [E: Error handling](#S-errors)
42 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
43 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
44 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
45 * [SF: Source files](#S-source)
46 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
48 Supporting sections:
50 * [A: Architectural Ideas](#S-A)
51 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Pro: Profiles](#S-profile)
54 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
55 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
56 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
57 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
58 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
59 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
60 * [Glossary](#S-glossary)
61 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
63 or look at a specific language feature
65 * [assignment](#S-???)
66 * [`class`](#S-class)
67 * [constructor](#SS-ctor)
68 * [derived `class`](#SS-hier)
69 * [destructor](#SS-dtor)
70 * [exception](#S-errors)
71 * [`for`](#S-???)
72 * [`inline`](#S-class)
73 * [initialization](#S-???)
74 * [lambda expression](#SS-lambdas)
75 * [operator](#S-???)
76 * [`public`, `private`, and `protected`](#S-???)
77 * [`static_assert`](#S-???)
78 * [`struct`](#S-class)
79 * [`template`](#S-???)
80 * [`unsigned`](#S-???)
81 * [`virtual`](#SS-hier)
83 Definitions of terms used to express and discuss the rules, that are not language-technical, but refer to design and programming techniques
85 * error
86 * exception
87 * failure
88 * invariant
89 * leak
90 * precondition
91 * postcondition
92 * resource
93 * exception guarantee
95 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
97 This document is a set of guidelines for using C++ well.
98 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
99 By "modern C++" we mean C++11 and C++14 (and soon C++17).
100 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?
102 The guidelines are focused on relatively higher-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
103 Such rules affect application architecture and library design.
104 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.
105 And it will run fast -- you can afford to do things right.
107 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
108 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
110 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
111 They may very well be too strict.
112 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
113 We also need more rules.
115 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
116 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
117 Please try to verify or disprove rules!
118 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
120 You will find some of the rules obvious or even trivial.
121 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.
123 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
124 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
125 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
126 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
128 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
129 We plan to build tools for that and hope others will too.
131 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
132 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
134 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
136 This is a set of core guidelines for modern C++, C++14, taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
137 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
139 Introduction summary:
141 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
142 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
143 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
144 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
145 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
146 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
148 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
150 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
152 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
154 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.
156 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.
157 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").
158 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.
159 Remember:
161 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
163 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
165 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
166 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
167 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
168 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
170 The rules emphasize static type safety and resource safety.
171 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).
172 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.
174 Many of the rules are prescriptive.
175 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
176 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
177 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
179 These guidelines address the core of C++ and its use.
180 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
181 For example, hard real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
182 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
183 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
185 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
187 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
188 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
189 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.
191 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
193 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
194 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
195 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
196 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.
197 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
198 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
200 These rules are not meant to be read serially, like a book.
201 You can browse through them using the links.
202 However, their main intended use is to be targets for tools.
203 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
204 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
206 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
207 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
209 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
210 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
211 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
212 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
214 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
215 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
217 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
218 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
219 They are not meant to define a single "one true C++" language.
220 We value expressiveness and uncompromised performance.
222 The rules are not value-neutral.
223 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
224 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
226 The rules are not perfect.
227 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
228 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
229 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
230 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
231 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
232 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
233 Also, suggest an improvement.
235 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
237 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
238 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
240 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
241 * But different people have different needs.
242 * But people don't like to read lots of rules.
243 * But people can't remember many rules.
245 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
247 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
249 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
250 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
251 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
253 This adds up to quite a few dilemmas.
254 We try to resolve those using tools.
255 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
256 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
257 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
258 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
259 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
260 A rule can be part of several profiles, or none.
261 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
263 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
264 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
265 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
267 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
268 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.
270 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
272     [[suppress(tag)]]
274 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
275 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
276 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
278 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
280 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
282 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
283 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
284   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
285   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
286 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
287 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
288 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
289 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
290 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
291 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
292 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
293 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
295 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.
296 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
297 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
299 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
300 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
301 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
302 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
303 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
305 This is not a language manual.
306 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
307 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
309 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
311 * [In: Introduction](#S-introduction)
312 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
313 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
314 * [F: Functions](#S-functions)
315 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
316 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
317 * [R: Resource management](#S-resource)
318 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
319 * [E: Error handling](#S-errors)
320 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
321 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
322 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
323 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
324 * [SF: Source files](#S-source)
325 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
326 * [Pro: Profiles](#S-profile)
327 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
328 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
330 Supporting sections:
332 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
333 * [Per: Performance](#S-performance)
334 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
335 * [RF: References](#S-references)
336 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
337 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
338 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
339 * [Glossary](#S-glossary)
340 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
342 These sections are not orthogonal.
344 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.
345 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
347 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
349 The rules in this section are very general.
351 Philosophy rules summary:
353 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
354 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
355 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
356 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
357 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
358 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
359 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
360 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
361 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
362 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
363 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
364 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
365 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
367 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
368 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
369 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
371 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
373 ##### Reason
375 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
376 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
378 ##### Example
380     class Date {
381         // ...
382     public:
383         Month month() const;  // do
384         int month();          // don't
385         // ...
386     };
388 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
389 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
391 ##### Example
393     void f(vector<string>& v)
394     {
395         string val;
396         cin >> val;
397         // ...
398         int index = -1;                    // bad
399         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
400             if (v[i] == val) {
401                 index = i;
402                 break;
403             }
404         // ...
405     }
407 That loop is a restricted form of `std::find`.
408 A much clearer expression of intent would be:
410     void f(vector<string>& v)
411     {
412         string val;
413         cin >> val;
414         // ...
415         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
416         // ...
417     }
419 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.
421 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
422 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
423 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
425 ##### Example
427     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
428     // ...
429     change_speed(2.3);
431 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
433     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
434     // ...
435     change_speed(2.3);        // error: no unit
436     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
438 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
439 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
441 ##### Enforcement
443 Very hard in general.
445 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
446 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
447 * detect code that mimics the standard library (hard)
449 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
451 ##### Reason
453 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
455 ##### Note
457 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
458 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.
460 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
461 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
462 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
463 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
464 portability will be impacted.
466 ##### Note
468 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
469 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
470 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
472 ##### Note
474 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.
475 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
477 ##### Enforcement
479 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++11 or C++14) with a set of options that do not accept extensions.
481 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
483 ##### Reason
485 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.
487 ##### Example
489     int i = 0;
490     while (i < v.size()) {
491         // ... do something with v[i] ...
492     }
494 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.
496 Better:
498     for (const auto& x : v) { /* do something with x */ }
500 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:
502     for (auto& x : v) { /* do something with x */ }
504 Sometimes better still, use a named algorithm:
506     for_each(v, [](int x) { /* do something with x */ });
507     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with x */ });
509 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
511 A programmer should be familiar with
513 * [The guideline support library](#S-gsl)
514 * [The ISO C++ standard library](#S-stdlib)
515 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
517 ##### Note
519 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
521 ##### Note
523 Some language constructs express intent better than others.
525 ##### Example
527 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
529     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
530     draw_line(Point, Point);        // clearer
532 ##### Enforcement
534 Look for common patterns for which there are better alternatives
536 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
537 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
538 * loop variables in too large a scope
539 * naked `new` and `delete`
540 * functions with many parameters of built-in types
542 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
544 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
546 ##### Reason
548 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
549 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
551 * unions
552 * casts
553 * array decay
554 * range errors
555 * narrowing conversions
557 ##### Note
559 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
560 We try to provide alternative techniques.
562 ##### Enforcement
564 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
565 Always suggest an alternative.
566 For example:
568 * unions -- use `variant` (in C++17)
569 * casts -- minimize their use; templates can help
570 * array decay -- use `span` (from the GSL)
571 * range errors -- use `span`
572 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
574 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
576 ##### Reason
578 Code clarity and performance.
579 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
581 ##### Example
583     // Int is an alias used for integers
584     int bits = 0;         // don't: avoidable code
585     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
586         ++bits;
587     if (bits < 32)
588         cerr << "Int too small\n"
590 This example is easily simplified
592     // Int is an alias used for integers
593     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
595 ##### Example
597     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
599     int a[100];
600     read(a, 1000);    // bad
602 better
604     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
606     int a[100];
607     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
609 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
611 ##### Enforcement
613 * Look for pointer arguments.
614 * Look for run-time checks for range violations.
616 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
618 ##### Reason
620 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
622 ##### Note
624 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).
626 ##### Example, bad
628     // separately compiled, possibly dynamically loaded
629     extern void f(int* p);
631     void g(int n)
632     {
633         // bad: the number of elements is not passed to f()
634         f(new int[n]);
635     }
637 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.
639 ##### Example, bad
641 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
643     // separately compiled, possibly dynamically loaded
644     extern void f2(int* p, int n);
646     void g2(int n)
647     {
648         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
649     }
651 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.
653 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
655 ##### Example, bad
657 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
659     // separately compiled, possibly dynamically loaded
660     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
661     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
662     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
664     void g3(int n)
665     {
666         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
667     }
669 ##### Example
671 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
673     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
674     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
675                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
676                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
678     void g3(int n)
679     {
680         vector<int> v(n);
681         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
682         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
683     }
685 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.
687 ##### Example
689 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
691     vector<int> f5(int n)    // OK: move
692     {
693         vector<int> v(n);
694         // ... initialize v ...
695         return v;
696     }
698     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
699     {
700         auto p = make_unique<int[]>(n);
701         // ... initialize *p ...
702         return p;
703     }
705     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
706     {
707         owner<int*> p = new int[n];
708         // ... initialize *p ...
709         return p;
710     }
712 ##### Example
714 * ???
715 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
716   Or strings as "free-style" options
718 ##### Enforcement
720 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
721 * ???
723 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
725 ##### Reason
727 Avoid "mysterious" crashes.
728 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
730 ##### Example
732     void increment1(int* p, int n)    // bad: error prone
733     {
734         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
735     }
737     void use1(int m)
738     {
739         const int n = 10;
740         int a[n] = {};
741         // ...
742         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
743                             // but assume that m == 20
744         // ...
745     }
747 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
748 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
749 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
750 We could check earlier and improve the code:
752     void increment2(span<int> p)
753     {
754         for (int& x : p) ++x;
755     }
757     void use2(int m)
758     {
759         const int n = 10;
760         int a[n] = {};
761         // ...
762         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
763         // ...
764     }
766 Now, `m<=n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
767 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):
769     void use3(int m)
770     {
771         const int n = 10;
772         int a[n] = {};
773         // ...
774         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
775         // ...
776     }
778 ##### Example, bad
780 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
782     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
784     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
786     void user1(const string& date)    // manipulate date
787     {
788         auto d = extract_date(date);
789         // ...
790     }
792     void user2()
793     {
794         Date d = read_date(cin);
795         // ...
796         user1(d.to_string());
797         // ...
798     }
800 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
802 ##### Example
804 Excess checking can be costly.
805 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)`).
807     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
808         float x;
809         float y;
810         float z;
811         float e;
812     public:
813         Jet(float x, float y, float z, float e)
814             :x(x), y(y), z(z), e(e)
815         {
816             // Should I check here that the values are physically meaningful?
817         }
819         float m() const
820         {
821             // Should I handle the degenerate case here?
822             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
823         }
825         ???
826     };
828 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.
832 ##### Enforcement
834 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
835 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
836 * Look for unchecked values coming from input
837 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
838 * ???
840 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
842 ##### Reason
844 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
845 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
847 ##### Example, bad
849     void f(char* name)
850     {
851         FILE* input = fopen(name, "r");
852         // ...
853         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
854         // ...
855         fclose(input);
856     }
858 Prefer [RAII](#Rr-raii):
860     void f(char* name)
861     {
862         ifstream input {name};
863         // ...
864         if (something) return;   // OK: no leak
865         // ...
866     }
868 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
870 ##### Note
872 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
873 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
874 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
875 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
876 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
877 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
879 ##### Note
881 Enforcing [the lifetime profile](#In.force) eliminates leaks.
882 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
883 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#In.force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
885 ##### Enforcement
887 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
888   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
889   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
890 * Look for naked `new` and `delete`
891 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
893 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
895 ##### Reason
897 This is C++.
899 ##### Note
901 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.
902 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
904 ##### Example, bad
906     struct X {
907         char ch;
908         int i;
909         string s;
910         char ch2;
912         X& operator=(const X& a);
913         X(const X&);
914     };
916     X waste(const char* p)
917     {
918         if (p == nullptr) throw Nullptr_error{};
919         int n = strlen(p);
920         auto buf = new char[n];
921         if (buf == nullptr) throw Allocation_error{};
922         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
923         // ... manipulate buffer ...
924         X x;
925         x.ch = 'a';
926         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
927         for (int i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
928         delete buf;
929         return x;
930     }
932     void driver()
933     {
934         X x = waste("Typical argument");
935         // ...
936     }
938 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
939 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
940 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
941 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
942 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
943 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
945 ##### Example, bad
947     void lower(zstring s)
948     {
949         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
950     }
952 Yes, this is an example from production code.
953 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
955 ##### Note
957 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
958 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
959 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.
960 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
962 ##### Enforcement
964 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
966 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
968 ##### Reason
970 It is easier to reason about constants than about variables.
971 Something immutable cannot change unexpectedly.
972 Sometimes immutability enables better optimization.
973 You can't have a data race on a constant.
975 See [Con: Constants and Immutability](#S-const)
977 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
979 ##### Reason
981 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
982 A good interface is easier and safer to use.
983 Messy, low-level code breeds more such code.
985 ##### Example
987     int sz = 100;
988     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
989     int count = 0;
990     // ...
991     for (;;) {
992         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
993         // ... check that x is valid ...
994         if (count == sz)
995             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
996         p[count++] = x;
997         // ...
998     }
1000 This is low-level, verbose, and error-prone.
1001 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1002 Instead, we could use `vector`:
1004     vector<int> v;
1005     v.reserve(100);
1006     // ...
1007     for (int x; cin >> x; ) {
1008         // ... check that x is valid ...
1009         v.push_back(x);
1010     }
1012 ##### Note
1014 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1015 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.
1016 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1017 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1018 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1019 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1020 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1022 ##### Enforcement
1024 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1027 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1029 ##### Reason
1031 There are many things that are done better "by machine".
1032 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1033 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1035 ##### Example
1037 Run a static analyser to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1039 ##### Note
1043 * [Static analysis tools](???)
1044 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1045 * [Testing tools](???)
1047 There are many other kinds of tools, such as source code depositories, build tools, etc.,
1048 but those are beyond the scope of these guidelines.
1050 ###### Note
1052 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1053 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1056 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1058 ##### Reason
1060 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1061 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1062 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1063 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1064 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1065 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1066 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1068 ##### Example
1070     std::sort(begin(v),end(v),std::greater<>());
1072 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1073 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1074 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1076 ##### Note
1078 By default use
1080 * The [ISO C++ standard library](#S-stdlib)
1081 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1083 ##### Note
1085 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1086 maybe you should design and implement it, and then use it.
1089 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1091 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.
1092 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.
1094 Interface rule summary:
1096 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1097 * [I.2: Avoid global variables](#Ri-global)
1098 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1099 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1100 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1101 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1102 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1103 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1104 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1105 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1106 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)](#Ri-raw)
1107 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1108 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1109 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1110 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1111 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1112 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1113 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1115 See also
1117 * [F: Functions](#S-functions)
1118 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1119 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1120 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1121 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1122 * [E: Error handling](#S-errors)
1123 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1125 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1127 ##### Reason
1129 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1131 ##### Example, bad
1133 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1135     int rnd(double d)
1136     {
1137         return (rnd_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1138     }
1140 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `rnd(7.2)` might give different results.
1142 ##### Exception
1144 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1145 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1147 ##### Example, bad
1149 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1151     // don't: no test of printf's return value
1152     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1154 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.??.
1156 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1158 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1159 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1161 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1162 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1164 ##### Enforcement
1166 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1167 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1169 ### <a name="Ri-global"></a>I.2 Avoid global variables
1171 ##### Reason
1173 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1175 ##### Example
1177     struct Data {
1178         // ... lots of stuff ...
1179     } data;            // non-const data
1181     void compute()     // don't
1182     {
1183         // ... use data ...
1184     }
1186     void output()     // don't
1187     {
1188         // ... use data ...
1189     }
1191 Who else might modify `data`?
1193 ##### Note
1195 Global constants are useful.
1197 ##### Note
1199 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1201 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1202 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1204 **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.
1205 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1207 ##### Note
1209 You cannot have a race condition on immutable data.
1211 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1213 ##### Enforcement
1215 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1217 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1219 ##### Reason
1221 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1223 ##### Example
1225     class Singleton {
1226         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1227         // that it is initialized properly, etc.
1228     };
1230 There are many variants of the singleton idea.
1231 That's part of the problem.
1233 ##### Note
1235 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1237 ##### Exception
1239 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1241     X& myX()
1242     {
1243         static X my_x {3};
1244         return my_x;
1245     }
1247 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1248 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1249 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1251 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1252 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1253 For example:
1255     X& myX()
1256     {
1257         static auto p = new X {3};
1258         return *p;  // potential leak
1259     }
1261 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1262 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1264 * `myX` is in multithreaded code,
1265 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1266 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1268 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.
1270 ##### Enforcement
1272 Very hard in general.
1274 * Look for classes with names that include `singleton`.
1275 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1276 * 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.
1278 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1280 ##### Reason
1282 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1283 Also, precisely typed code is often optimized better.
1285 ##### Example, don't
1287 Consider:
1289     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1291 Now the callee must cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1292 Avoid `void*`, especially in interfaces.
1293 Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1295 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1296 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1298 ##### Example, bad
1300 Consider:
1302     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1304     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1306 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1307 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1308 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1310     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1311     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1313     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1314     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1316 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1317 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1319 ##### Example, bad
1321 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1323     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1324     {
1325         // ...
1326         // do something with time_to_blink
1327         // ...
1328     }
1330     void use()
1331     {
1332         blink_led(2);
1333     }
1335 ##### Example, good
1337 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1339     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1340     {
1341         // ...
1342         // do something with time_to_blink
1343         // ...
1344     }
1346     void use()
1347     {
1348         blink_led(1500ms);
1349     }
1351 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1353     template<class rep, class period>
1354     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1355     {
1356         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1357         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1358         // ...
1359         // do something with milliseconds_to_blink
1360         // ...
1361     }
1363     void use()
1364     {
1365         blink_led(2s);
1366         blink_led(1500ms);
1367     }
1369 ##### Enforcement
1371 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1372 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1374 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1376 ##### Reason
1378 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1380 ##### Example
1382 Consider:
1384     double sqrt(double x);
1386 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1388     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1390 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1392     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1394 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).
1396 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1398 ##### Note
1400 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p != nullptr);`.
1401 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1403 ##### Note
1405 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1406 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1407 We don't need to mention it for each member function.
1409 ##### Enforcement
1411 (Not enforceable)
1413 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1415 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1417 ##### Reason
1419 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1421 ##### Example
1423     int area(int height, int width)
1424     {
1425         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1426         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1427         // ...
1428     }
1430 ##### Note
1432 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1433 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?).
1435 ##### Note
1437 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1438 but we don't yet have the language facilities to do that.
1439 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.
1441 ##### Note
1443 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1445 ##### Enforcement
1447 (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.
1449 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1451 ##### Reason
1453 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1455 ##### Example, bad
1457 Consider:
1459     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1461 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1462 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.
1463 Overflow can happen.
1464 Consider using:
1466     int area(int height, int width)
1467     {
1468         auto res = height * width;
1469         Ensures(res > 0);
1470         return res;
1471     }
1473 ##### Example, bad
1475 Consider a famous security bug:
1477     void f()    // problematic
1478     {
1479         char buffer[MAX];
1480         // ...
1481         memset(buffer, 0, MAX);
1482     }
1484 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1486     void f()    // better
1487     {
1488         char buffer[MAX];
1489         // ...
1490         memset(buffer, 0, MAX);
1491         Ensures(buffer[0] == 0);
1492     }
1494 ##### Note
1496 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.
1498 ##### Note
1500 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.
1502 ##### Example
1504 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1506     mutex m;
1508     void manipulate(Record& r)    // don't
1509     {
1510         m.lock();
1511         // ... no m.unlock() ...
1512     }
1514 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.
1515 Stating the postcondition would have made it clear:
1517     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1518     {
1519         m.lock();
1520         // ... no m.unlock() ...
1521     }
1523 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1525 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1527     void manipulate(Record& r)    // best
1528     {
1529         lock_guard<mutex> _ {m};
1530         // ...
1531     }
1533 ##### Note
1535 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1536 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1537 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1539 ##### Enforcement
1541 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1542 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1543 checkers) exist for many toolchains.
1545 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1547 ##### Reason
1549 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1551 ##### Example
1553     void f()
1554     {
1555         char buffer[MAX];
1556         // ...
1557         memset(buffer, 0, MAX);
1558         Ensures(buffer[0] == 0);
1559     }
1561 ##### Note
1563 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1564 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1566 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1568 ##### Note
1570 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1571 For now, we place it in the definition (function body).
1572 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.
1574 ##### Enforcement
1576 (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.
1578 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1580 ##### Reason
1582 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1584 ##### Example
1586 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1588     template<typename Iter, typename Val>
1589     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1590     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1591     {
1592         // ...
1593     }
1595 ##### Note
1597 Soon (maybe in 2017), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1598 For now, the concept TS is supported only in GCC 6.1.
1600 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-t-concepts).
1602 ##### Enforcement
1604 (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).
1606 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1608 ##### Reason
1610 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1611 This is a major source of errors.
1613 ##### Example
1615     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1617     template <class F, class ...Args>
1618     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1619     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1621 ##### Note
1623 What is an error?
1625 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1626 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1627 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1628 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.
1629 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1631 ##### Exception
1633 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.
1635 ##### Alternative
1637 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:
1639     int val;
1640     int error_code;
1641     tie(val, error_code) = do_something();
1642     if (error_code == 0) {
1643         // ... handle the error or exit ...
1644     }
1645     // ... use val ...
1647 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1648 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.
1650     [val, error_code] = do_something();
1651     if (error_code == 0) {
1652         // ... handle the error or exit ...
1653     }
1654     // ... use val ...
1656 ##### Note
1658 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1660 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1661 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1662 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1663 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1664 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1666 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1668 ##### Enforcement
1670 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1671 * Look for `errno`.
1673 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)
1675 ##### Reason
1677 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1679 ##### Example
1681 Consider:
1683     X* compute(args)    // don't
1684     {
1685         X* res = new X{};
1686         // ...
1687         return res;
1688     }
1690 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if compute returned a reference.
1691 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1693     vector<double> compute(args)  // good
1694     {
1695         vector<double> res(10000);
1696         // ...
1697         return res;
1698     }
1700 **Alternative**: Pass ownership using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1701 However, that is less elegant and less efficient unless reference semantics are needed.
1703 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1704 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guideline support library](#S-gsl):
1706     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1707     {
1708         owner<X*> res = new X{};
1709         // ...
1710         return res;
1711     }
1713 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1714 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1716 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1718 ##### Note
1720 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1721 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1722 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1723 so the default is "no ownership transfer."
1725 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional) and [value return](#Rf-T-return).
1727 ##### Enforcement
1729 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner`.
1730 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1731 * (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.
1733 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1735 ##### Reason
1737 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1738 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1740 ##### Example
1742     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1744     length(nullptr);                      // OK?
1746     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1748     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1750 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.
1752 ##### Note
1754 `not_null` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1756 ##### Note
1758 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*`.
1760     // we can assume that p cannot be nullptr
1761     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1762     int length(not_null<zstring> p);
1764 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1766 ##### Enforcement
1768 * (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`.
1769 * (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`.
1771 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1773 ##### Reason
1775  (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.
1777 ##### Example
1779 Consider:
1781     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1783 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1784 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1785 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1787 ##### Alternative
1789 Consider using explicit spans:
1791     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1793 ##### Example, bad
1795 Consider:
1797     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1798     Circle arr[10];
1799     // ...
1800     draw(arr, 10);
1802 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.
1804 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1806     void draw2(span<Circle>);
1807     Circle arr[10];
1808     // ...
1809     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1810     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1812     void draw3(span<Shape>);
1813     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1815 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 ???.
1817 ##### Exception
1819 Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1820 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1822 ##### Enforcement
1824 * (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.
1825 * (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.
1827 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1829 ##### Reason
1831 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1833 ##### Example
1835     // file1.c
1837     extern const X x;
1839     const Y y = f(x);   // read x; write y
1841     // file2.c
1843     extern const Y y;
1845     const X x = g(y);   // read y; write x
1847 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1848 one will access an uninitialized `const`.
1849 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1851 ##### Note
1853 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
1854 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
1856 ##### Enforcement
1858 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
1859 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
1861 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
1863 ##### Reason
1865 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1867 ##### Example
1869 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle
1871     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1872     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1873                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1874                          OutputIterator result, Compare comp);
1876 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1877 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1879     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1880     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1881                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1882                          OutputIterator result);
1884 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1885 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1887     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1888     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1890 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1892 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
1894     Mergeable{In1 In2, Out}
1895     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
1897 ##### Note
1899 How many arguments are too many? Try to use less than Four arguments.
1900 There are functions that are best expressed with four individual arguments, but not many.
1902 **Alternative**: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1904 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1906 ##### Enforcement
1908 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1909 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1911 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1913 ##### Reason
1915 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1917 ##### Example, bad
1919 Consider:
1921     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1923 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1925 Use `const` for the "from" argument:
1927     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1929 ##### Exception
1931 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1933     int max(int a, int b);
1935 ##### Alternative
1937 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
1939     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
1941 ##### Alternative
1943 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
1945     struct SystemParams {
1946         string config_file;
1947         string output_path;
1948         seconds timeout;
1949     };
1950     void initialize(SystemParams p);
1952 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
1953 are often filled in by name at the call site.
1955 ##### Enforcement
1957 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1959 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1961 ##### Reason
1963 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1965 ##### Example, bad
1967 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1969     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1970     public:
1971         Point center() const { return c; }
1972         virtual void draw() const;
1973         virtual void rotate(int);
1974         // ...
1975     private:
1976         Point c;
1977         vector<Point> outline;
1978         Color col;
1979     };
1981 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:
1983     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
1984     public:
1985         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
1986         virtual void draw() const = 0;
1987         virtual void rotate(int) = 0;
1988         // ...
1989         // ... no data members ...
1990     };
1992 ##### Enforcement
1994 (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.
1996 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
1998 ##### Reason
2000 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2002 ##### Exception
2004 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
2006 ##### Exception
2008 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2010 ##### Note
2012 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.
2014 ##### Enforcement
2016 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2018 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2020 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.
2022 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.
2023 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2025 Function rule summary:
2027 Function definition rules:
2029 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2030 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2031 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2032 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2033 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2034 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2035 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2036 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2037 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2039 Parameter passing expression rules:
2041 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2042 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2043 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2044 * [F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2045 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2046 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2047 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
2048 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2050 Parameter passing semantic rules:
2052 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
2053 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2054 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2055 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
2056 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2057 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2059 Value return semantic rules:
2061 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2062 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2063 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
2064 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2065 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2066 * [F.47: Return `T&` from assignment operators.](#Rf-assignment-op)
2068 Other function rules:
2070 * [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)
2071 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2072 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2073 * [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)
2074 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2076 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
2078 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2080 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2082 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2084 ##### Reason
2086 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2087 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2089 ##### Example, don't
2091     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2092     {
2093         int x;
2094         if (is >> x)
2095             cout << "the int is " << x << '\n';
2096         else
2097             cerr << "no int on input\n";
2098     }
2100 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2101 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2102 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2103 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
2104 mess could become hard to understand.
2106 ##### Note
2108 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.
2110 ##### Example
2112     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2114 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2116     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2118     sort(a, b, lessT);
2119     find_if(a, b, lessT);
2121 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2123 ##### Exception
2125 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2126 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2127 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2128 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
2130 ##### Enforcement
2132 * See [Keep functions short](#Rf-single)
2133 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2135 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2137 ##### Reason
2139 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2141 ##### Example
2143 Consider:
2145     void read_and_print()    // bad
2146     {
2147         int x;
2148         cin >> x;
2149         // check for errors
2150         cout << x << "\n";
2151     }
2153 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:
2155     int read(istream& is)    // better
2156     {
2157         int x;
2158         is >> x;
2159         // check for errors
2160         return x;
2161     }
2163     void print(ostream& os, int x)
2164     {
2165         os << x << "\n";
2166     }
2168 These can now be combined where needed:
2170     void read_and_print()
2171     {
2172         auto x = read(cin);
2173         print(cout, x);
2174     }
2176 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:
2178     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2179     {
2180         input >> value;
2181         // check for errors
2182     };
2184     auto print(auto& output, const auto& value)
2185     {
2186         output << value << "\n";
2187     }
2189 ##### Enforcement
2191 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2192 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2193 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2195 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2197 ##### Reason
2199 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2200 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2202 ##### Example
2204 Consider:
2206     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2207         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2208         // given the two mode flags.
2209     {
2210         double intermediate;
2211         if (flag1 > 0) {
2212             intermediate = func1(val);
2213             if (flag2 % 2)
2214                  intermediate = sqrt(intermediate);
2215         }
2216         else if (flag1 == -1) {
2217             intermediate = func1(-val);
2218             if (flag2 % 2)
2219                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2220             flag1 = -flag1;
2221         }
2222         if (abs(flag2) > 10) {
2223             intermediate = func2(intermediate);
2224         }
2225         switch (flag2 / 10) {
2226             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2227                     break;
2228             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2229             default: break;
2230         }
2231         return finalize(intermediate, 0.);
2232     }
2234 This is too complex (and long).
2235 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2236 Yes, it breaks other rules also.
2238 We can refactor:
2240     double func1_muon(double val, int flag)
2241     {
2242         // ???
2243     }
2245     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2246     {
2247         // ???
2248     }
2250     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2251         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2252         // given the two mode flags.
2253     {
2254         if (flag1 > 0)
2255             return func1_muon(val, flag2);
2256         if (flag1 == -1)
2257             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2258             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2259         return 0.;
2260     }
2262 ##### Note
2264 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2265 One-to-five-line functions should be considered normal.
2267 ##### Note
2269 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2270 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2272 ##### Enforcement
2274 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2275   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2276 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2277   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2279 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2281 ##### Reason
2283  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2285 ##### Example
2287 The (in)famous factorial:
2289     constexpr int fac(int n)
2290     {
2291         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2292         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2293         int x = 1;
2294         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2295         return x;
2296     }
2298 This is C++14.
2299 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2301 ##### Note
2303 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2304 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.
2306     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2308     void test(int v)
2309     {
2310         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2311         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2312         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2313         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
2314     }
2316 ##### Note
2318 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2320     int dcount = 0;
2321     constexpr int double(int v)
2322     {
2323         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2324         return v + v;
2325     }
2327 This is usually a very good thing.
2329 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2330 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2331 if not, this is not an issue.
2332 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2333 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2335 ##### Note
2337 Don't try to make all functions `constexpr`.
2338 Most computation is best done at run time.
2340 ##### Note
2342 Any API that may eventually depend on high-level runtime configuration or
2343 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2344 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon 
2345 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2347 ##### Enforcement
2349 Impossible and unnecessary.
2350 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2352 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2354 ##### Reason
2356 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2357 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2358 We are still waiting.
2359 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2361 ##### Example
2363     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2365 ##### Exception
2367 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2368 An inline function is part of the ABI.
2370 ##### Note
2372 `constexpr` implies `inline`.
2374 ##### Note
2376 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2378 ##### Exception
2380 Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2382 ##### Enforcement
2384 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2386 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2388 ##### Reason
2390 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.
2392 ##### Example
2394 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2395 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2397 ##### Note
2399 `constexpr` functions can when evaluated at run time, so yu may need `noexcept` for some of those.
2401 ##### Example
2403 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2405     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2406     {
2407         vector<string> res;
2408         for (string s; is >> s;)
2409             res.push_back(s);
2410         return res;
2411     }
2413 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2414 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2415 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2417 ##### Note
2419 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2420 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2421 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2422 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2423 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2424 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2425 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2426 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2427 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2428 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2430 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2431 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2432 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2433 considering whether the possible exceptions can be handled.
2435 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2436 low-level functions.
2438 ##### Note
2440 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2442 ##### Enforcement
2444 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2445 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2447 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2449 ##### Reason
2451 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2452 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2453 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2455 ##### Example
2457     // accepts any int*
2458     void f(int*);
2460     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2461     void g(unique_ptr<int>);
2463     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2464     void g(shared_ptr<int>);
2466     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2467     void h(const unique_ptr<int>&);
2469     // accepts any int
2470     void h(int&);
2472 ##### Example, bad
2474     // callee
2475     void f(shared_ptr<widget>& w)
2476     {
2477         // ...
2478         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2479         // ...
2480     };
2482 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2484 ##### Note
2486 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2488 **See also**: [when to prefer `T*` and when to prefer `T&`](#Rf-ptr-ref).
2490 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2492 ##### Enforcement
2494 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2495 that is
2497 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2498 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2500 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2502 ##### Reason
2504 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2506 ##### Example
2508     template<class T>
2509     auto square(T t) { return t * t; }
2511 ##### Note
2513 `constexpr` functions are pure.
2515 When given a non-constant argument, a `constexpr` function can throw.
2516 If you consider exiting by throwing a side-effect, a `constexpr` function isn't completely pure;
2517 if not, this is not an issue.
2518 ??? A question for the committee: can a constructor for an exception thrown by a `constexpr` function modify state?
2519 "No" would be a nice answer that matches most practice.
2521 ##### Enforcement
2523 Not possible.
2525 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2527 ##### Reason
2529 Readability.
2530 Suppression of unused parameter warnings.
2532 ##### Example
2534     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2536 ##### Note
2538 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2540 ##### Enforcement
2542 Flag named unused parameters.
2544 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2546 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2548 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2550 ##### Reason
2552 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2553 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.
2555 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2557 Normal parameter passing:
2559 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2561 Advanced parameter passing:
2563 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2565 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2567 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2569 ##### Reason
2571 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2573 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2574 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.
2576 ##### Example
2578     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2580     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2582     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2584     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2586 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2588 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2589 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2590   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).
2591 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2593 ##### Example
2595     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2597     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2598     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2600     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2602 Avoid "esoteric techniques" such as:
2604 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2605   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2606 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2608 ##### Example
2610 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2612     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2613     {
2614         Matrix res;
2615         // ... fill res with the sum ...
2616         return res;
2617     }
2619     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2621     y = m3 + m3;         // move assignment
2623 ##### Notes
2625 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2627 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2628 There is no (legitimate) "null reference."
2629 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2631 ##### Enforcement
2633 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2634   Suggest using a reference to `const` instead.
2635 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2636 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2638 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2640 ##### Reason
2642 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2644 ##### Example
2646     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2648 ##### Note
2650 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2651 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2653     void f(string& s)
2654     {
2655         s = "New York";  // non-obvious error
2656     }
2658     void g()
2659     {
2660         string buffer = ".................................";
2661         f(buffer);
2662         // ...
2663     }
2665 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).
2666 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2668 ##### Enforcement
2670 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2671 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2673 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2675 ##### Reason
2677 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.
2679 ##### Example
2681     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2682         // usually there might be const accesses of v here
2683         store_somewhere(std::move(v));
2684         // usually no more use of v here; it is moved-from
2685     }
2687 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2688 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2691 ##### Exception
2693 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.
2695 For example:
2697     template <class T>
2698     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2699         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2700     }   // p gets destroyed
2702 ##### Enforcement
2704 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2705 * Flag access to moved-from objects.
2706 * Don't conditionally move from objects
2708 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2710 ##### Reason
2712 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.
2714 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.
2716 ##### Example
2718     template <class F, class... Args>
2719     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2720         return f(forward<Args>(args)...);
2721     }
2723     ??? calls ???
2725 ##### Enforcement
2727 * 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.
2729 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2731 ##### Reason
2733 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2735 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2737 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2739 ##### Example
2741     // OK: return pointers to elements with the value x
2742     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2744     // Bad: place pointers to elements with value x in out
2745     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2747 ##### Note
2749 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2751 It is not recommended to return a `const` value.
2752 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
2754     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
2756     vector<int> g(const vector<int>& vx)
2757     {
2758         // ...
2759         f() = vx;   // prevented by the "const"
2760         // ...
2761         return f(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
2762     }
2764 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
2765 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
2767 ##### Exceptions
2769 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2770 * 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).
2771 * 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).
2773 ##### Example
2775     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
2776         char header[16];
2777         char load[2024 - 16];
2778     };
2780     Package fill();       // Bad: large return value
2781     void fill(Package&);  // OK
2783     int val();            // OK
2784     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2786 ##### Enforcement
2788 * 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.
2789 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
2791 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
2793 ##### Reason
2795 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2796 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`,
2797 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
2799 ##### Example
2801     // BAD: output-only parameter documented in a comment
2802     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
2803     {
2804         // ...
2805         output_data = something();
2806         return status;
2807     }
2809     // GOOD: self-documenting
2810     tuple<int, string> f(const string& input)
2811     {
2812         // ...
2813         return make_tuple(status, something());
2814     }
2816 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2817 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
2819     // C++98
2820     result = my_set.insert("Hello");
2821     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2823 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2825     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
2826     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
2828     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
2829     if (success) do_something_with(iter);
2831 With C++17 we should be able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
2833     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
2835 ##### Exception
2837 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
2838 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
2839 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
2840 For example:
2842     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
2844     for (string s; cin >> s; ) {
2845         // do something with line
2846     }
2848 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
2849 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
2850 We pass `s` to avoid repeated allocations.
2851 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
2852 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
2853 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
2855 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
2857     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
2858     {
2859         string s;
2860         cin >> s;
2861         return {is, s};
2862     }
2864     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
2865         // do something with p.second
2866     }
2868 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
2870 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
2871 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
2872 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
2874 ##### Note
2876 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined "Value or error" type.
2877 For example:
2879     struct
2881 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents to independent entities rather than an abstraction.
2883 type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
2885 ##### Enforcement
2887 * Output parameters should be replaced by return values.
2888   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2890 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2892 ##### Reason
2894 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
2895 Enables significant tool support.
2897 ##### Note
2899 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2901 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2902 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2903 * Hold the `nullptr`
2904 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2905 * Identify an array with a length specified separately
2906 * Identify a location in an array
2908 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
2909 It complicates checking and tool support.
2911 ##### Example
2913     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
2914     {
2915         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
2916                         // assume it does not or use span<int>
2917         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
2918                         // assume it does not or use zstring
2919         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
2920                         // assume it does not or use owner
2921     }
2923 better
2925     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
2926     {
2927         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
2928         cout << s; // OK
2929         delete q;  // OK
2930     }
2932 ##### Note
2934 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
2936 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2938 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2940 ##### Enforcement
2942 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2944 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2946 ##### Reason
2948 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.
2949 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`.
2951 ##### Example
2953 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2954 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2956 Consider:
2958     int length(Record* p);
2960 When I call `length(p)` should I test for `p == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2962     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2963     int length(not_null<Record*> p);
2965     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2966     int length(Record* p);
2968 ##### Note
2970 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).
2972 ##### Note
2974 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2976 ##### Enforcement
2978 * (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.
2979 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
2980 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
2982 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
2984 ##### Reason
2986 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
2988 ##### Example
2990     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
2992     vector<X> vec;
2993     // ...
2994     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
2996 ##### Note
2998 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
2999 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array \[`p`:`p+n`),
3000 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3001 `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.
3003 ##### Example
3005 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3007     void f(span<int> s)
3008     {
3009         // range traversal (guaranteed correct)
3010         for (int x : s) cout << x << '\n';
3012         // C-style traversal (potentially checked)
3013         for (int i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3015         // random access (potentially checked)
3016         s[7] = 9;
3018         // extract pointers (potentially checked)
3019         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3020     }
3022 ##### Note
3024 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3026 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.
3028 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3030 ##### Enforcement
3032 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3034 ### <a name="Rf-string"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3036 ##### Reason
3038 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3039 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3041 ##### Example
3043 Consider:
3045     int length(const char* p);
3047 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
3049     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3050     int length(zstring p);
3052     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3053     int length(not_null<zstring> p);
3055 ##### Note
3057 `zstring` do not represent ownership.
3059 **See also**: [Support library](#S-gsl).
3061 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3063 ##### Reason
3065 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3067 ##### Example
3069     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3070     {
3071         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3072         switch (kind) {
3073         case kCircle:
3074             return make_unique<Circle>(is);
3075         case kTriangle:
3076             return make_unique<Triangle>(is);
3077         // ...
3078         }
3079     }
3081 ##### Note
3083 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).
3085 ##### Enforcement
3087 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3089 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3091 ##### Reason
3093 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3095 ##### Example
3097     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3099     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3100     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3101     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3102     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3104     // detach threads
3105     // last thread to finish deletes the image
3107 ##### Note
3109 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3110 `shared_ptr` is for shared ownership.
3112 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3114 ##### Alternative
3116 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3118 ##### Enforcement
3120 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3122 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3124 ##### Reason
3126 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3127 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.
3129 ##### Example
3131     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3132     {
3133         if (p == nullptr) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3134         return string{p};
3135     }
3137     void print(const vector<int>& r)
3138     {
3139         // r refers to a vector<int>; no check needed
3140     }
3142 ##### Note
3144 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;`).
3145 That error is very uncommon.
3147 ##### Note
3149 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3151 ##### Enforcement
3153 * Flag ???
3155 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3157 ##### Reason
3159 That's what pointers are good for.
3160 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3162 ##### Example
3164     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3165     {
3166         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
3167         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3168         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3169         return nullptr;
3170     }
3172 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3173 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3175 ##### Note
3177 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3178 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](???).
3180 ##### Note
3182 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3184 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
3186 ##### Enforcement
3188 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3189 Only owners should be deleted.
3190 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3191 Only owners should be responsible for deletion.
3193 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3195 ##### Reason
3197 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3199 ##### Example, bad
3201 After the return from a function its local objects no longer exist:
3203     int* f()
3204     {
3205         int fx = 9;
3206         return &fx;  // BAD
3207     }
3209     void g(int* p)   // looks innocent enough
3210     {
3211         int gx;
3212         cout << "*p == " << *p << '\n';
3213         *p = 999;
3214         cout << "gx == " << gx << '\n';
3215     }
3217     void h()
3218     {
3219         int* p = f();
3220         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3221         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3222     }
3224 Here on one popular implementation I got the output:
3226     *p == 999
3227     gx == 999
3229 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`.
3231 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3232 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3233 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3234 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3236 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3238 ##### Note
3240 This applies to references as well:
3242     int& f()
3243     {
3244         int x = 7;
3245         // ...
3246         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3247     }
3249 ##### Note
3251 This applies only to non-`static` local variables.
3252 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3254 ##### Example, bad
3256 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3258     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3260     template<class T>
3261     void steal(T x)
3262     {
3263         glob = x();  // BAD
3264     }
3266     void f()
3267     {
3268         int i = 99;
3269         steal([&] { return &i; });
3270     }
3272     int main()
3273     {
3274         f();
3275         cout << *glob << '\n';
3276     }
3278 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3279 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3281 ##### Note
3283 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.
3285 ##### Note
3287 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3288 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3290 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3292 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3293 It can be detected/prevented with similar techniques.
3295 ##### Enforcement
3297 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3298 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3300 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3302 ##### Reason
3304 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3306 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3307 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3309 ##### Example
3311     class Car
3312     {
3313         array<wheel, 4> w;
3314         // ...
3315     public:
3316         wheel& get_wheel(size_t i) { Expects(i < 4); return w[i]; }
3317         // ...
3318     };
3320     void use()
3321     {
3322         Car c;
3323         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3324     }
3326 ##### Enforcement
3328 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3330 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3332 ##### Reason
3334 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 ???.
3336 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&&`).
3338 ##### Example, bad
3340 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3342     template<class F>
3343     auto&& wrapper(F f)
3344     {
3345         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3346         return f();
3347     }
3349 ##### Example, good
3351 Better:
3353     template<class F>
3354     auto wrapper(F f)
3355     {
3356         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3357         return f();
3358     }
3360 ##### Exception
3362 `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 `&&`.
3364 ##### Enforcement
3366 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3368 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3370 ##### Reason
3372 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3373 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3375 ##### Example
3377         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3379         int main()
3380         {
3381             std::cout << "This is the way to do it\n";
3382         }
3384 ##### Note
3386 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3388 ##### Enforcement
3390 * The compiler should do it
3391 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3393 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3395 ##### Reason
3397 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3398 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-const)
3399 `*this`.  This ensures consistency with standard library types and follows the
3400 principle of "do as the ints do."
3402 ##### Note
3404 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3405 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.
3407 ##### Example
3409     class Foo
3410     {
3411      public:
3412         ...
3413         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3414           // Copy members.
3415           ...
3416           return *this;
3417         }
3418     };
3420 ##### Enforcement
3422 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3423 value) of any assignment operator.
3425 ### <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)
3427 ##### Reason
3429 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.
3431 ##### Example
3433     // writing a function that should only take an int or a string
3434     // -- overloading is natural
3435     void f(int);
3436     void f(const string&);
3438     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3439     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3440     vector<work> v = lots_of_work();
3441     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3442         pool.run([=, &v]{
3443             /*
3444             ...
3445             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3446             ...
3447             */
3448         });
3449     }
3450     pool.join();
3452 ##### Exception
3454 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.
3456 ##### Enforcement
3458 * 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.
3460 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3462 ##### Reason
3464 Default arguments simply provides alternative interfaces to a single implementation.
3465 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3466 The use of default arguments can avoid code replication.
3468 ##### Note
3470 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3471 For example:
3473     void print(const string& s, format f = {});
3475 as opposed to
3477     void print(const string& s);  // use default format
3478     void print(const string& s, format f);
3480 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:
3482     void print(const char&);
3483     void print(int);
3484     void print(zstring);
3486 ##### See also
3489 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3491 ##### Enforcement
3493     ???
3495 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3497 ##### Reason
3499 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.
3501 ##### Example
3503 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.
3505     void send_packets(buffers& bufs)
3506     {
3507         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3508         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3509         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3510         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3511     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3513 ##### Enforcement
3517 ### <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
3519 ##### Reason
3521 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.
3523 ##### Example, bad
3525     int local = 42;
3527     // Want a reference to local.
3528     // Note, that after program exits this scope,
3529     // local no longer exists, therefore
3530     // process() call will have undefined behavior!
3531     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3533 ##### Example, good
3535     int local = 42;
3536     // Want a copy of local.
3537     // Since a copy of local is made, it will
3538     // always be available for the call.
3539     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3541 ##### Enforcement
3543 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3544 * (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
3546 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3548 ##### Reason
3550 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.
3552 ##### Example
3554     class My_class {
3555         int x = 0;
3556         // ...
3558         void f() {
3559             int i = 0;
3560             // ...
3562             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3563             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3564             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3566             x = 42;
3567             lambda(); // calls use(42);
3568             x = 43;
3569             lambda(); // calls use(43);
3571             // ...
3573             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3575             // ...
3576         }
3577     };
3579 ##### Note
3581 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.
3583 ##### Enforcement
3585 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3587 # <a name="S-class"></a>C: Classes and Class Hierarchies
3589 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3590 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3592 Class rule summary:
3594 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3595 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3596 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3597 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3598 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3599 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3600 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3601 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3603 Subsections:
3605 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3606 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3607 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3608 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3609 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3610 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3611 * [C.union: Unions](#SS-union)
3613 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3615 ##### Reason
3617 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3619 ##### Example
3621     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3622     void draw(Point from, Point to);          // better
3624 ##### Note
3626 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3628 ##### Note
3630 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3632 ##### Enforcement
3634 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3636 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3638 ##### Reason
3640 Readability.
3641 Ease of comprehension.
3642 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3643 This is a useful convention.
3645 ##### Note
3647 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3648 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3649 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3651 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3653 ##### Example
3655     struct Pair {  // the members can vary independently
3656         string name;
3657         int volume;
3658     };
3660 but:
3662     class Date {
3663     public:
3664         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3665         Date(int yy, Month mm, char dd);
3666         // ...
3667     private:
3668         int y;
3669         Month m;
3670         char d;    // day
3671     };
3673 ##### Note
3675 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
3676 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
3677 This effectively means the definer need to define an invariant.
3679 * See also [define a class with private data as `class`](#Rc-class).
3680 * See also [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order).
3681 * See also [minimize exposure of members](#Rc-private).
3682 * See also [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
3684 ##### Enforcement
3686 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3688 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3690 ##### Reason
3692 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3694 ##### Example
3696     class Date {
3697         // ... some representation ...
3698     public:
3699         Date();
3700         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3701         Date(int yy, Month mm, char dd);
3703         int day() const;
3704         Month month() const;
3705         // ...
3706     };
3708 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3710 ##### Note
3712 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3713 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.
3714 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3715 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3717 ##### Enforcement
3721 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3723 ##### Reason
3725 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.
3727 ##### Example
3729     class Date {
3730         // ... relatively small interface ...
3731     };
3733     // helper functions:
3734     Date next_weekday(Date);
3735     bool operator==(Date, Date);
3737 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3739 ##### Note
3741 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
3743 ##### Exception
3745 The language requires `virtual` funtions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
3746 In particular, members of an abstract class rarely do.
3748 Note [multimethods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
3750 ##### Exception
3752 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
3754 ###### Exception
3756 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
3758     class Foobar {
3759         void foo(int x)    { /* manipulate private data */ }
3760         void foo(double x) { foo(std::round(x)); }
3761         // ...
3762     private:
3763         // ...
3764     };
3766 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
3768     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
3770 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
3772 ##### Enforcement
3774 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
3775 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3776 * Ignore `virtual` functions.
3777 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
3778 * Ignore functions returning `this`.
3780 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3782 ##### Reason
3784 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.
3785 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.
3787 ##### Example
3789     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3791         class Time { /* ... */ };
3792         class Date { /* ... */ };
3794         // helper functions:
3795         bool operator==(Date, Date);
3796         Date next_weekday(Date);
3797         // ...
3798     }
3800 ##### Note
3802 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
3804 ##### Enforcement
3806 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3808 ### <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
3810 ##### Reason
3812 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
3814 ##### Example; bad
3816     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
3818 ##### Example; good
3820     struct Data { /*...*/ };
3821     Data data{ /*...*/ };
3823 ##### Enforcement
3825 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
3827 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
3829 ##### Reason
3831 Readability.
3832 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
3833 This is a useful convention.
3835 ##### Example, bad
3837     struct Date {
3838         int d, m;
3840         Date(int i, Month m);
3841         // ... lots of functions ...
3842     private:
3843         int y;  // year
3844     };
3846 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
3847 but nearly everything is wrong from a design perspective.
3848 The private data is hidden far from the public data.
3849 The data is split in different parts of the class declaration.
3850 Different parts of the data have different access.
3851 All of this decreases readability and complicates maintenance.
3853 ##### Note
3855 Prefer to place the interface first in a class [see](#Rl-order).
3857 ##### Enforcement
3859 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `public` member.
3861 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
3863 ##### Reason
3865 Encapsulation.
3866 Information hiding.
3867 Minimize the chance of untended access.
3868 This simplifies maintenance.
3870 ##### Example
3872     ???
3874 ##### Note
3876 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
3878 ##### Enforcement
3880 Flag protected data.
3882 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
3884 One ideal for a class is to be a regular type.
3885 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3886 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.
3887 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
3888 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3889 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3890 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
3892 Concrete type rule summary:
3894 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
3895 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3897 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10 Prefer concrete types over class hierarchies
3899 ##### Reason
3901 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3902 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3903 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3905 ##### Example
3907     class Point1 {
3908         int x, y;
3909         // ... operations ...
3910         // ... no virtual functions ...
3911     };
3913     class Point2 {
3914         int x, y;
3915         // ... operations, some virtual ...
3916         virtual ~Point2();
3917     };
3919     void use()
3920     {
3921         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
3922         Point1 p12 {p11};    // a copy
3924         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3925         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
3926         // ...
3927     }
3929 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.
3930 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3932 ##### Note
3934 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3936 ##### Note
3938 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3939 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3940 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3941 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.
3943 ##### Enforcement
3947 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
3949 ##### Reason
3951 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3953 ##### Example
3955     struct Bundle {
3956         string name;
3957         vector<Record> vr;
3958     };
3960     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
3961     {
3962         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
3963     }
3965     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3966     Bundle b2 = b1;
3967     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3968     b2.name = "the other bundle";
3969     if (b1 == b2) error("No!");
3971 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
3973 ##### Enforcement
3977 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
3979 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
3980 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
3982 These are *default operations*:
3984 * a default constructor: `X()`
3985 * a copy constructor: `X(const X&)`
3986 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
3987 * a move constructor: `X(X&&)`
3988 * a move assignment: `operator=(X&&)`
3989 * a destructor: `~X()`
3991 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
3993 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
3994 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
3996 Set of default operations rules:
3998 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
3999 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4000 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4002 Destructor rules:
4004 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4005 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4006 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4007 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4008 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
4009 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
4010 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4011 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4013 Constructor rules:
4015 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4016 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4017 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4018 * [C.43: Ensure that a class has a default constructor](#Rc-default0)
4019 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4020 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4021 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4022 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4023 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4024 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4025 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4026 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4027 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4029 Copy and move rules:
4031 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4032 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4033 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4034 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4035 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4036 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4037 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4038 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
4040 Other default operations rules:
4042 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4043 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4044 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4045 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4046 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4047 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4048 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4049 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4050 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4052 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4054 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4055 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4057 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4059 ##### Reason
4061 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4063 ##### Example
4065     struct Named_map {
4066     public:
4067         // ... no default operations declared ...
4068     private:
4069         string name;
4070         map<int, int> rep;
4071     };
4073     Named_map nm;        // default construct
4074     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4076 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4078 ##### Note
4080 This is known as "the rule of zero".
4082 ##### Enforcement
4084 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4085 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`.
4087 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4089 ##### Reason
4091 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.
4093 ##### Example, bad
4095     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4096     public:
4097         // ...
4098         // ... no copy or move operations ...
4099         ~M2() { delete[] rep; }
4100     private:
4101         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4102     };
4104     void use()
4105     {
4106         M2 x;
4107         M2 y;
4108         // ...
4109         x = y;   // the default assignment
4110         // ...
4111     }
4113 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).
4115 ##### Note
4117 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4119 ##### Note
4121 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.
4122 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4124 ##### Note
4126 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4128 ##### Note
4130 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4132 ##### Enforcement
4134 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4136 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4138 ##### Reason
4140 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4141 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.
4143 ##### Example, bad
4145     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4146         class Impl {
4147             // ...
4148         };
4149         shared_ptr<Impl> p;
4150     public:
4151         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4152         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4153         // ...
4154     };
4156 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4158 ##### Enforcement
4160 * (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.
4161 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4162 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4163 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4165 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4167 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4168 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);
4169 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4170 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4172 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4174 ##### Reason
4176 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4177 If the default destructor is sufficient, use it.
4178 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4180 ##### Example
4182     template<typename A>
4183     struct final_action {   // slightly simplified
4184         A act;
4185         final_action(A a) :act{a} {}
4186         ~final_action() { act(); }
4187     };
4189     template<typename A>
4190     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4191     {
4192         return final_action<A>{act};
4193     }
4195     void test()
4196     {
4197         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4198         // ...
4199         if (something) return;   // act done here
4200         // ...
4201     } // act done here
4203 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4205 ##### Note
4207 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4209 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4210 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4212 ##### Example, bad
4214     class Foo {   // bad; use the default destructor
4215     public:
4216         // ...
4217         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4218     private:
4219         string s;
4220         int i;
4221         vector<int> vi;
4222     };
4224 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4226 ##### Note
4228 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4230 ##### Enforcement
4232 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4234 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4236 ##### Reason
4238 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4240 ##### Note
4242 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4244 ##### Example
4246     class X {
4247         ifstream f;   // may own a file
4248         // ... no default operations defined or =deleted ...
4249     };
4251 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4253 ##### Example, bad
4255     class X2 {     // bad
4256         FILE* f;   // may own a file
4257         // ... no default operations defined or =deleted ...
4258     };
4260 `X2` may leak a file handle.
4262 ##### Note
4264 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4265 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4266 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4267 See [discussion](#Sd-never-fail).
4268 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4269 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4270 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4272 ##### Note
4274 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4275 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4276 For example:
4278     Preprocessor pp { /* ... */ };
4279     Parser p { pp, /* ... */ };
4280     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4282 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4284 ##### Enforcement
4286 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4287   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4288 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4289   (e.g., look into the constructors).
4291 ### <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
4293 ##### Reason
4295 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4297 ##### Example
4299     ???
4301 ##### Note
4303 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4304 This will aid documentation and analysis.
4306 ##### Enforcement
4308 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4310 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4312 ##### Reason
4314 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4316 ##### Example
4318 A pointer member may represent a resource.
4319 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4320 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4322     template<typename T>
4323     class Smart_ptr {
4324         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4325         // ...
4326     public:
4327         // ... no user-defined default operations ...
4328     };
4330     void use(Smart_ptr<int> p1)
4331     {
4332         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4333         auto p2 = p1;
4334     }
4336 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4338     template<typename T>
4339     class Smart_ptr2 {
4340         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4341         // ...
4342     public:
4343         // ... no user-defined copy operations ...
4344         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4345     };
4347     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4348     {
4349         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4350     }
4352 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:
4354     template<typename T>
4355     class Smart_ptr3 {
4356         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4357         // ...
4358     public:
4359         // ...
4360         // ... copy and move operations ...
4361         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4362     };
4364     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4365     {
4366         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4367     }
4369 ##### Note
4371 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.
4373 ##### Note
4375 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4376 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4378 ##### Enforcement
4380 * A class with a pointer data member is suspect.
4381 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4383 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a>C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
4385 ##### Reason
4387 A reference member may represent a resource.
4388 It should not do so, but in older code, that's common.
4389 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
4390 Also, copying may lead to slicing.
4392 ##### Example, bad
4394     class Handle {  // Very suspect
4395         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4396                     // BAD: vague about ownership of *p
4397         // ...
4398     public:
4399         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4400         // ...
4401     };
4403 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
4404 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
4406 ##### Example
4408     class Handle {        // OK
4409         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4410         // ...
4411     public:
4412         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4413         ~Handle() { delete &s; }
4414         // ...
4415     };
4417 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
4419     // the Handle had better own the Circle or we have a leak
4420     Handle x {*new Circle{p1, 17}};
4422     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
4423     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
4425 That `x = y` is highly suspect.
4426 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
4427 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
4429 ##### Note
4431 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
4432 Changing from references to smart pointers implies code changes.
4433 We don't (yet) have smart references.
4434 Also, that may affect ABIs.
4436 ##### Enforcement
4438 * A class with a reference data member is suspect.
4439 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
4441 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4443 ##### Reason
4445 To prevent undefined behavior.
4446 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.
4447 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.
4448 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4450 ##### Discussion
4452 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4454 ##### Example, bad
4456     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4457         virtual void f();
4458     };
4460     struct D : Base {
4461         string s {"a resource needing cleanup"};
4462         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4463         // ...
4464     };
4466     void use()
4467     {
4468         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4469         // ...
4470     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4472 ##### Note
4474 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4475 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4477 ##### Note
4479 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4481     class X {
4482         ~X();   // private destructor
4483         // ...
4484     };
4486     void use()
4487     {
4488         X a;                        // error: cannot destroy
4489         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4490     }
4492 ##### Exception
4494 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.
4496 ##### Enforcement
4498 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4500 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4502 ##### Reason
4504 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4505 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4507 ##### Example
4509     class X {
4510     public:
4511         ~X() noexcept;
4512         // ...
4513     };
4515     X::~X() noexcept
4516     {
4517         // ...
4518         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4519         // ...
4520     }
4522 ##### Note
4524 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4525 None have succeeded to come up with a general scheme.
4526 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4527 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4528 See [discussion](#Sd-dtor).
4529 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4530 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4532 ##### Note
4534 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4536 ##### Note
4538 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4539 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4540 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4541 Consider the "my connection will not close" example.
4542 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.
4543 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4545 ##### Note
4547 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4548 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4550 ##### Enforcement
4552 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4554 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4556 ##### Reason
4558  [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.
4560 ##### Note
4562 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.
4564 ##### Enforcement
4566 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4568 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4570 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4572 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4574 ##### Reason
4576 That's what constructors are for.
4578 ##### Example
4580     class Date {  // a Date represents a valid date
4581                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4582         Date(int dd, int mm, int yy)
4583             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4584         {
4585             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4586         }
4587         // ...
4588     private:
4589         int d, m, y;
4590     };
4592 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4594 ##### Note
4596 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4598     struct Rec {
4599         string s;
4600         int i {0};
4601         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4602         Rec(int ii) :i{ii} {}
4603     };
4605     Rec r1 {7};
4606     Rec r2 {"Foo bar"};
4608 ##### Note
4610 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4612     struct Rec2{
4613         string s;
4614         int i;
4615         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
4616     };
4618     Rec2 r1 {"Foo", 7};
4619     Rec2 r2 {"Bar"};
4621 The `Rec2` constructor is redundant.
4622 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4624 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
4626 ##### Enforcement
4628 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
4630 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
4632 ##### Reason
4634 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
4636 ##### Example, bad
4638     class X1 {
4639         FILE* f;   // call init() before any other function
4640         // ...
4641     public:
4642         X1() {}
4643         void init();   // initialize f
4644         void read();   // read from f
4645         // ...
4646     };
4648     void f()
4649     {
4650         X1 file;
4651         file.read();   // crash or bad read!
4652         // ...
4653         file.init();   // too late
4654         // ...
4655     }
4657 Compilers do not read comments.
4659 ##### Exception
4661 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
4663 ##### Enforcement
4665 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4666 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
4668 ##### Note
4670 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
4671 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
4673 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
4675 ##### Reason
4677 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
4679 ##### Example
4681     class X2 {
4682         FILE* f;   // call init() before any other function
4683         // ...
4684     public:
4685         X2(const string& name)
4686             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
4687         {
4688             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
4689             // ...
4690         }
4692         void read();      // read from f
4693         // ...
4694     };
4696     void f()
4697     {
4698         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
4699         file.read();      // fine
4700         // ...
4701     }
4703 ##### Example, bad
4705     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
4706         FILE* f;   // call init() before any other function
4707         bool valid;
4708         // ...
4709     public:
4710         X3(const string& name)
4711             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
4712         {
4713             if (f) valid = true;
4714             // ...
4715         }
4717         bool is_valid() { return valid; }
4718         void read();   // read from f
4719         // ...
4720     };
4722     void f()
4723     {
4724         X3 file {"Heraclides"};
4725         file.read();   // crash or bad read!
4726         // ...
4727         if (file.is_valid()) {
4728             file.read();
4729             // ...
4730         }
4731         else {
4732             // ... handle error ...
4733         }
4734         // ...
4735     }
4737 ##### Note
4739 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.
4740 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
4742 ##### Exception
4744 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.
4745 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
4747 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
4748 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
4750 ##### Note
4752 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
4753 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
4754 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)
4756 ##### Enforcement
4758 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a class has a default constructor
4760 ##### Reason
4762 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
4764 ##### Example , bad
4766     class Date { // BAD: no default constructor
4767     public:
4768         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4769         // ...
4770     };
4772     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
4773     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});   // alternative
4775 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.
4777 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.
4778 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
4779 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
4781 ##### Example
4783     class Date {
4784     public:
4785         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4786         Date() = default; // See also C.45
4787         // ...
4788     private:
4789         int dd = 1;
4790         int mm = 1;
4791         int yyyy = 1970;
4792         // ...
4793     };
4795     vector<Date> vd1(1000);
4797 ##### Note
4799 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
4801     struct X {
4802         string s;
4803         vector<int> v;
4804     };
4806     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
4808 Beware that built-in types are not properly default constructed:
4810     struct X {
4811         string s;
4812         int i;
4813     };
4815     void f()
4816     {
4817         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
4819         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
4820         ++x.i;
4821     }
4823 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
4824 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
4825 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
4826 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
4828     struct X {
4829         string s;
4830         int i {};   // default initialize (to 0)
4831     };
4833 ##### Enforcement
4835 * Flag classes without a default constructor
4837 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
4839 ##### Reason
4841 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
4843 ##### Example, problematic
4845     template<typename T>
4846     // elem points to space-elem element allocated using new
4847     class Vector0 {
4848     public:
4849         Vector0() :Vector0{0} {}
4850         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4851         // ...
4852     private:
4853         own<T*> elem;
4854         T* space;
4855         T* last;
4856     };
4858 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4859 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4860 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4862 ##### Example
4864     template<typename T>
4865     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4866     class Vector1 {
4867     public:
4868         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4869         Vector1() noexcept {}
4870         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4871         // ...
4872     private:
4873         own<T*> elem = nullptr;
4874         T* space = nullptr;
4875         T* last = nullptr;
4876     };
4878 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4879 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4881 ##### Enforcement
4883 * Flag throwing default constructors
4885 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4887 ##### Reason
4889 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4891 ##### Example, bad
4893     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4894         string s;
4895         int i;
4896     public:
4897         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4898         // ...
4899     };
4901 ##### Example
4903     class X2 {
4904         string s = "default";
4905         int i = 1;
4906     public:
4907         // use compiler-generated default constructor
4908         // ...
4909     };
4911 ##### Enforcement
4913 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4915 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4917 ##### Reason
4919 To avoid unintended conversions.
4921 ##### Example, bad
4923     class String {
4924         // ...
4925     public:
4926         String(int);   // BAD
4927         // ...
4928     };
4930     String s = 10;   // surprise: string of size 10
4932 ##### Exception
4934 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4936     class Complex {
4937         // ...
4938     public:
4939         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4940         // ...
4941     };
4943     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4945 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4947 ##### Enforcement
4949 (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".
4951 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4953 ##### Reason
4955 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4957 ##### Example, bad
4959     class Foo {
4960         int m1;
4961         int m2;
4962     public:
4963         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
4964         // ...
4965     };
4967     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4969 ##### Enforcement
4971 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4973 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4975 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
4977 ##### Reason
4979 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.
4981 ##### Example, bad
4983     class X {   // BAD
4984         int i;
4985         string s;
4986         int j;
4987     public:
4988         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
4989         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
4990         // ...
4991     };
4993 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.
4995 ##### Example
4997     class X2 {
4998         int i {666};
4999         string s {"qqq"};
5000         int j {0};
5001     public:
5002         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5003         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5004         // ...
5005     };
5007 **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:
5009     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5010         int i;
5011         string s;
5012         int j;
5013     public:
5014         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5015             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5016         // ...
5017     };
5019 ##### Enforcement
5021 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5022 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5024 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5026 ##### Reason
5028 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5030 ##### Example, good
5032     class A {   // Good
5033         string s1;
5034     public:
5035         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
5036         // ...
5037     };
5039 ##### Example, bad
5041     class B {   // BAD
5042         string s1;
5043     public:
5044         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5045         // ...
5046     };
5048     class C {   // UGLY, aka very bad
5049         int* p;
5050     public:
5051         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5052         // ...
5053     };
5055 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5057 ##### Reason
5059 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.
5061 ##### Example, bad
5063     class B {
5064     public:
5065         B()
5066         {
5067             // ...
5068             f();   // BAD: virtual call in constructor
5069             // ...
5070         }
5072         virtual void f() = 0;
5074         // ...
5075     };
5077 ##### Example
5079     class B {
5080     protected:
5081         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
5083         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
5084         {
5085             // ...
5086             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
5087             // ...
5088         }
5090     public:
5091         virtual void f() = 0;
5093         template<class T>
5094         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating objects
5095         {
5096             auto p = make_shared<T>();
5097             p->PostInitialize();
5098             return p;
5099         }
5100     };
5102     class D : public B { /* ... */ };            // some derived class
5104     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
5106 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5107 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5109 ##### Note
5111 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5113 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5115 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5117 ##### Reason
5119 To avoid repetition and accidental differences.
5121 ##### Example, bad
5123     class Date {   // BAD: repetitive
5124         int d;
5125         Month m;
5126         int y;
5127     public:
5128         Date(int ii, Month mm, year yy)
5129             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5130             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5132         Date(int ii, Month mm)
5133             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
5134             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5135         // ...
5136     };
5138 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5140 ##### Example
5142     class Date2 {
5143         int d;
5144         Month m;
5145         int y;
5146     public:
5147         Date2(int ii, Month mm, year yy)
5148             :i{ii}, m{mm}, y{yy}
5149             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
5151         Date2(int ii, Month mm)
5152             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
5153         // ...
5154     };
5156 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5158 ##### Enforcement
5160 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5162 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5164 ##### Reason
5166 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
5168 ##### Example
5170 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5172     class Rec {
5173         // ... data and lots of nice constructors ...
5174     };
5176     class Oper : public Rec {
5177         using Rec::Rec;
5178         // ... no data members ...
5179         // ... lots of nice utility functions ...
5180     };
5182 ##### Example, bad
5184     struct Rec2 : public Rec {
5185         int x;
5186         using Rec::Rec;
5187     };
5189     Rec2 r {"foo", 7};
5190     int val = r.x;   // uninitialized
5192 ##### Enforcement
5194 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5196 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5198 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5199 Resource handles may or may not be copyable.
5200 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5202 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5204 ##### Reason
5206 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)).
5208 ##### Example
5210     class Foo {
5211     public:
5212         Foo& operator=(const Foo& x)
5213         {
5214             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5215             auto tmp = x;
5216             std::swap(*this, tmp);
5217             return *this;
5218         }
5219         // ...
5220     };
5222     Foo a;
5223     Foo b;
5224     Foo f();
5226     a = b;    // assign lvalue: copy
5227     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5229 ##### Note
5231 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
5233 ##### Example
5235 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:
5237     template<typename T>
5238     class Vector {
5239     public:
5240         Vector& operator=(const Vector&);
5241         // ...
5242     private:
5243         T* elem;
5244         int sz;
5245     };
5247     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5248     {
5249         if (a.sz > sz) {
5250             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5251             return *this
5252         }
5253         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5254         if (a.sz < sz) {
5255             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5256         }
5257         return *this;
5258     }
5260 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).
5262 **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&)`.
5263 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5265 ##### Enforcement
5267 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5268 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5269 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5270   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5272 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5274 ##### Reason
5276 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5277 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).
5279 ##### Example
5281     class X {   // OK: value semantics
5282     public:
5283         X();
5284         X(const X&);     // copy X
5285         void modify();   // change the value of X
5286         // ...
5287         ~X() { delete[] p; }
5288     private:
5289         T* p;
5290         int sz;
5291     };
5293     bool operator==(const X& a, const X& b)
5294     {
5295         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5296     }
5298     X::X(const X& a)
5299         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5300     {
5301         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
5302     }
5304     X x;
5305     X y = x;
5306     if (x != y) throw Bad{};
5307     x.modify();
5308     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5310 ##### Example
5312     class X2 {  // OK: pointer semantics
5313     public:
5314         X2();
5315         X2(const X&) = default; // shallow copy
5316         ~X2() = default;
5317         void modify();          // change the value of X
5318         // ...
5319     private:
5320         T* p;
5321         int sz;
5322     };
5324     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5325     {
5326         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5327     }
5329     X2 x;
5330     X2 y = x;
5331     if (x != y) throw Bad{};
5332     x.modify();
5333     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5335 ##### Note
5337 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.
5339 ##### Enforcement
5341 (Not enforceable)
5343 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5345 ##### Reason
5347 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5349 ##### Example
5351 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5353     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5354     v = v;
5355     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5357 ##### Note
5359 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5361     struct Bar {
5362         vector<pair<int, int>> v;
5363         map<string, int> m;
5364         string s;
5365     };
5367     Bar b;
5368     // ...
5369     b = b;   // correct and efficient
5371 ##### Note
5373 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)).
5375     class Foo {
5376         string s;
5377         int i;
5378     public:
5379         Foo& operator=(const Foo& a);
5380         // ...
5381     };
5383     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5384     {
5385         if (this == &a) return *this;
5386         s = a.s;
5387         i = a.i;
5388         return *this;
5389     }
5391 This is obviously safe and apparently efficient.
5392 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5393 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).
5394 Consider:
5396     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5397     {
5398         s = a.s;
5399         i = a.i;
5400         return *this;
5401     }
5403 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5405 ##### Enforcement
5407 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5409 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5411 ##### Reason
5413 It is simple and efficient.
5415 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5417 ##### Enforcement
5419 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5421 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5422 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5423 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5425 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5427 ##### Reason
5429 That is the generally assumed semantics.
5430 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5432 ##### Example
5434     template<typename T>
5435     class X {   // OK: value semantics
5436     public:
5437         X();
5438         X(X&& a);          // move X
5439         void modify();     // change the value of X
5440         // ...
5441         ~X() { delete[] p; }
5442     private:
5443         T* p;
5444         int sz;
5445     };
5448     X::X(X&& a)
5449         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5450     {
5451         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5452         a.sz = 0;
5453     }
5455     void use()
5456     {
5457         X x{};
5458         // ...
5459         X y = std::move(x);
5460         x = X{};   // OK
5461     } // OK: x can be destroyed
5463 ##### Note
5465 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
5466 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
5467 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
5468 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5469 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it it possible to assign to a moved-from object.
5470 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5472 ##### Note
5474 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5476 ##### Enforcement
5478 (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.
5480 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5482 ##### Reason
5484 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.
5486 ##### Example
5488     class Foo {
5489         string s;
5490         int i;
5491     public:
5492         Foo& operator=(Foo&& a);
5493         // ...
5494     };
5496     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
5497     {
5498         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5499         s = std::move(a.s);
5500         i = a.i;
5501         return *this;
5502     }
5504 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.
5506 ##### Note
5508 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).
5510 ##### Note
5512 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.
5514 ##### Example
5516 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5518     // move from other.ptr to this->ptr
5519     T* temp = other.ptr;
5520     other.ptr = nullptr;
5521     delete ptr;
5522     ptr = temp;
5524 ##### Enforcement
5526 * (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`.
5527 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5529 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5531 ##### Reason
5533 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5534 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5536 ##### Example
5538     template<typename T>
5539     class Vector {
5540         // ...
5541         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5542         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5543         // ...
5544     public:
5545         T* elem;
5546         int sz;
5547     };
5549 These copy operations do not throw.
5551 ##### Example, bad
5553     template<typename T>
5554     class Vector2 {
5555         // ...
5556         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
5557         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
5558         // ...
5559     public:
5560         T* elem;
5561         int sz;
5562     };
5564 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
5566 ##### Enforcement
5568 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
5570 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
5572 ##### Reason
5574 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
5576 ##### Example, bad
5578     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
5579         int data;
5580         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
5581     };
5583     class D : public B {
5584         string more_data; // add a data member
5585         // ...
5586     };
5588     auto d = make_unique<D>();
5590     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.more_data
5591     auto b = make_unique<B>(d);
5593 ##### Example
5595     class B { // GOOD: base class suppresses copying
5596         B(const B&) = delete;
5597         B& operator=(const B&) = delete;
5598         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
5599         // ...
5600     };
5602     class D : public B {
5603         string more_data; // add a data member
5604         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
5605         // ...
5606     };
5608     auto d = make_unique<D>();
5609     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
5611 ##### Note
5613 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.
5615 ##### Exception
5617 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
5619 ##### Enforcement
5621 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
5623 ## C.other: Other default operation rules
5625 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
5626 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
5627 comparisons, `swap`, and `hash`.
5629 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
5631 ##### Reason
5633 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
5635 ##### Example
5637     class Tracer {
5638         string message;
5639     public:
5640         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5641         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5643         Tracer(const Tracer&) = default;
5644         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
5645         Tracer(Tracer&&) = default;
5646         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
5647     };
5649 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
5651 ##### Example, bad
5653     class Tracer2 {
5654         string message;
5655     public:
5656         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5657         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5659         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
5660         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
5661         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
5662         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
5663     };
5665 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
5667 ##### Enforcement
5669 (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
5671 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
5673 ##### Reason
5675 In a few cases, a default operation is not desirable.
5677 ##### Example
5679     class Immortal {
5680     public:
5681         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
5682         // ...
5683     };
5685     void use()
5686     {
5687         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
5688         Immortal* p = new Immortal{};
5689         delete p;       // error: cannot destroy *p
5690     }
5692 ##### Example
5694 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:
5696     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
5697     public:
5698         // ...
5699         constexpr unique_ptr() noexcept;
5700         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
5701         // ...
5702         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
5703         // ...
5704         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
5705         // ...
5706     };
5708     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
5710     void f()
5711     {
5712         unique_ptr<int> pi {};
5713         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
5714         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
5715     }
5717 ##### Enforcement
5719 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.
5721 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5723 ##### Reason
5725 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
5726 This can be most confusing.
5727 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
5729 ##### Example, bad
5731     class Base {
5732     public:
5733         virtual void f() = 0;   // not implemented
5734         virtual void g();       // implemented with Base version
5735         virtual void h();       // implemented with Base version
5736     };
5738     class Derived : public Base {
5739     public:
5740         void g() override;   // provide Derived implementation
5741         void h() final;      // provide Derived implementation
5743         Derived()
5744         {
5745             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
5746             f();
5748             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
5749             g();
5751             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
5752             Derived::g();
5754             // ok, no qualification needed, h is final
5755             h();
5756         }
5757     };
5759 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
5761 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
5763 ##### Note
5765 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
5766 The semantics of such calls is type safe.
5767 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
5769 ##### Enforcement
5771 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
5773 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
5775 ##### Reason
5777 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).
5779 ##### Example, good
5781     class Foo {
5782         // ...
5783     public:
5784         void swap(Foo& rhs) noexcept
5785         {
5786             m1.swap(rhs.m1);
5787             std::swap(m2, rhs.m2);
5788         }
5789     private:
5790         Bar m1;
5791         int m2;
5792     };
5794 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
5796     void swap(Foo& a, Foo& b)
5797     {
5798         a.swap(b);
5799     }
5801 ##### Enforcement
5803 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
5804 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5806 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
5808 ##### Reason
5810  `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.
5812 ##### Example, bad
5814     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
5815     {
5816         auto tmp = x;   // copy elements
5817         x = y;
5818         y = tmp;
5819     }
5821 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.
5823 ##### Enforcement
5825 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5827 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
5829 ##### Reason
5831  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
5832 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5834 ##### Enforcement
5836 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5838 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5840 ##### Reason
5842 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
5843 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
5845 ##### Example
5847     class X {
5848         string name;
5849         int number;
5850     };
5852     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
5853         return a.name == b.name && a.number == b.number;
5854     }
5856 ##### Example, bad
5858     class B {
5859         string name;
5860         int number;
5861         bool operator==(const B& a) const {
5862             return name == a.name && number == a.number;
5863         }
5864         // ...
5865     };
5867 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5869 ##### Note
5871 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
5872 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
5874 #### Note
5876 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5878 ##### Enforcement
5880 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5881 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5883 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
5885 ##### Reason
5887 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
5889 ##### Example, bad
5891     class B {
5892         string name;
5893         int number;
5894         virtual bool operator==(const B& a) const
5895         {
5896              return name == a.name && number == a.number;
5897         }
5898         // ...
5899     };
5901 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5903     class D :B {
5904         char character;
5905         virtual bool operator==(const D& a) const
5906         {
5907             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5908         }
5909         // ...
5910     };
5912     B b = ...
5913     D d = ...
5914     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
5915     d == b;    // error: no == defined
5916     D d2;
5917     d == d2;   // compares name, number, and character
5918     B& b2 = d2;
5919     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
5921 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5923 #### Note
5925 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5927 ##### Enforcement
5929 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5931 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
5933 ##### Reason
5935 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
5936 It's a standard-library requirement.
5938 ##### Example, bad
5940     template<>
5941     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
5942         using result_type = size_t;
5943         using argument_type = My_type;
5945         size_t operator() (const My_type & x) const
5946         {
5947             size_t xs = x.s.size();
5948             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
5949             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
5950         }
5951     };
5953     int main()
5954     {
5955         unordered_map<My_type, int> m;
5956         My_type mt{ "asdfg" };
5957         m[mt] = 7;
5958         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
5959     }
5961 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
5962 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
5964 ##### Enforcement
5966 * Flag throwing `hash`es.
5968 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
5970 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5971 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
5973 Summary of container rules:
5975 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
5976 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
5977 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
5978 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
5979 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
5980 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
5981 * ???
5982 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
5984 **See also**: [Resources](#S-resource)
5986 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
5988 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
5989 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
5990 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
5992 Summary:
5994 * [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)
5995 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
5996 * [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)
5997 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
5999 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6001 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6002 Typically base classes act as interfaces.
6003 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6005 Class hierarchy rule summary:
6007 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6008 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6009 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6011 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6013 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6014 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6015 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6016 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6017 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
6018 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6019 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6020 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6021 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6022 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6023 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6024 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6025 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6026 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6027 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6029 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6031 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6032 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6033 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
6034 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
6035 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6036 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6037 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6038 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6040 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6042 ##### Reason
6044 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.
6046 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.
6048 ##### Example
6050     ??? Good old Shape example?
6052 ##### Example, bad
6054 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6056     template<typename T>
6057     class Container {
6058     public:
6059         // list operations:
6060         virtual T& get() = 0;
6061         virtual void put(T&) = 0;
6062         virtual void insert(Position) = 0;
6063         // ...
6064         // vector operations:
6065         virtual T& operator[](int) = 0;
6066         virtual void sort() = 0;
6067         // ...
6068         // tree operations:
6069         virtual void balance() = 0;
6070         // ...
6071     };
6073 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6074 Thus the base class becomes an implementation burden.
6075 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
6076 it may throw an exception instead.
6077 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6078 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6080 ##### Enforcement
6082 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6083 * 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`.
6085 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6087 ##### Reason
6089 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6090 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6092 ##### Example
6094     class My_interface {
6095     public:
6096         // ...only pure virtual functions here ...
6097         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6098     };
6100 ##### Example, bad
6102     class Goof {
6103     public:
6104         // ...only pure virtual functions here ...
6105         // no virtual destructor
6106     };
6108     class Derived : public Goof {
6109         string s;
6110         // ...
6111     };
6113     void use()
6114     {
6115         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6116         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6117         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6118     } // leak
6120 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6121 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6124 ##### Enforcement
6126 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6128 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6130 ##### Reason
6132 Such as on an ABI (link) boundary.
6134 ##### Example
6136     struct Device {
6137         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6138         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6139     };
6141     class D1 : public Device {
6142         // ... data ...
6144         void write(span<const char> outbuf) override;
6145         void read(span<char> inbuf) override;
6146     };
6148     class D2 : public Device {
6149         // ... different data ...
6151         void write(span<const char> outbuf) override;
6152         void read(span<char> inbuf) override;
6153     };
6155 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6156 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`.
6158 ##### Enforcement
6160     ???
6162 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6164 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6166 ##### Reason
6168 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6170 ##### Example
6172     ???
6174 ##### Exception
6176 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6177 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6178   (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.
6180 ##### Enforcement
6182 Flag abstract classes with constructors.
6184 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6186 ##### Reason
6188 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).
6190 ##### Example, bad
6192     struct B {
6193         virtual int f() = 0;
6194         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6195     };
6197     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6198     struct D : B {
6199         string s {"default"};
6200     };
6202     void use()
6203     {
6204         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6205         // ...
6206     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6208 ##### Note
6210 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`.
6212 ##### Enforcement
6214 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6215 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6217 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6219 ##### Reason
6221 Readability.
6222 Detection of mistakes.
6223 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.
6225 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`.
6227 ##### Example, bad
6229     struct B {
6230         void f1(int);
6231         virtual void f2(int) const;
6232         virtual void f3(int);
6233         // ...
6234     };
6236     struct D : B {
6237         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6238         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6239         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6240         // ...
6241     };
6243     struct Better : B {
6244         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
6245         void f2(int) const override;
6246         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
6247         // ...
6248     };
6250 ##### Enforcement
6252 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
6253 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
6254 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
6256 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
6258 ##### Reason
6260 Implementation details in an interface makes the interface brittle;
6261 that is, makes its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
6262 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
6264 ##### Note
6266 Definition:
6268 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
6269 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
6270 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
6271 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
6273 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
6275 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
6276 and bad habits die hard.
6277 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
6279 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
6281 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
6282 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
6283 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
6284 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
6287 ##### Example, bad
6289     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
6290     public:
6291         Shape();
6292         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
6294         Point center() const { return cent; }
6295         Color color() const { return col; }
6297         virtual void rotate(int) = 0;
6298         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
6300         virtual void redraw();
6302         // ...
6303     public:
6304         Point cent;
6305         Color col;
6306     };
6308     class Circle : public Shape {
6309     public:
6310         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
6312         // ...
6313     private:
6314         int rad;
6315     };
6317     class Triangle : public Shape {
6318     public:
6319         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
6320         // ...
6321     };
6323 Problems:
6325 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
6326 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
6327 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
6328 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
6330 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
6331 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
6332 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
6333 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
6335 ##### Example
6337 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
6339     class Shape {  // pure interface
6340     public:
6341         virtual Point center() const = 0;
6342         virtual Color color() const = 0;
6344         virtual void rotate(int) = 0;
6345         virtual void move(Point p) = 0;
6347         virtual void redraw() = 0;
6349         // ...
6350     };
6352 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
6354     class Circle : public Shape {
6355     public:
6356         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
6358         Point center() const override { return cent; }
6359         Color color() const override { return col; }
6361         // ...
6362     private:
6363         Point cent;
6364         int rad;
6365         Color col;
6366     };
6368 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
6369 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
6371 ##### Example, dual hierarchy
6373 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
6374 One popular technique is dual hierarchies.
6375 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
6377 First we devise a hierarchy of interface classes:
6379     class Shape {   // pure interface
6380     public:
6381         virtual Point center() const = 0;
6382         virtual Color color() const = 0;
6384         virtual void rotate(int) = 0;
6385         virtual void move(Point p) = 0;
6387         virtual void redraw() = 0;
6389         // ...
6390     };
6392     class Circle : public Shape {   // pure interface
6393     public:
6394         int radius() = 0;
6395         // ...
6396     };
6398 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
6400     class Impl::Shape : public Shape { // implementation
6401     public:
6402         // constructors, destructor
6403         // ...
6404         virtual Point center() const { /* ... */ }
6405         virtual Color color() const { /* ... */ }
6407         virtual void rotate(int) { /* ... */ }
6408         virtual void move(Point p) { /* ... */ }
6410         virtual void redraw() { /* ... */ }
6412         // ...
6413     };
6415 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
6416 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
6419     class Impl::Circle : public Circle, public Impl::Shape {   // implementation
6420     public:
6421         // constructors, destructor
6423         int radius() { /* ... */ }
6424         // ...
6425     };
6427 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
6429     class Smiley : public Circle { // pure interface
6430     public:
6431         // ...
6432     };
6434     class Impl::Smiley : Public Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
6435     public:
6436         // constructors, destructor
6437         // ...
6438     }
6440 There are now two hierarchies:
6442 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
6443 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6445 Since each implementation derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
6447     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
6448       ^                     ^               ^
6449       |                     |               |
6450     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
6452 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
6454 Another (related) technique for separating interface and implementation is [PIMPL](#???).
6456 ##### Note
6458 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
6459 (in an implementation namespace).
6460 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
6461 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
6463 ##### Enforcement
6465 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
6466 (except for calls from a derived class member to a base class member)
6467 * ???
6470 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
6472 ##### Reason
6474 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).
6476 ##### Example
6478     class Base {
6479     public:
6480         virtual owner<Base*> clone() = 0;
6481         virtual ~Base() = 0;
6483         Base(const Base&) = delete;
6484         Base& operator=(const Base&) = delete;
6485     };
6487     class Derived : public Base {
6488     public:
6489         owner<Derived*> clone() override;
6490         virtual ~Derived() override;
6491     };
6493 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
6495 ##### Enforcement
6497 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
6498 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
6500 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
6502 ##### Reason
6504 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
6506 ##### Example
6508     class Point {   // Bad: verbose
6509         int x;
6510         int y;
6511     public:
6512         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
6513         int get_x() const { return x; }
6514         void set_x(int xx) { x = xx; }
6515         int get_y() const { return y; }
6516         void set_y(int yy) { y = yy; }
6517         // no behavioral member functions
6518     };
6520 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
6522     struct Point {
6523         int x {0};
6524         int y {0};
6525     };
6527 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
6529 ##### Note
6531 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).
6533 ##### Enforcement
6535 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
6537 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
6539 ##### Reason
6541 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
6542 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
6543 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
6545 ##### Example, bad
6547     template<class T>
6548     class Vector {
6549     public:
6550         // ...
6551         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
6552     private:
6553         T* elem;   // the elements
6554         int sz;    // number of elements
6555     };
6557 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
6559 ##### Enforcement
6561 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
6562 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
6564 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
6566 ##### Reason
6568 `protected` data is a source of complexity and errors.
6569 `protected` data complicated the statement of invariants.
6570 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
6572 ##### Example
6574     ???
6576 ##### Note
6578 Protected member function can be just fine.
6580 ##### Enforcement
6582 Flag classes with `protected` data.
6584 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
6586 ##### Reason
6588 Prevention of logical confusion leading to errors.
6589 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
6590 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
6592 ##### Discussion
6594 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
6596 There are exactly two kinds of data members:
6598 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
6599 * 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.
6601 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.
6603 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.
6605 Most classes are either all A or all B:
6607 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
6608   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
6609 * *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.
6611 ##### Exception
6613 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`).
6615 ##### Enforcement
6617 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
6619 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
6621 ##### Reason
6623 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
6624 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
6626 ##### Example
6628     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6629         // ...
6630     };
6632 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
6633 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6635 ##### Note
6637 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
6638 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
6640 ##### Note
6642 Such interfaces are typically abstract classes.
6644 ##### Enforcement
6648 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
6650 ##### Reason
6652 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
6653 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
6655 ##### Example
6657       class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
6658         // ...
6659     };
6661 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
6662 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream. 
6664 ##### Note
6666 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
6668 ##### Enforcement
6670 ??? 
6672 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
6674 ##### Reason
6676  ???
6678 ##### Example
6680     ???
6682 ##### Note
6686 ##### Enforcement
6690 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
6692 ##### Reason
6694 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
6696 ##### Example, bad
6698     #include <iostream>
6699     class B {
6700     public:
6701         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
6702         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
6703     };
6704     class D: public B {
6705     public:
6706         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6707     };
6708     int main()
6709     {
6710         D d;
6711         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
6712         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
6713     }
6715 ##### Example, good
6717     class D: public B {
6718     public:
6719         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i+1; }
6720         using B::f; // exposes f(double)
6721     };
6723 ##### Note
6725 This issue affects both virtual and non-virtual member functions
6727 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
6729     template <class... Ts>
6730     struct Overloader : Ts... {
6731         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
6732     };
6734 ##### Enforcement
6736 Diagnose name hiding
6738 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
6740 ##### Reason
6742 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
6743 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
6745 ##### Example, bad
6747     class Widget { /* ... */ };
6749     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
6750     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
6752     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
6754 ##### Example, bad
6756     struct Interface {
6757         virtual int f() = 0;
6758         virtual int g() = 0;
6759     };
6761     class My_implementation : public Interface {
6762         int f() override;
6763         int g() final;  // I want g() to be FAST!
6764         // ...
6765     };
6767     class Better_implementation : public My_implementation {
6768         int f();
6769         int g();
6770         // ...
6771     };
6773     void use(Interface* p)
6774     {
6775         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
6776         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
6777     }
6779     // ...
6781     use(new Better_implementation{});
6783 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.
6784 Consistent use of `override` would catch this.
6786 ##### Note
6788 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
6789 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
6791 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
6792 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
6793 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
6794 However, misuses are (or at least have been) far more common.
6796 ##### Enforcement
6798 Flag uses of `final`.
6801 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
6803 ##### Reason
6805 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
6807 ##### Example, bad
6809     class Base {
6810     public:
6811         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
6812     };
6814     class Derived : public Base {
6815     public:
6816         int multiply(int value, int factor = 10) override;
6817     };
6819     Derived d;
6820     Base& b = d;
6822     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
6823     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
6825 ##### Enforcement
6827 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
6829 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
6831 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
6833 ##### Reason
6835 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
6837 ##### Example
6839     struct B { int a; virtual int f(); };
6840     struct D : B { int b; int f() override; };
6842     void use(B b)
6843     {
6844         D d;
6845         B b2 = d;   // slice
6846         B b3 = b;
6847     }
6849     void use2()
6850     {
6851         D d;
6852         use(d);   // slice
6853     }
6855 Both `d`s are sliced.
6857 ##### Exception
6859 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
6861     void use3()
6862     {
6863         D d;
6864         d.f();   // OK
6865     }
6867 ##### Enforcement
6869 Flag all slicing.
6871 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
6873 ##### Reason
6875 `dynamic_cast` is checked at run time.
6877 ##### Example
6879     struct B {   // an interface
6880         virtual void f();
6881         virtual void g();
6882     };
6884     struct D : B {   // a wider interface
6885         void f() override;
6886         virtual void h();
6887     };
6889     void user(B* pb)
6890     {
6891         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
6892             // ... use D's interface ...
6893         }
6894         else {
6895             // ... make do with B's interface ...
6896         }
6897     }
6899 ##### Note
6901 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
6902 [Prefer virtual functions to casting](#???).
6903 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
6904 and reasonably convenient.
6906 ##### Note
6908 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
6909 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
6910 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
6911 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
6912 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
6913 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
6915 Consider:
6917     struct B {
6918         const char * name {"B"};
6919         virtual const char* id() const { return name; }
6920         // ...
6921     };
6923     struct D : B {
6924         const char * name {"D"};
6925         const char* id() const override { return name; }
6926         // ...
6927     };
6929     void use()
6930     {
6931         B* pb1 = new B;
6932         B* pb2 = new D;
6934         cout << pb1->id(); // "B"
6935         cout << pb2->id(); // "D"
6937         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
6938         if (pb2->id() == "D") {         // looks innocent
6939             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
6940             // ...
6941         }
6942         // ...
6943     }
6945 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
6946 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
6947 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.
6949 If you implement your own RTTI, be careful.
6951 ##### Exception
6953 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
6954 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
6955 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
6956 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)
6957 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
6959 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
6960 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).
6961 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
6963 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.
6965 ##### Enforcement
6967 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
6969 ### <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
6971 ##### Reason
6973 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.
6975 ##### Example
6977     ???
6979 ##### Enforcement
6983 ### <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
6985 ##### Reason
6989 ##### Example
6991     ???
6993 ##### Enforcement
6997 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
6999 ##### Reason
7001 Avoid resource leaks.
7003 ##### Example
7005     void use(int i)
7006     {
7007         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7008         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
7009         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7010         delete p;                       // too late
7011     }
7013 ##### Enforcement
7015 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7016 * Flag `delete` of local variable
7018 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7020 ##### Reason
7022  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7023 It also ensures exception safety in complex expressions.
7025 ##### Example
7027     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
7029     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7031     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7032     //
7033     // 1. allocate memory for Foo,
7034     // 2. construct Foo,
7035     // 3. call bar,
7036     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7037     //
7038     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory allocated for it will leak.
7039     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
7041     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
7042     f(make_unique<Foo>(), bar());
7044 ##### Enforcement
7046 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
7047 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
7049 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
7051 ##### Reason
7053  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
7054 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.
7056 ##### Example
7058     // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
7059     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};
7061     auto q = make_shared<Foo>(7);   // Better: no repetition of Foo; one object
7063 ##### Enforcement
7065 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
7066 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
7068 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
7070 ##### Reason
7072 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
7074 ##### Example
7076     struct B { int x; };
7077     struct D : B { int y; };
7079     void use(B*);
7081     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
7082     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7083     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
7085     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7087 ##### Enforcement
7089 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
7090 * 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`
7092 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
7094 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
7095 You cannot overload function objects.
7097 Overload rule summary:
7099 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
7100 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
7101 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
7102 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
7103 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
7104 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
7105 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
7106 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
7107 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
7108 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
7110 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
7112 ##### Reason
7114 Minimize surprises.
7116 ##### Example
7118     class X {
7119     public:
7120         // ...
7121         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
7122         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
7123                                                     // after a = b we have a == b
7124         // ...
7125     };
7127 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
7129 ##### Example, bad
7131     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
7133 ##### Note
7135 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
7136 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
7138 ##### Enforcement
7140 Possibly impossible.
7142 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
7144 ##### Reason
7146 If you use member functions, you need two.
7147 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
7149 ##### Example
7151     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
7153 ##### Enforcement
7155 Flag member operator functions.
7157 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
7159 ##### Reason
7161 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.
7163 ##### Example
7165 Consider:
7167     void print(int a);
7168     void print(int a, int base);
7169     void print(const string&);
7171 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
7173     void print_int(int a);
7174     void print_based(int a, int base);
7175     void print_string(const string&);
7177 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
7179 ##### Enforcement
7183 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
7185 ##### Reason
7187 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
7189 ##### Example
7191 Consider:
7193     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7194     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
7196 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
7198     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
7199     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
7201 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
7202 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
7204 ##### Note
7206 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
7208 ##### Enforcement
7212 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
7214 ##### Reason
7216 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
7218 ##### Note
7220 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
7221 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
7222 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
7223 just to gain a minor convenience.
7225 ##### Example, bad
7227     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
7228         // ...
7229         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
7230         // ...
7231         operator zstring() { return elem; }
7232         // ...
7233     };
7235     void user(zstring p)
7236     {
7237         if (*p == "") {
7238             String s {"Trouble ahead!"};
7239             // ...
7240             p = s;
7241         }
7242         // use p
7243     }
7245 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
7247 ##### Enforcement
7249 Flag all conversion operators.
7251 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
7253 ##### Reason
7255 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
7257 ##### Example
7259 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
7260 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
7261 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.
7263     namespace N {
7264         My_type X { /* ... */ };
7265         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
7266         // ...
7267     }
7269     void f1(N::X& a, N::X& b)
7270     {
7271         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
7272     }
7274 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
7275 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
7276 How do we get `N::X` considered?
7278     void f2(N::X& a, N::X& b)
7279     {
7280         swap(a, b);   // calls N::swap
7281     }
7283 But that may not be what we wanted for generic code.
7284 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
7285 This is done by including the general function in the lookup for the function:
7287     void f3(N::X& a, N::X& b)
7288     {
7289         using std::swap;  // make std::swap available
7290         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
7291     }
7293 ##### Enforcement
7295 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
7296 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
7298 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
7300 ##### Reason
7302 The `&` operator is fundamental in C++.
7303 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
7305 ##### Example
7307     class Ptr { // a somewhat smart pointer
7308         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
7309         X* operator->() { /* check */ return p; }
7310         X operator[](int i);
7311         X operator*();
7312     private:
7313         T* p;
7314     };
7316     class X {
7317         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
7318         // ...
7319     };
7321 ##### Note
7323 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
7324 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
7325 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
7326 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
7328 ##### Enforcement
7330 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
7332 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
7334 ##### Reason
7336 Readability.
7337 Ability for find operators using ADL.
7338 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
7340 ##### Example
7342     struct S { };
7343     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7344     S s;
7346     bool x = (s == s);
7348 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
7350 ##### Example
7352     namespace N {
7353         struct S { };
7354         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
7355     }
7357     N::S s;
7359     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
7361 ##### Example, bad
7363     struct S { };
7364     S s;
7366     namespace N {
7367         S::operator!(S a) { return true; }
7368         S not_s = !s;
7369     }
7371     namespace M {
7372         S::operator!(S a) { return false; }
7373         S not_s = !s;
7374     }
7376 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
7377 This can be most confusing.
7378 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
7380 ##### Note
7382 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
7383 For example:
7385     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
7387 This may be something best avoided.
7389 ##### See also
7391 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
7393 ##### Enforcement
7395 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
7397 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
7399 ##### Reason
7401 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
7403 ##### Example
7405     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
7406     {
7407         std::cout << /* class members here */;
7408     }
7410     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
7411     {
7412         return os << /* class members here */;
7413     }
7415 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
7417     My_class var { /* ... */ };
7418     // ...
7419     cout << "var = " << var << '\n';
7421 ##### Note
7423 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
7425 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
7426 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
7427 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
7428 * assignment (`=`)
7430 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
7432 ##### Enforcement
7434 Tricky. Requires semantic insight.
7436 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
7438 ##### Reason
7440 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
7442 ##### Example
7444     void f(int);
7445     void f(double);
7446     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
7448     auto g = [](int) { /* ... */ };
7449     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
7451     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
7453 ##### Enforcement
7455 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
7457 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
7459 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
7460 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
7461 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
7463 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*.
7465 Union rule summary:
7467 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
7468 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7469 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
7470 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
7471 * ???
7473 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
7475 ##### Reason
7477 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
7478 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
7480 ##### Example
7482     union Value {
7483         int x;
7484         double d;
7485     };
7487     Value v = { 123 };  // now v holds an int
7488     cout << v.x << '\n';    // write 123
7489     v.d = 987.654;  // now v holds a double
7490     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
7492 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
7494 ##### Example
7496     // Short-string optimization
7498     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
7500     class Immutable_string {
7501     public:
7502         Immutable_string(const char* str) :
7503             size(strlen(str))
7504         {
7505             if (size < buffer_size)
7506                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
7507             else {
7508                 string_ptr = new char[size + 1];
7509                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
7510             }
7511         }
7513         ~Immutable_string()
7514         {
7515             if (size >= buffer_size)
7516                 delete string_ptr;
7517         }
7519         const char* get_str() const
7520         {
7521             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
7522         }
7524     private:
7525         // If the string is short enough, we store the string itself
7526         // instead of a pointer to the string.
7527         union {
7528             char* string_ptr;
7529             char string_buffer[buffer_size];
7530         };
7532         const size_t size;
7533     };
7535 ##### Enforcement
7539 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
7541 ##### Reason
7543 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
7544 so that the programmer has to keep track.
7545 Naked unions are a source of type errors.
7547 ###### Example, bad
7549     union Value {
7550         int x;
7551         double d;
7552     };
7554     Value v;
7555     v.d = 987.654;  // v holds a double
7557 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
7559     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
7561 Note that the type error happened without any explicit cast.
7562 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
7563 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
7565 And, talking about "invisible", this code produced no output:
7567     v.x = 123;
7568     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
7570 ###### Alternative
7572 Wrap a `union` in a class together with a type field.
7574 The soon-to-be-standard `variant` type (to be found in `<variant>`) does that for you:
7576     variant<int, double> v;
7577     v = 123;        // v holds an int
7578     int x = get<int>(v);
7579     v = 123.456;    // v holds a double
7580     w = get<double>(v);
7582 ##### Enforcement
7586 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
7588 ##### Reason
7590 A well-designed tagged union is type safe.
7591 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
7593 ##### Example
7595 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
7596 You can look there for an explanation.
7598 The code is somewhat elaborate.
7599 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
7600 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
7602     class Value { // two alternative representations represented as a union
7603     private:
7604         enum class Tag { number, text };
7605         Tag type; // discriminant
7607         union { // representation (note: anonymous union)
7608             int i;
7609             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
7610         };
7611     public:
7612         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
7614         ~Value();
7615         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
7616         Value(const Value&);
7617         // ...
7618         int number() const;
7619         string text() const;
7621         void set_number(int n);
7622         void set_text(const string&);
7623         // ...
7624     };
7626     int Value::number() const
7627     {
7628         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
7629         return i;
7630     }
7632     string Value::text() const
7633     {
7634         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
7635         return s;
7636     }
7638     void Value::set_number(int n)
7639     {
7640         if (type == Tag::text) {
7641             s.~string();      // explicitly destroy string
7642             type = Tag::number;
7643         }
7644         i = n;
7645     }
7647     void Value::set_text(const string& ss)
7648     {
7649         if (type == Tag::text)
7650             s = ss;
7651         else {
7652             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
7653             type = Tag::text;
7654         }
7655     }
7657     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
7658     {
7659         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
7660             s = e.s;    // usual string assignment
7661             return *this;
7662         }
7664         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7666         switch (e.type) {
7667         case Tag::number:
7668             i = e.i;
7669             break;
7670         case Tag::text:
7671             new(&s)(e.s);   // placement new: explicit construct
7672             type = e.type;
7673         }
7675         return *this;
7676     }
7678     Value::~Value()
7679     {
7680         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
7681     }
7683 ##### Enforcement
7687 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
7689 ##### Reason
7691 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
7692 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
7693 Type punning using a `union` is a source of errors.
7695 ##### Example, bad
7697     union Pun {
7698         int x;
7699         unsigned char c[sizeof(int)];
7700     };
7702 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
7704     void bad(Pun& u)
7705     {
7706         u.x = 'x';
7707         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
7708     }
7710 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
7712     void if_you_must_pun(int& x)
7713     {
7714         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
7715         cout << p[0] << '\n';     // undefined behavior
7716         // ...
7717     }
7719 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is still undefined behavior,
7720 but at least we can see that something tricky is going on.
7722 ##### Note
7724 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
7725 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
7727 ##### Enforcement
7733 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
7735 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
7736 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
7738 Enumeration rule summary:
7740 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
7741 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
7742 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
7743 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
7744 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
7745 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
7746 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
7747 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
7749 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
7751 ##### Reason
7753 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.
7755 ##### Example
7757 First some bad old code:
7759     // webcolors.h (third party header)
7760     #define RED   0xFF0000
7761     #define GREEN 0x00FF00
7762     #define BLUE  0x0000FF
7764     // productinfo.h
7765     // The following define product subtypes based on color
7766     #define RED    0
7767     #define PURPLE 1
7768     #define BLUE   2
7770     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
7772 Instead use an `enum`:
7774     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7775     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7777     int webby = blue;   // error: be specific
7778     Web_color webby = Web_color::blue;
7780 We used an `enum class` to avoid name clashes.
7782 ##### Enforcement
7784 Flag macros that define integer values.
7787 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
7789 ##### Reason
7791 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
7795 ##### Example
7797     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7800 ##### Note
7802 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
7804     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7806     void print(Product_info inf)
7807     {
7808         switch (inf) {
7809         case Product_info::red: cout << "red"; break;
7810         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
7811         }
7812     }
7814 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
7816 ##### Enforcement
7818 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
7819 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
7822 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
7824 ##### Reason
7826 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
7828 ##### Example
7830     void Print_color(int color);
7832     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7833     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
7835     Web_color webby = Web_color::blue;
7837     // Clearly at least one of these calls is buggy.
7838     Print_color(webby);
7839     Print_color(Product_info::Blue);
7841 Instead use an `enum class`:
7843     void Print_color(int color);
7845     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7846     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7848     Web_color webby = Web_color::blue;
7849     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
7850     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
7852 ##### Enforcement
7854 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
7856 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
7858 ##### Reason
7860 Convenience of use and avoidance of errors.
7862 ##### Example
7864     enum class Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
7866     Day operator++(Day& d)
7867     {
7868         return d == Day::sun ? Day::mon : Day{++d};
7869     }
7871     Day today = Day::sat;
7872     Day tomorrow = ++today;
7874 ##### Enforcement
7876 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
7879 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
7881 ##### Reason
7883 Avoid clashes with macros.
7885 ##### Example, bad
7887      // webcolors.h (third party header)
7888     #define RED   0xFF0000
7889     #define GREEN 0x00FF00
7890     #define BLUE  0x0000FF
7892     // productinfo.h
7893     // The following define product subtypes based on color
7895     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
7897 ##### Enforcement
7899 Flag ALL_CAPS enumerators.
7901 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
7903 ##### Reason
7905 If you can't name an enumeration, the values are not related
7907 ##### Example, bad
7909     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
7911 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
7913 ##### Alternative
7915 Use `constexpr` values instead. For example:
7917     constexpr int red = 0xFF0000;
7918     constexpr short scale = 4;
7919     constexpr bool is_signed = true;
7921 ##### Enforcement
7923 Flag unnamed enumerations.
7926 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
7928 ##### Reason
7930 The default is the easiest to read and write.
7931 `int` is the default integer type.
7932 `int` is compatible with C `enum`s.
7934 ##### Example
7936     enum class Direction : char { n, s, e, w,
7937                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
7939     enum class Web_color : int { red   = 0xFF0000,
7940                                  green = 0x00FF00,
7941                                  blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
7943 ##### Note
7945 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
7947     enum Flags : char;
7949     void f(Flags);
7951     // ....
7953     enum flags : char { /* ... */ };
7956 ##### Enforcement
7958 ????
7961 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
7963 ##### Reason
7965 It's the simplest.
7966 It avoids duplicate enumerator values.
7967 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
7969 ##### Example
7971     enum class Col1 { red, yellow, blue };
7972     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
7973     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
7974                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
7975     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
7977 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
7978 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
7980 ##### Enforcement
7982 * Flag duplicate enumerator values
7983 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
7986 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
7988 This section contains rules related to resources.
7989 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
7990 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
7991 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.
7992 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
7994 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
7995 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.
7996 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.
7997 Here, we ignore such cases.
7999 * Resource management rule summary:
8001   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
8002   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
8003   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
8004   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
8005   * [R.5: Prefer scoped objects](#Rr-scoped)
8006   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
8008 * Allocation and deallocation rule summary:
8010   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
8011   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
8012   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
8013   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
8014   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
8015   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
8017 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
8019   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
8020   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
8021   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
8022   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
8023   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
8024   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
8025   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
8026   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
8027   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
8028   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
8029   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
8030   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
8031   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
8033 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
8035 ##### Reason
8037 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
8038 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`.
8039 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.
8041 ##### Example, bad
8043 Consider:
8045     void send(X* x, cstring_span destination)
8046     {
8047         auto port = open_port(destination);
8048         my_mutex.lock();
8049         // ...
8050         send(port, x);
8051         // ...
8052         my_mutex.unlock();
8053         close_port(port);
8054         delete x;
8055     }
8057 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
8058 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
8060 ##### Example
8062 Consider:
8064     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
8065     {
8066         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
8067         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
8068         // ...
8069         send(port, x);
8070         // ...
8071     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
8073 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.
8075 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
8077     class Port {
8078         PortHandle port;
8079     public:
8080         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
8081         ~Port() { close_port(port); }
8082         operator PortHandle() { return port; }
8084         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
8085         Port(const Port&) = delete;
8086         Port& operator=(const Port&) = delete;
8087     };
8089 ##### Note
8091 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)
8093 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
8095 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
8097 ##### Reason
8099 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
8100 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
8102 ##### Example, bad
8104     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
8105     {
8106         // ...
8107         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
8108         // ...
8109     }
8111 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
8112 Use a `span` instead.
8114 ##### Example
8116     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
8117     {
8118         // ... uses *p and p[0] only ...
8119     }
8121 ##### Exception
8123 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
8124 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
8126 ##### Note
8128 Many current uses of pointers to a single element could be references.
8129 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
8131 ##### Enforcement
8133 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
8134   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
8135 * Flag array names passed as simple pointers
8137 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
8139 ##### Reason
8141 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
8142 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8144 ##### Example
8146     void f()
8147     {
8148         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
8149         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
8150         // ...
8151     }
8153 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
8155 ##### Example
8157     template<typename T>
8158     class X {
8159         // ...
8160     public:
8161         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
8162         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
8163     };
8165 We can fix that problem by making ownership explicit:
8167     template<typename T>
8168     class X2 {
8169         // ...
8170     public:
8171         owner<T*> p;  // OK: p is owning
8172         T* q;         // OK: q is not owning
8173     };
8175 ##### Exception
8177 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.
8178 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
8179 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
8180 we encourage the development, deployment and use of such tools,
8181 we hope the guidelines will help the development of such tools,
8182 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
8183 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.
8185 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
8186 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
8187 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
8188 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
8189 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
8190 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
8191 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
8193 ##### Note
8195 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
8196 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
8197 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
8199 ##### Example, bad
8201 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
8203     Gadget* make_gadget(int n)
8204     {
8205         auto p = new Gadget{n};
8206         // ...
8207         return p;
8208     }
8210     void caller(int n)
8211     {
8212         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
8213         // ...
8214         delete p;
8215     }
8217 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)):
8219     Gadget make_gadget(int n)
8220     {
8221         Gadget g{n};
8222         // ...
8223         return g;
8224     }
8226 ##### Note
8228 This rule applies to factory functions.
8230 ##### Note
8232 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."
8234 ##### Enforcement
8236 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
8237 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
8238 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8239 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
8240   Suggest considering returning it by value instead.
8242 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
8244 ##### Reason
8246 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
8247 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
8249 ##### Example
8251     void f()
8252     {
8253         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
8254         // ...
8255         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
8256     }
8258 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
8260 ##### Enforcement
8262 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
8264 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Don't heap-allocate unnecessarily
8266 ##### Reason
8268 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
8269 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
8270 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
8272 ##### Example
8274 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:
8276     void f(int n)
8277     {
8278         auto p = new Gadget{n};
8279         // ...
8280         delete p;
8281     }
8283 Instead, use a local variable:
8285     void f(int n)
8286     {
8287         Gadget g{n};
8288         // ...
8289     }
8291 ##### Enforcement
8293 * (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.
8294 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
8296 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
8298 ##### Reason
8300 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
8301 They are a notable source of errors.
8303 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
8304 If you use a global object initialize it with a constant.
8305 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
8307 ##### Exception
8309 A global object is often better than a singleton.
8311 ##### Exception
8313 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
8315 ##### Enforcement
8317 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
8319 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
8321 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
8323 ##### Reason
8325  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
8327 ##### Example
8329     class Record {
8330         int id;
8331         string name;
8332         // ...
8333     };
8335     void use()
8336     {
8337         // p1 may be nullptr
8338         // *p1 is not initialized; in particular,
8339         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
8340         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
8342         auto p2 = new Record;
8344         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
8345         auto p3 = new(nothrow) Record;
8346         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
8348         // ...
8350         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
8351         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
8352     }
8354 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
8356 ##### Exception
8358 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
8359 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
8360 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
8361 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
8362 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
8364 ##### Enforcement
8366 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
8368 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
8370 ##### Reason
8372 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
8373 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
8375 ##### Note
8377 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
8378 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?
8379 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
8380 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
8382 ##### Enforcement
8384 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
8386 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
8388 ##### Reason
8390 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
8392 ##### Example, bad
8394     void f(const string& name)
8395     {
8396         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
8397         vector<char> buf(1024);
8398         auto _ = finally([f] { fclose(f); })  // remember to close the file
8399         // ...
8400     }
8402 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
8404 ##### Example
8406     void f(const string& name)
8407     {
8408         ifstream f{name};   // open the file
8409         vector<char> buf(1024);
8410         // ...
8411     }
8413 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
8415 ##### Enforcement
8417 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8419 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
8421 ##### Reason
8423 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.
8425 ##### Example
8427     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
8429 This `fun` can be called like this:
8431     // BAD: potential leak
8432     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
8434 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
8435 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
8436 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
8437 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
8439 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
8440 For example:
8442     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
8443     fun(sp1, new Widget(c, d));
8445 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
8447     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
8449 Write your own factory wrapper if there is not one already.
8451 ##### Enforcement
8453 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
8455 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
8457 ##### Reason
8459 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
8461 ##### Example
8463     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
8465 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
8467 ##### Enforcement
8469 Flag `[]` parameters.
8471 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
8473 ##### Reason
8475 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
8477 ##### Example
8479     class X {
8480         // ...
8481         void* operator new(size_t s);
8482         void operator delete(void*);
8483         // ...
8484     };
8486 ##### Note
8488 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
8489 Don't leave it undeclared.
8491 ##### Enforcement
8493 Flag incomplete pairs.
8495 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
8497 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
8499 ##### Reason
8501 They can prevent resource leaks.
8503 ##### Example
8505 Consider:
8507     void f()
8508     {
8509         X x;
8510         X* p1 { new X };              // see also ???
8511         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
8512         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
8513     }
8515 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
8517 ##### Enforcement
8519 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
8521 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
8523 ##### Reason
8525 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
8527 ##### Example, bad
8529 This needlessly adds and maintains a reference count.
8531     void f()
8532     {
8533         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
8534         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
8535     } // destroy base
8537 ##### Example
8539 This is more efficient:
8541     void f()
8542     {
8543         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
8544         // use base locally
8545     } // destroy base
8547 ##### Enforcement
8549 (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.
8551 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
8553 ##### Reason
8555 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.
8557 ##### Example
8559 Consider:
8561     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
8562     auto p = make_shared<X>(2);    // good
8564 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
8566 ##### Enforcement
8568 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
8570 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
8572 ##### Reason
8574 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
8576 ##### Note
8578 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
8580 ##### Enforcement
8582 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
8584 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
8586 ##### Reason
8588  `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
8589 be able to destroy a cyclic structure.
8591 ##### Example
8593     ???
8595 ##### Note
8597  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
8598 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
8599 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
8601 ##### Enforcement
8603 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
8605 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
8607 ##### Reason
8609 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
8610 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
8611 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
8613 ##### Example, bad
8615     // callee
8616     void f(shared_ptr<widget>& w)
8617     {
8618         // ...
8619         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
8620         // ...
8621     };
8623     // caller
8624     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8625     f(my_widget);
8627     widget stack_widget;
8628     f(stack_widget); // error
8630 ##### Example, good
8632     // callee
8633     void f(widget& w)
8634     {
8635         // ...
8636         use(w);
8637         // ...
8638     };
8640     // caller
8641     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
8642     f(*my_widget);
8644     widget stack_widget;
8645     f(stack_widget); // ok -- now this works
8647 ##### Enforcement
8649 * (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()`.
8650   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8651 * 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.
8652   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
8654 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
8656 ##### Reason
8658 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.
8659 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
8661 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
8663 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
8664 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
8666 ##### Example
8668     // use Boost's intrusive_ptr
8669     #include<boost/intrusive_ptr.hpp>
8670     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
8671     {
8672         p->foo();
8673     }
8675     // use Microsoft's CComPtr
8676     #include<atlbase.h>
8677     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
8678     {
8679         p->foo();
8680     }
8682 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
8683 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
8684 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&`.
8685 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.
8687 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
8689 ##### Reason
8691 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
8693 ##### Example
8695     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
8697     void sink(widget*);            // just uses the widget
8699 ##### Example, bad
8701     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8703 ##### Enforcement
8705 * (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.
8706 * (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.
8707 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
8709 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
8711 ##### Reason
8713 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
8715 ##### Note
8717 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8719 ##### Example
8721     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
8723 ##### Example, bad
8725     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
8727 ##### Enforcement
8729 * (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.
8730 * (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.
8731 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
8733 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
8735 ##### Reason
8737 This makes the function's ownership sharing explicit.
8739 ##### Example, good
8741     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8743     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8745     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8747 ##### Enforcement
8749 * (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.
8750 * (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.
8751 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8753 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
8755 ##### Reason
8757 This makes the function's reseating explicit.
8759 ##### Note
8761 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
8763 ##### Example, good
8765     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8767     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8769     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8771 ##### Enforcement
8773 * (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.
8774 * (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.
8775 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8777 ### <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 ???
8779 ##### Reason
8781 This makes the function's ??? explicit.
8783 ##### Example, good
8785     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
8787     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
8789     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
8791 ##### Enforcement
8793 * (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.
8794 * (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.
8795 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
8797 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
8799 ##### Reason
8801 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
8802 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
8803 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
8804 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
8806 ##### Note
8808 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.
8810 ##### Example
8812 Consider this code:
8814     // global (static or heap), or aliased local ...
8815     shared_ptr<widget> g_p = ...;
8817     void f(widget& w)
8818     {
8819         g();
8820         use(w);  // A
8821     }
8823     void g()
8824     {
8825         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
8826     }
8828 The following should not pass code review:
8830     void my_code()
8831     {
8832         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
8833         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
8834         f(*g_p);
8836         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
8837          g_p->func();
8838     }
8840 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
8842     void my_code()
8843     {
8844         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
8845         auto pin = g_p;
8847         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
8848         f(*pin);
8850         // GOOD: same reason
8851         pin->func();
8852     }
8854 ##### Enforcement
8856 * (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.
8858 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and Statements
8860 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
8862 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
8864 General rules:
8866 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
8867 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
8869 Declaration rules:
8871 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
8872 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
8873 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
8874 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
8875 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
8876 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
8877 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
8878 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
8879 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
8880 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
8881 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
8882 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
8883 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
8884 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
8885 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
8886 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
8887 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
8888 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
8889 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
8890 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
8891 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
8892 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
8894 Expression rules:
8896 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
8897 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
8898 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
8899 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
8900 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
8901 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
8902 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
8903 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
8904 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
8905 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
8906 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
8907 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
8908 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
8909 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
8910 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
8911 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
8912 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
8914 Statement rules:
8916 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
8917 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
8918 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
8919 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
8920 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
8921 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
8922 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
8923 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
8924 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
8925 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
8926 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
8927 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
8929 Arithmetic rules:
8931 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
8932 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
8933 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
8934 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
8935 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
8936 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
8938 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
8940 ##### Reason
8942 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.
8943 The ISO C++ standard library is among the most widely known and best tested libraries.
8944 It is available as part of all C++ Implementations.
8946 ##### Example
8948     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
8950 a range version of `accumulate` would be even better:
8952     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
8954 but don't hand-code a well-known algorithm:
8956     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
8957     double sum = 0.0;
8958     for (int i = 0; i < max; ++i)
8959         sum = sum + v[i];
8961 ##### Exception
8963 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.
8965 ##### Enforcement
8967 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8969 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
8971 ##### Reason
8973 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.
8975 ##### Example
8977     vector<string> read1(istream& is)   // good
8978     {
8979         vector<string> res;
8980         for (string s; is >> s;)
8981             res.push_back(s);
8982         return res;
8983     }
8985 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
8987     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
8988     {
8989         auto res = new char*[maxelem];
8990         int elemcount = 0;
8991         while (is && elemcount < maxelem) {
8992             auto s = new char[maxstring];
8993             is.read(s, maxstring);
8994             res[elemcount++] = s;
8995         }
8996         nread = &elemcount;
8997         return res;
8998     }
9000 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.
9002 ##### Enforcement
9004 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9006 ## ES.dcl: Declarations
9008 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
9010 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
9012 ##### Reason
9014 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
9016 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
9018 ##### Example
9020     void use()
9021     {
9022         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
9023         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9024         // no intended use of i here
9025         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
9027         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
9028             // ... deal with Circle ...
9029         }
9030         else {
9031             // ... handle error ...
9032         }
9033     }
9035 ##### Example, bad
9037     void use(const string& name)
9038     {
9039         string fn = name + ".txt";
9040         ifstream is {fn};
9041         Record r;
9042         is >> r;
9043         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
9044     }
9046 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`
9047 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
9048 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
9050     Record load_record(const string& name)
9051     {
9052         string fn = name + ".txt";
9053         ifstream is {fn};
9054         Record r;
9055         is >> r;
9056         return r;
9057     }
9059     void use(const string& name)
9060     {
9061         Record r = load_record(name);
9062         // ... 200 lines of code ...
9063     }
9065 ##### Enforcement
9067 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
9068 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
9070 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
9072 ##### Reason
9074 Readability. Minimize resource retention.
9076 ##### Example
9078     void use()
9079     {
9080         for (string s; cin >> s;)
9081             v.push_back(s);
9083         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
9084             // ...
9085         }
9087         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
9088             // ... deal with Circle ...
9089         }
9090         else {
9091             // ... handle error ...
9092         }
9093     }
9095 ##### Enforcement
9097 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
9098 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
9100 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
9102 ##### Reason
9104 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
9106 ##### Example
9108 Conventional short, local names increase readability:
9110     template<typename T>    // good
9111     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
9112     {
9113         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
9114             os << v[i] << '\n';
9115     }
9117 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
9119     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
9120     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
9121     {
9122         for (int current_element_index = 0;
9123                 current_element_index < current_vector.size();
9124                 ++current_element_index
9125         )
9126         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
9127     }
9129 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
9131 ##### Example
9133 Unconventional and short non-local names obscure code:
9135     void use1(const string& s)
9136     {
9137         // ...
9138         tt(s);   // bad: what is tt()?
9139         // ...
9140     }
9142 Better, give non-local entities readable names:
9144     void use1(const string& s)
9145     {
9146         // ...
9147         trim_tail(s);   // better
9148         // ...
9149     }
9151 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
9153 ##### Example, bad
9155 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
9157     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
9158     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
9159     // vi placing (name, index) pairs into out
9160     {
9161         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
9162     }
9164 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
9166 ##### Enforcement
9168 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
9170 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
9172 ##### Reason
9174 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
9176 ##### Example; bad
9178     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
9180 ##### Example; bad
9182 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.
9184     struct foo { int n; };
9185     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
9186     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
9188 ##### Exception
9190 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
9192 ##### Enforcement
9194 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
9195 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
9197 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
9199 ##### Reason
9201 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
9203 ##### Example
9205     // somewhere in some header:
9206     #define NE !=
9208     // somewhere else in some other header:
9209     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
9211     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
9212     switch (direction) {
9213     case N:
9214         // ...
9215     case NE:
9216         // ...
9217     // ...
9218     }
9220 ##### Note
9222 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
9224 ##### Enforcement
9226 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
9228 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
9230 ##### Reason
9232 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
9233 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
9234 comment.
9236 ##### Example, bad
9238     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
9240 ##### Exception
9242 A function declaration can contain several function argument declarations.
9244 ##### Example
9246     template <class InputIterator, class Predicate>
9247     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9249 or better using concepts:
9251     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
9253 ##### Example
9255     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9259     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
9260         double x,     // base value
9261         int n         // exponent
9262     );
9266     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
9267     double scalbn(double base, int exponent);
9269 ##### Enforcement
9271 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
9273 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
9275 ##### Reason
9277 * Simple repetition is tedious and error prone.
9278 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
9279 * In a template function declaration the return type can be a member type.
9281 ##### Example
9283 Consider:
9285     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
9286     auto s = v.size();
9287     auto h = t.future();
9288     auto q = make_unique<int[]>(s);
9289     auto f = [](int x){ return x + 10; };
9291 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
9293 ##### Example
9295     template<class T>
9296     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
9298 ##### Exception
9300 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
9302 ##### Example
9304     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
9305     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
9307 ##### Note
9309 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
9311     // ...
9312     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
9314 ##### Enforcement
9316 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
9318 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
9320 ##### Reason
9322 It is easy to get confused about which variable is used.
9323 Can cause maintenance problems.
9325 ##### Example, bad
9327     int d = 0;
9328     // ...
9329     if (cond) {
9330         // ...
9331         d = 9;
9332         // ...
9333     }
9334     else {
9335         // ...
9336         int d = 7;
9337         // ...
9338         d = value_to_be_returned;
9339         // ...
9340     }
9342     return d;
9344 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
9345 This is a known source of bugs.
9346 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
9348 ##### Note
9350 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
9352 ##### Example
9354 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
9356     void f(int x)
9357     {
9358         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
9360         if (x) {
9361             int x = 7;  // allowed, but bad
9362             // ...
9363         }
9364     }
9366 ##### Example, bad
9368 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
9370     struct S {
9371         int m;
9372         void f(int x);
9373     };
9375     void S::f(int x)
9376     {
9377         m = 7;    // assign to member
9378         if (x) {
9379             int m = 9;
9380             // ...
9381             m = 99; // assign to member
9382             // ...
9383         }
9384     }
9386 ##### Exception
9388 We often reuse function names from a base class in a derived class:
9390     struct B {
9391         void f(int);
9392     };
9394     struct D : B {
9395         void f(double);
9396         using B::f;
9397     };
9399 This is error-prone.
9400 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
9402 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
9404 ##### Enforcement
9406 * Flag reuse of a name in nested local scopes
9407 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
9408 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
9409 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
9411 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
9413 ##### Reason
9415 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
9416 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
9417 Simplify refactoring.
9419 ##### Example
9421     void use(int arg)
9422     {
9423         int i;   // bad: uninitialized variable
9424         // ...
9425         i = 7;   // initialize i
9426     }
9428 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
9430     void use(int arg)   // OK
9431     {
9432         int i = 7;   // OK: initialized
9433         string s;    // OK: default initialized
9434         // ...
9435     }
9437 ##### Note
9439 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
9440 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
9442 * It leads to less readable code
9443 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
9444 * It leads to harder to read code
9445 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
9446 * It hampers refactoring
9448 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
9450 ##### Example
9452 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
9454     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
9455     widget j;
9457     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
9458         i = f1();
9459         j = f2();
9460     }
9461     else {
9462         i = f3();
9463         j = f4();
9464     }
9466 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
9467 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
9468 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.
9470 At the cost of repeating `cond` we could write:
9472     widget i = (cond) ? f1() : f3();
9473     widget j = (cond) ? f2() : f4();
9475 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
9477     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
9478     {
9479         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
9480     }
9482     auto init = make_related_widgets(cond);
9483     widget i = init.first;
9484     widget j = init.second;
9486 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
9488     auto [i,j] = make_related_widgets(cond);    // C++17, not C++14
9490 Today, we might approximate that using `tie()`:
9492     widget i;       // bad: uninitialized variable
9493     widget j;
9494     tie(i, j) = make_related_widgets(cond);
9496 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
9498 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
9499 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
9500 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case).
9502 ##### Note
9504 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
9505 It has also been a major source of errors and complexity.
9506 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
9508 ##### Exception
9510 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
9511 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
9513     constexpr int max = 8 * 1024;
9514     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
9515     f.read(buf, max);
9517 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
9518 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
9520     constexpr int max = 8 * 1024;
9521     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
9522     f.read(buf, max);
9524 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
9526     string s;   // s is default initialized to ""
9527     cin >> s;   // s expands to hold the string
9529 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
9531     int i;   // bad
9532     // ...
9533     cin >> i;
9535 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.
9537     int i2 = 0;   // better
9538     // ...
9539     cin >> i;
9541 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
9543 ##### Example
9545 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
9546 solution:
9548     widget i = uninit;  // bad
9549     widget j = uninit;
9551     // ...
9552     use(i);         // possibly used before set
9553     // ...
9555     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
9556         i = f1();
9557         j = f2();
9558     }
9559     else {
9560         i = f3();
9561         j = f4();
9562     }
9564 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?
9566 ##### Note
9568 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
9570     error_code ec;
9571     Value v = [&] {
9572         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9573         ec = p.first;
9574         return p.second;
9575     }();
9577 or maybe:
9579     Value v = [] {
9580         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
9581         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
9582         return p.second;
9583     }();
9585 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
9587 ##### Enforcement
9589 * Flag every uninitialized variable.
9590   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
9591 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
9592   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
9594 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
9596 ##### Reason
9598 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
9600 ##### Example
9602     int x = 7;
9603     // ... no use of x here ...
9604     ++x;
9606 ##### Enforcement
9608 Flag declarations that are distant from their first use.
9610 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
9612 ##### Reason
9614 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
9616 ##### Example, bad
9618     string s;
9619     // ... no use of s here ...
9620     s = "what a waste";
9622 ##### Example, bad
9624     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
9626     if (cond)   // some non-trivial condition
9627         Set(&var);
9628     else if (cond2 || !cond3) {
9629         var = Set2(3.14);
9630     }
9631     else {
9632         var = 0;
9633         for (auto& e : something)
9634             var += e;
9635     }
9637     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
9639 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
9640 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
9641 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
9643 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
9645 ##### Enforcement
9647 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
9648 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
9650 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
9652 ##### Reason
9654 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
9656 ##### Example
9658     int x {f(99)};
9659     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
9661 ##### Exception
9663 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
9665     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
9666     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
9668 ##### Note
9670 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
9672 ##### Example
9674     int x {7.9};   // error: narrowing
9675     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
9677 ##### Note
9679 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
9681     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
9682     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
9683         // ...
9684     };
9685     X var {};   // initialize var to be empty
9686     struct S {
9687         int m {7};   // default initializer for a member
9688         // ...
9689     };
9691 ##### Note
9693 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until recently:
9695     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
9696     // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
9697     // (this will will change to "element 7" in C++17)
9698     auto x2 = {7};
9700     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
9701     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
9703 ##### Exception
9705 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
9707     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
9709 ##### Note
9711 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
9713 ##### Example
9715     template<typename T>
9716     void f()
9717     {
9718         T x1(1);    // T initialized with 1
9719         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
9721         T y1 {1};   // T initialized with 1
9722         T y0 {};    // default initialized T
9723         // ...
9724     }
9726 **See also**: [Discussion](#???)
9728 ##### Enforcement
9730 Tricky.
9732 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
9733 * Look for `=` after `auto` has been seen.
9735 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
9737 ##### Reason
9739 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
9740 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
9741 increases readability, and it has zero or near zero runtime cost.
9743 ##### Example
9745     void use(bool leak)
9746     {
9747         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
9748         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
9749         // ...
9750         if (leak) return;
9751         // ...
9752     }
9754 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
9756 ##### Enforcement
9758 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
9760 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
9762 ##### Reason
9764 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
9766 ##### Example
9768     void f(int n)
9769     {
9770         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
9771         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
9772         // ...
9773     }
9775 ##### Enforcement
9777 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
9778 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
9779 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
9781 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
9783 ##### Reason
9785 Readability and safety.
9787 ##### Example, bad
9789     void use()
9790     {
9791         int i;
9792         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9793         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
9794     }
9796 ##### Note
9798 As an optimization, you may want to reuse a buffer as a scratch pad, but even then prefer to limit the variable's scope as much as possible and be careful not to cause bugs from data left in a recycled buffer as this is a common source of security bugs.
9800     {
9801         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
9802         for (auto& o : objects)
9803         {
9804             // First part of the work.
9805             generateFirstString(buffer, o);
9806             writeToFile(buffer);
9808             // Second part of the work.
9809             generateSecondString(buffer, o);
9810             writeToFile(buffer);
9812             // etc...
9813         }
9814     }
9816 ##### Enforcement
9818 Flag recycled variables.
9820 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
9822 ##### Reason
9824 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
9825 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
9827 ##### Example, bad
9829     const int n = 7;
9830     int m = 9;
9832     void f()
9833     {
9834         int a1[n];
9835         int a2[m];   // error: not ISO C++
9836         // ...
9837     }
9839 ##### Note
9841 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
9842 There is a lot of such code.
9843 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
9844 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
9845 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
9847 ##### Example
9849     const int n = 7;
9850     int m = 9;
9852     void f()
9853     {
9854         array<int, n> a1;
9855         stack_array<int> a2(m);
9856         // ...
9857     }
9859 ##### Enforcement
9861 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
9862 * Flag arrays with non-local constant bounds
9864 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
9866 ##### Reason
9868 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.
9870 ##### Example, bad
9872     widget x;   // should be const, but:
9873     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
9874         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9875     }                                        // needed to initialize x
9876     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
9878 ##### Example, good
9880     const widget x = [&]{
9881         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
9882         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
9883             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
9884         }                                          // needed to initialize x
9885         return val;
9886     }();
9888 ##### Example
9890     string var = [&]{
9891         if (!in) return "";   // default
9892         string s;
9893         for (char c : in >> c)
9894             s += toupper(c);
9895         return s;
9896     }(); // note ()
9898 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.
9900 ##### Example
9902     owner<istream&> in = [&]{
9903         switch (source) {
9904         case default:       owned = false; return cin;
9905         case command_line:  owned = true;  return *new istringstream{argv[2]};
9906         case file:          owned = true;  return *new ifstream{argv[2]};
9907     }();
9909 ##### Enforcement
9911 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
9913 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
9915 ##### Reason
9917 Macros are a major source of bugs.
9918 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9919 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9920 Macros complicate tool building.
9922 ##### Example, bad
9924     #define Case break; case   /* BAD */
9926 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
9928 ##### Note
9930 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
9932 ##### Enforcement
9934 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9936 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
9938 ##### Reason
9940 Macros are a major source of bugs.
9941 Macros don't obey the usual scope and type rules.
9942 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
9943 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
9944 Macros complicate tool building.
9946 ##### Example, bad
9948     #define PI 3.14
9949     #define SQUARE(a, b) (a * b)
9951 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
9953     constexpr double pi = 3.14;
9954     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
9956 ##### Enforcement
9958 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
9960 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
9962 ##### Reason
9964 Convention. Readability. Distinguishing macros.
9966 ##### Example
9968     #define forever for (;;)   /* very BAD */
9970     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
9972 ##### Enforcement
9974 Scream when you see a lower case macro.
9976 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
9978 ##### Reason
9980 Macros do not obey scope rules.
9982 ##### Example
9984     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
9986     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
9988 ##### Note
9990 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
9991 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
9992 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.
9994 ##### Enforcement
9996 Warn against short macro names.
9998 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
10000 ##### Reason
10002 Not type safe.
10003 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
10005 ##### Example
10007     #include<cstdarg>
10009     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
10010     void error(int severity ...)
10011     {
10012         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
10013         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
10015         for (;;) {
10016             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
10017             char* p = va_arg(ap, char*);
10018             if (p == nullptr) break;
10019             cerr << p << ' ';
10020         }
10022         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
10024         cerr << '\n';
10025         if (severity) exit(severity);
10026     }
10028     void use()
10029     {
10030         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
10031         error(7); // crash
10032         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
10033         const char* is = "is";
10034         string an = "an";
10035         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
10036     }
10038 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
10040 ##### Note
10042 This is basically the way `printf` is implemented.
10044 ##### Enforcement
10046 * Flag definitions of C-style variadic functions.
10047 * Flag `#include<cstdarg>` and `#include<stdarg.h>`
10049 ## ES.stmt: Statements
10051 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
10053 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
10055 ##### Reason
10057 * Readability.
10058 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
10059 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
10061 ##### Example
10063     void use(int n)
10064     {
10065         switch (n) {   // good
10066         case 0:   // ...
10067         case 7:   // ...
10068         }
10069     }
10071 rather than:
10073     void use2(int n)
10074     {
10075         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
10076             // ...
10077         else if (n == 7)
10078             // ...
10079     }
10081 ##### Enforcement
10083 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
10085 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
10087 ##### Reason
10089 Readability. Error prevention. Efficiency.
10091 ##### Example
10093     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
10094             cout << v[i] << '\n';
10096     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
10097         cout << *p << '\n';
10099     for (auto& x : v)    // OK
10100         cout << x << '\n';
10102     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
10103         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
10105     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
10106         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
10108     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
10109         if (i % 2 == 0)
10110             continue;   // skip even elements
10111         else
10112             cout << v[i] << '\n';
10113     }
10115 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.
10117 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
10119 ##### Note
10121 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
10123     for (string s : vs) // ...
10125 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
10127     for (string& s : vs) // ...
10129 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
10131     for (const string& s : vs) // ...
10133 ##### Enforcement
10135 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.
10137 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
10139 ##### Reason
10141 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
10143 ##### Example
10145     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
10146         // do work
10147     }
10149 ##### Example, bad
10151     int i = 0;
10152     while (i < vec.size()) {
10153         // do work
10154         i++;
10155     }
10157 ##### Enforcement
10161 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
10163 ##### Reason
10165  ???
10167 ##### Example
10169     ???
10171 ##### Enforcement
10175 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
10177 ##### Reason
10179 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
10180 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
10182 ##### Example
10184     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
10185         // ...
10186     }
10188 ##### Example, don't
10190     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
10191     for (j = 0; j < 100; ++j) {
10192         // ...
10193     }
10194     // j is still visible here and isn't needed
10196 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
10198 ##### Enforcement
10200 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
10202 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
10203 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
10205 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
10207 ##### Reason
10209 Readability, avoidance of errors.
10210 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
10212 ##### Example
10214     int x;
10215     do {
10216         cin >> x;
10217         // ...
10218     } while (x < 0);
10220 ##### Enforcement
10224 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
10226 ##### Reason
10228 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
10230 ##### Exception
10232 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
10234 ##### Example
10236     ???
10238 ##### Example
10240 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
10242     void f()
10243     {
10244         // ...
10245             goto exit;
10246         // ...
10247             goto exit;
10248         // ...
10249     exit:
10250         ... common cleanup code ...
10251     }
10253 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
10255 ##### Enforcement
10257 * 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.
10259 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: ??? `continue`
10261 ##### Reason
10263  ???
10265 ##### Example
10267     ???
10269 ##### Enforcement
10273 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
10275 ##### Reason
10277  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
10278  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
10280 ##### Example
10282     switch (eventType)
10283     {
10284     case Information:
10285         update_status_bar();
10286         break;
10287     case Warning:
10288         write_event_log();
10289     case Error:
10290         display_error_window(); // Bad
10291         break;
10292     }
10294 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
10296     switch (eventType)
10297     {
10298     case Information:
10299         update_status_bar();
10300         break;
10301     case Warning:
10302         write_event_log();
10303         // fallthrough
10304     case Error:
10305         display_error_window(); // Bad
10306         break;
10307     }
10309 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
10311 ##### Note
10313 Multiple case labels of a single statement is OK:
10315     switch (x) {
10316     case 'a':
10317     case 'b':
10318     case 'f':
10319         do_something(x);
10320         break;
10321     }
10323 ##### Enforcement
10325 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
10327 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: ??? `default`
10329 ##### Reason
10331  ???
10333 ##### Example
10335     ???
10337 ##### Enforcement
10341 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
10343 ##### Reason
10345 Readability.
10347 ##### Example
10349     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
10350     v[i] = f(v[i]);
10352     for (auto x : v) {           // better
10353         // nothing
10354     }
10355     v[i] = f(v[i]);
10357 ##### Enforcement
10359 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
10361 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
10363 ##### Reason
10365 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.
10367 ##### Example
10369     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10370         // no updates to i -- ok
10371     }
10373     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10374         //
10375         if (/* something */) ++i; // BAD
10376         //
10377     }
10379     bool skip = false;
10380     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
10381         if (skip) { skip = false; continue; }
10382         //
10383         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
10384         //
10385     }
10387 ##### Enforcement
10389 Flag variables that are potentially updated (have a non-const use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
10391 ## ES.expr: Expressions
10393 Expressions manipulate values.
10395 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
10397 ##### Reason
10399 Complicated expressions are error-prone.
10401 ##### Example
10403     // bad: assignment hidden in subexpression
10404     while ((c = getc()) != -1)
10406     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
10407     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
10409     // better, but possibly still too complicated
10410     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
10412     // OK: if i and j are not aliased
10413     int x = ++i + ++j;
10415     // OK: if i != j and i != k
10416     v[i] = v[j] + v[k];
10418     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
10419     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
10421     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
10422     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
10424     // bad: undefined behavior
10425     x = x++ + x++ + ++x;
10427 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.
10429 ##### Note
10431 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
10433 ##### Example
10435     x = k * y + z;             // OK
10437     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
10438     x = t1 + z;
10440     if (0 <= x && x < max)   // OK
10442     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
10443     auto t2 = x < max;
10444     if (t1 && t2)            // ...
10446 ##### Enforcement
10448 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:
10450 * 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
10451 * writes to aliased variables
10452 * more than N operators (and what should N be?)
10453 * reliance of subtle precedence rules
10454 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
10455 * implementation defined behavior?
10456 * ???
10458 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
10460 ##### Reason
10462 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
10464 ##### Example
10466     const unsigned int flag = 2;
10467     unsigned int a = flag;
10469     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
10471 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.
10473     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
10475 ##### Note
10477 You should know enough not to need parentheses for:
10479     if (a < 0 || a <= max) {
10480         // ...
10481     }
10483 ##### Enforcement
10485 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
10486 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
10487 * ???
10489 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
10491 ##### Reason
10493 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
10495 * Do all pointer arithmetic on a `span` (exception ++p in simple loop???)
10496 * Avoid pointers to pointers
10497 * ???
10499 ##### Example
10501     ???
10503 ##### Enforcement
10505 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
10507 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
10509 ##### Reason
10511 You have no idea what such code does. Portability.
10512 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.
10514 ##### Example
10516     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
10518 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
10520 ##### Example
10522     ???
10524 ##### Note
10526 What is safe?
10528 ##### Enforcement
10530 Can be detected by a good analyzer.
10532 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
10534 ##### Reason
10536 Because that order is unspecified.
10538 ##### Example
10540     int i = 0;
10541     f(++i, ++i);
10543 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
10545 ##### Example
10547 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
10549     f1()->m(f2());   // m(f1(), f2())
10550     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
10552 ##### Enforcement
10554 Can be detected by a good analyzer.
10556 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
10558 ##### Reason
10560 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
10562 ##### Example
10564     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
10565         cout << month[m] << '\n';
10567 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
10569     constexpr int month_count = 12;   // months are numbered 1..12
10571     for (int m = first_month; m <= month_count; ++m)   // better
10572         cout << month[m] << '\n';
10574 Better still, don't expose constants:
10576     for (auto m : month)
10577         cout << m << '\n';
10579 ##### Enforcement
10581 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
10583 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
10585 ##### Reason
10587 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
10589 ##### Example, bad
10591 A key example is basic narrowing:
10593     double d = 7.9;
10594     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
10595     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
10597     void f(int x, long y, double d)
10598     {
10599         char c1 = x;   // bad: narrowing
10600         char c2 = y;   // bad: narrowing
10601         char c3 = d;   // bad: narrowing
10602     }
10604 ##### Note
10606 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:
10608     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
10609     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
10611 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
10613     double d = -7.9;
10614     unsigned u = 0;
10616     u = d;                          // BAD
10617     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
10618     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
10620 ##### Enforcement
10622 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
10624 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
10625 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
10626 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
10628 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
10630 ##### Reason
10632 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
10633 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
10634 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
10635 or `0`.
10637 ##### Example
10639 Consider:
10641     void f(int);
10642     void f(char*);
10643     f(0);         // call f(int)
10644     f(nullptr);   // call f(char*)
10646 ##### Enforcement
10648 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
10650 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
10652 ##### Reason
10654 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
10656 ##### Example
10658     ???
10660 ##### Note
10662 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
10663 In fact, they often disable the general rules for using values.
10664 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
10665 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
10667 ##### Note
10669 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
10670 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
10671 are seriously overused as well as a major source of errors.
10673 ##### Note
10675 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
10677 ##### Enforcement
10679 * Force the elimination of C-style casts
10680 * Warn against named casts
10681 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
10683 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
10685 ##### Reason
10687 Readability. Error avoidance.
10688 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
10690 The named casts are:
10692 * `static_cast`
10693 * `const_cast`
10694 * `reinterpret_cast`
10695 * `dynamic_cast`
10696 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
10697 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
10698 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
10699 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
10701 ##### Example
10703     ???
10705 ##### Note
10707 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
10708 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
10710     double d{some_float};
10711     int64_t i{some_int32};
10713 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
10714 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
10715 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
10716 for example.)
10718 ##### Enforcement
10720 Flag C-style and functional casts.
10722 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
10724 ##### Reason
10726 It makes a lie out of `const`.
10728 ##### Note
10730 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
10731 Examples are caching, memoization, and precomputation.
10732 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
10734 ##### Example
10736 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
10738     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
10740     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
10741     public:
10742         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
10743         void set(int x, int v);             // make y the value for x
10744         // ...
10745     private:
10746         // ...
10747     };
10749     class X {
10750     public:
10751         int get_val(int x)
10752         {
10753             auto p = cache.find(x);
10754             if (p.first) return p.second;
10755             int val = compute(x);
10756             cache.set(x, val); // insert value for x
10757             return val;
10758         }
10759         // ...
10760     private:
10761         Cache cache;
10762     };
10764 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
10765 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
10767     class X {   // Suspicious solution based on casting
10768     public:
10769         int get_val(int x) const
10770         {
10771             auto p = cache.find(x);
10772             if (p.first) return p.second;
10773             int val = compute(x);
10774             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
10775             return val;
10776         }
10777         // ...
10778     private:
10779         Cache cache;
10780     };
10782 Fortunately, there is a better solution:
10783 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
10785     class X {   // better solution
10786     public:
10787         int get_val(int x) const
10788         {
10789             auto p = cache.find(x);
10790             if (p.first) return p.second;
10791             int val = compute(x);
10792             cache.set(x, val);
10793             return val;
10794         }
10795         // ...
10796     private:
10797         mutable Cache cache;
10798     };
10800 An alternative solution would to store a pointer to the `cache`:
10802     class X {   // OK, but slightly messier solution
10803     public:
10804         int get_val(int x) const
10805         {
10806             auto p = cache->find(x);
10807             if (p.first) return p.second;
10808             int val = compute(x);
10809             cache->set(x, val);
10810             return val;
10811         }
10812         // ...
10813     private:
10814         unique_ptr<Cache> cache;
10815     };
10817 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
10818 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
10820 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multithreaded code, possibly using a `std::mutex`.
10822 ##### Enforcement
10824 Flag `const_cast`s.
10826 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
10828 ##### Reason
10830 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
10832 ##### Example
10834     for (auto& x : v)      // print all elements of v
10835         cout << x << '\n';
10837     auto p = find(v, x);   // find x in v
10839 ##### Enforcement
10841 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
10843 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
10845 ##### Reason
10847 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
10849 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).
10851 ##### Notes
10853 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.
10855 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`.
10857 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.
10859 ##### Example, bad
10861     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
10863     void user()
10864     {
10865         X x;
10866         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
10867         sink(x);
10868         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
10869         sink(std::move(x));
10871         // ...
10873         // probably a mistake
10874         use(x);
10875     }
10877 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
10878 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.
10880     void f() {
10881         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
10883         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
10884         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
10886         // bad, if you want to keep using s1's value
10887         string s3 = move(s1);
10889         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
10890         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
10891     }
10893 ##### Example
10895     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
10897     void f() {
10898         auto w = make_unique<widget>();
10899         // ...
10900         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
10901         // ...
10902         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
10903     }
10905 ##### Notes
10907 `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.
10908 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.
10910 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
10911 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
10912 In general, don't complicate your code without reason (??)
10914 ##### Example, bad
10916     vector<int> make_vector() {
10917         vector<int> result;
10918         // ... load result with data
10919         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
10920     }
10922 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
10923 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.
10926 ##### Example, bad
10928     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
10930 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
10931 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
10933 ##### Example
10935     void mover(X&& x) {
10936         call_something(std::move(x));         // ok
10937         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
10938         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
10939     }
10941     template<class T>
10942     void forwarder(T&& t) {
10943         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
10944         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
10945         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
10946     }
10948 ##### Enforcement
10950 * 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.
10951 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
10952 * 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.
10953 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
10954 * 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.)
10955 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
10956 * 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.)
10957 * 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.
10959 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
10961 ##### Reason
10963 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
10965 ##### Note
10967 also known as "No naked `new`!"
10969 ##### Example, bad
10971     void f(int n)
10972     {
10973         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
10974         // ...
10975         delete[] p;
10976     }
10978 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
10980 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
10982 ##### Enforcement
10984 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
10986 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
10988 ##### Reason
10990 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
10992 ##### Example, bad
10994     void f(int n)
10995     {
10996         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
10997         // ...
10998         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
10999     }
11001 ##### Note
11003 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
11005 ##### Enforcement
11007 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
11008 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
11010 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
11012 ##### Reason
11014 The result of doing so is undefined.
11016 ##### Example, bad
11018     void f(int n)
11019     {
11020         int a1[7];
11021         int a2[9];
11022         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
11023         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
11024     }
11026 ##### Note
11028 This example has many more problems.
11030 ##### Enforcement
11034 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
11036 ##### Reason
11038 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
11039 the object was meant to be considered as a whole.
11040 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
11042 ##### Example
11044     class Shape { /* ... */ };
11045     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
11047     Circle c {{0, 0}, 42};
11048     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
11050 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
11051 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
11053 ##### Alternative
11055 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
11056 This saves readers from confusion.
11057 For example:
11059     class Smiley : public Circle {
11060         public:
11061         Circle copy_circle();
11062         // ...
11063     };
11065     Smiley sm { /* ... */ };
11066     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
11067     Circle c2 {sm.copy_circle()};
11069 ##### Enforcement
11071 Warn against slicing.
11073 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
11075 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
11077 ##### Reason
11079 Avoid wrong results.
11081 ##### Example
11083     int x = -3;
11084     unsigned int y = 7;
11086     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
11087     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
11088     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
11090 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
11092 ##### Note
11094 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
11095 This precludes consistency.
11097 ##### Enforcement
11099 Compilers already know and sometimes warn.
11101 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
11103 ##### Reason
11105 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
11107 ##### Example
11109     unsigned char x = 0b1010'1010;
11110     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
11112 ##### Note
11114 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
11115 However, if you want modulo arithmetic add
11116 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
11117 can be surprising for many programmers.
11119 ##### Enforcement
11121 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
11122 * ???
11124 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
11126 ##### Reason
11128 Because most arithmetic is assumed to be signed;
11129 `x-y` yields a negative number when `y>x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
11131 ##### Example
11133 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
11134 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
11136     template<typename T, typename T2>
11137     T subtract(T x, T2 y)
11138     {
11139         return x-y;
11140     }
11142     void test()
11143     {
11144         int s = 5;
11145         unsigned int us = 5;
11146         cout << subtract(s, 7) << '\n';     // -2
11147         cout << subtract(us, 7u) << '\n';   // 4294967294
11148         cout << subtract(s, 7u) << '\n';    // -2
11149         cout << subtract(us, 7) << '\n';    // 4294967294
11150         cout << subtract(s, us+2) << '\n';  // -2
11151         cout << subtract(us, s+2) << '\n';  // 4294967294
11152     }
11154 Here we have been very explicit about what's happening,
11155 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`?
11157 ##### Exception
11159 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
11160 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
11161 is going to be surprising for many programmers.
11163 ##### Example
11165 The standard library uses unsigned types for subscripts.
11166 The build-in array uses signed types for subscripts.
11167 This makes surprises (and bugs) inevitable.
11169     int a[10];
11170     for (int i=0; i < 10; ++i) a[i]=i;
11171     vector<int> v(10);
11172     // compares signed to unsigned; some compilers warn
11173     for (int i=0; v.size() < 10; ++i) v[i]=i;
11175     int a2[-2];         // error: negative size
11177     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
11178     vector<int> v2(-2);
11180 ##### Enforcement
11182 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
11183 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
11184 * Flag unsigned literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
11186 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
11188 ##### Reason
11190 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
11191 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11193 ##### Example, bad
11195     int a[10];
11196     a[10] = 7;   // bad
11198     int n = 0;
11199     while (n++ < 10)
11200         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
11202 ##### Example, bad
11204     int n = numeric_limits<int>::max();
11205     int m = n + 1;   // bad
11207 ##### Example, bad
11209     int area(int h, int w) { return h * w; }
11211     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
11213 ##### Exception
11215 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11217 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11219 ##### Enforcement
11223 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
11225 ##### Reason
11227 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
11229 ##### Example, bad
11231     int a[10];
11232     a[-2] = 7;   // bad
11234     int n = 101;
11235     while (n--)
11236         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
11238 ##### Exception
11240 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
11242 ##### Enforcement
11246 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
11248 ##### Reason
11250 The result is undefined and probably a crash.
11252 ##### Note
11254 This also applies to `%`.
11256 ##### Example; bad
11258     double divide(int a, int b) {
11259         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
11260         return a / b;
11261     }
11263 ##### Example; good
11265     double divide(int a, int b) {
11266         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
11267         Expects(b != 0);
11268         return a / b;
11269     }
11271     double divide(int a, int b) {
11272         // good, address via check
11273         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
11274     }
11276 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
11278 ##### Enforcement
11280 * Flag division by an integral value that could be zero
11282 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
11284 ??? should this section be in the main guide???
11286 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
11287 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.
11288 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
11289 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
11291 Performance rule summary:
11293 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
11294 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
11295 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
11296 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
11297 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
11298 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
11299 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
11300 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
11301 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
11302 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
11303 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
11304 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
11305 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
11306 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
11307 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
11308 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
11309 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
11310 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
11312 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
11314 ##### Reason
11316 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
11318 ##### Note
11320 Some people optimize out of habit or because it's fun.
11324 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
11326 ##### Reason
11328 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
11332 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
11334 ##### Reason
11336 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
11338 ##### Note
11340 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
11342 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
11343 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
11344 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
11345 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
11346 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
11348 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
11350 ##### Reason
11352 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
11354 ##### Example, good
11356     // clear expression of intent, fast execution
11358     vector<uint8_t> v(100000);
11360     for (auto& c : v)
11361         c = ~c;
11363 ##### Example, bad
11365     // intended to be faster, but is actually slower
11367     vector<uint8_t> v(100000);
11369     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
11370     {
11371         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
11372         quad_word = ~quad_word;
11373     }
11375 ##### Note
11381 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
11383 ##### Reason
11385 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
11387 ##### Note
11393 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
11395 ##### Reason
11397 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
11398 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
11400 ##### Note
11402 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
11404 ##### Note
11406 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
11407 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
11408 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
11409 Often, you will be surprised.
11413 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
11415 ##### Reason
11417 Because we often need to optimize the initial design.
11418 Because a design that ignore the possibility of later improvement is hard to change.
11420 ##### Example
11422 From the C (and C++) standard:
11424     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
11426 When did you even want to sort memory?
11427 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
11428 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
11429 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
11430 This implies added work for the programmer, is error prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
11432     double data[100];
11433     // ... fill a ...
11435     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
11436     // address data using the order defined by compare_doubles
11437     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
11439 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
11441 We can do better (in C++98)
11443     template<typename Iter>
11444         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
11446     sort(data, data + 100);
11448 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
11450 With C++11 plus [concepts](#???), we can do better still
11452     // Sortable specifies that c must be a
11453     // random-access sequence of elements comparable with <
11454     void sort(Sortable& c);
11456     sort(c);
11458 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
11459 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
11460 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
11461 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
11463     // compare elements of c using p
11464     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
11466 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
11467 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
11469 ##### Note
11471 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
11472 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
11473 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
11474 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
11476 * Information passing:
11477 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
11478 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
11479 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
11480 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
11481 * Function argument passing and return:
11482 Distinguish between mutable and non-mutable data.
11483 Don't impose a resource management burden on your users.
11484 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
11485 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
11486 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
11487 * Abstraction:
11488 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
11489 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
11490 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
11491 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
11492 The ideal is zero-overhead generalization.
11493 * Libraries:
11494 Use libraries with good interfaces.
11495 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
11496 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
11497 * Isolation:
11498 Isolate your code from messy and/or old style code by providing an interface of your choosing to it.
11499 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
11500 Don't let bad designs "bleed into" your code.
11502 ##### Example
11504 Consider:
11506     template <class ForwardIterator, class T>
11507     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11509 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
11510 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
11512 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
11513 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
11515     template <class ForwardIterator, class T>
11516     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11518 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise `last`.
11520 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
11522     template <class ForwardIterator, class T>
11523     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
11524     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
11526 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
11528     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
11529     for (auto p = r.first(); p != r.second(), ++p)
11530         cout << *p << '\n';
11532 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
11533 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
11534 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
11535 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
11536 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
11538 ##### Note
11540 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
11541 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
11543 ##### Note
11545 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
11546 High-level code does not imply slow or bloated.
11548 ##### Note
11550 Things have costs.
11551 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
11552 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
11553 For example, have a rough idea of the cost of
11554 a memory access,
11555 a function call,
11556 a string comparison,
11557 a system call,
11558 a disk access,
11559 and a message through a network.
11561 ##### Note
11563 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
11564 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
11565 One question that can be useful is
11566 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
11568 ##### Note
11570 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
11571 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
11573 ##### Enforcement
11575 Tricky.
11576 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
11578 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
11580 ##### Reason
11582 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.
11586 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
11590 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
11594 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
11598 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
11602 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
11606 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
11608 ##### Reason
11610 Performance is typically dominated by memory access times.
11614 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
11618 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
11620 ##### Reason
11622 Performance is typically dominated by memory access times.
11626 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
11628 ##### Reason
11630 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
11632 ##### Example
11634     int matrix[rows][cols];
11636     // bad
11637     for (int c = 0; c < cols; ++c)
11638         for (int r = 0; r < rows; ++r)
11639             sum += matrix[r][c];
11641     // good
11642     for (int r = 0; r < rows; ++r)
11643         for (int c = 0; c < cols; ++c)
11644             sum += matrix[r][c];
11646 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
11650 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and Parallelism
11652 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).
11653 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)
11654 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
11655 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
11657 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
11658 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
11659 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
11660 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
11661 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
11662 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
11663 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
11664 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
11665 in a thread-friendly way.
11667 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
11668 in mind:
11670 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
11671   environment
11672 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
11673   standard library
11674 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
11675   you the performance gains you need
11677 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
11678 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
11679 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
11680 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
11681 guidance here to change significantly over time.
11683 This section needs a lot of work (obviously).
11684 Please note that we start with rules for relative non-experts.
11685 Real experts must wait a bit;
11686 contributions are welcome,
11687 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
11689 Concurrency and parallelism rule summary:
11691 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
11692 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
11693 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
11694 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
11695 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
11696 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
11698 See also:
11700 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
11701 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
11702 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
11703 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
11704 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
11705 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
11707 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
11709 ##### Reason
11711 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
11712 Code gets re-used.
11713 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
11714 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
11715 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
11717 ##### Example
11719     double cached_computation(double x)
11720     {
11721         static double cached_x = 0.0;
11722         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
11723         double result;
11725         if (cached_x == x)
11726             return cached_result;
11727         result = computation(x);
11728         cached_x = x;
11729         cached_result = result;
11730         return result;
11731     }
11733 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.
11735 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
11737 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
11738 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
11739 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
11740 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
11741 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
11742 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
11744 ##### Exception
11746 Code that is never run in a multi-threaded environment.
11748 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
11749 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
11750 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
11751 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.
11753 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
11755 ##### Reason
11757 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
11759 ##### Note
11761 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.
11762 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
11764 ##### Example, bad
11766 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
11767 production software at this very moment. One very simple example:
11769     int get_id() {
11770       static int id = 1;
11771       return id++;
11772     }
11774 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
11775 including:
11777 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
11778   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
11779   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
11780   `id` plus one.
11781 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
11782   same ID.
11784 Local static variables are a common source of data races.
11786 ##### Example, bad:
11788     void f(fstream&  fs, regex pat)
11789     {
11790         array<double, max> buf;
11791         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
11792         gsl::span<double> s {buf};
11793         // ...
11794         auto h1 = async([&]{ sort(par, s); });     // spawn a task to sort
11795         // ...
11796         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pat); });   // span a task to find matches
11797         // ...
11798     }
11800 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
11801 All data races are nasty.
11802 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
11803 Not all data races are as easy to spot as this one.
11805 ##### Example, bad:
11807     // code not controlled by a lock
11809     unsigned val;
11811     if (val < 5) {
11812         // ... other thread can change val here ...
11813         switch (val) {
11814         case 0: // ...
11815         case 1: // ...
11816         case 2: // ...
11817         case 3: // ...
11818         case 4: // ...
11819         }
11820     }
11822 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
11823 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.
11824 Really, "all bets are off" if you get a data race.
11825 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;
11826 this can be a security risk.
11828 ##### Enforcement
11830 Some is possible, do at least something.
11831 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
11832 but be aware that solutions have costs and blind spots.
11833 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
11834 We hope for better tools.
11835 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
11837 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
11839 * Avoid global data
11840 * Avoid `static` variables
11841 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
11842 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
11844 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
11846 ##### Reason
11848 If you don't share writable data, you can't have a data race.
11849 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
11850 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
11852 ##### Example
11854     bool validate(const vector<Reading>&);
11855     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
11856     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
11857     // ...
11859     void process_readings(istream& socket1)
11860     {
11861         vector<Reading> surface_readings;
11862         socket1 >> surface_readings;
11863         if (!socket1) throw Bad_input{};
11865         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings) throw Invalide_data{}; });
11866         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
11867         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
11868         // ...
11869         auto v1 = h1.get();
11870         auto v2 = h2.get();
11871         auto v3 = h3.get();
11872         // ...
11873     }
11875 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
11877 ##### Note
11879 Immutable data can be safely and efficiently shared.
11880 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
11882 ##### Enforcement
11887 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
11889 ##### Reason
11891 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
11892 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
11893 Application concepts are easier to reason about.
11895 ##### Example
11897     ???
11899 ##### Note
11901 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
11902 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
11903 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
11905 ##### Enforcement
11909 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
11911 ##### Reason
11913 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
11914 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
11915 It simply has nothing to do with concurrency.
11917 ##### Example, bad:
11919     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11921     Pool* use()
11922     {
11923         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11924     }
11926 Here we have a problem:
11927 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two treads execute this and
11928 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
11929 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
11931     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11933     Pool* use()
11934     {
11935         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11936     }
11938 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
11940 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
11942     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
11944     Pool* use()
11945     {
11946         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
11947     }
11949 Now the `--` operation is atomic,
11950 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
11952 ##### Alternative
11954 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
11955 Use a `mutex` for more complicated examples.
11957 ##### See also
11959 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
11961 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
11963 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
11964 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
11965 than they are at finding errors in sequential code.
11966 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
11968 ##### Example
11970     ???
11972 ##### Note
11974 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
11975 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
11976 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
11977 but we can mention:
11979  * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
11980  and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
11981  have some support for static annotation of thread safety properties.
11982  Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
11983  The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
11984  and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
11985  cases that should have been caught but were allowed.
11987 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
11988 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
11989 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
11990 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
11991 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
11992 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
11993 but it can only identify races seen in a given execution.
11995 ##### Enforcement
11997 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
11999 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
12001 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
12003 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
12004 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
12005 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
12006 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
12008 Concurrency rule summary:
12010 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
12011 * [CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
12012 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
12013 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
12014 * [CP.24: Think of a detached `thread` as a global container](#Rconc-detach)
12015 * [CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`](#Rconc-raii_thread)
12016 * [CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`](#Rconc-detached_thread)
12017 * [CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)](#Rconc-thread)
12018 * [CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed](#Rconc-join-undetached)
12019 * [CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s](#Rconc-pass)
12020 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
12021 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
12022 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
12023 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
12024 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
12025 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
12026 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
12027 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it protects](#Rconc-mutex)
12028 * ??? when to use a spinlock
12029 * ??? when to use `try_lock()`
12030 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
12031 * ??? Time multiplexing
12032 * ??? when/how to use `new thread`
12034 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
12036 ##### Reason
12038 Avoids nasty errors from unreleased locks.
12040 ##### Example, bad
12042     mutex mtx;
12044     void do_stuff()
12045     {
12046         mtx.lock();
12047         // ... do stuff ...
12048         mtx.unlock();
12049     }
12051 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
12053     mutex mtx;
12055     void do_stuff()
12056     {
12057         unique_lock<mutex> lck {mtx};
12058         // ... do stuff ...
12059     }
12061 ##### Enforcement
12063 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
12066 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es
12068 ##### Reason
12070 To avoid deadlocks on multiple `mutex`s
12072 ##### Example
12074 This is asking for deadlock:
12076     // thread 1
12077     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12078     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12080     // thread 2
12081     lock_guard<mutex> lck2(m2);
12082     lock_guard<mutex> lck1(m1);
12084 Instead, use `lock()`:
12086     // thread 1
12087     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12088     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12089     lock(lck1, lck2);
12091     // thread 2
12092     lock_guard<mutex> lck2(m2, defer_lock);
12093     lock_guard<mutex> lck1(m1, defer_lock);
12094     lock(lck2, lck1);
12096 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
12098 ##### Note
12100 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
12101 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
12103 I'm really looking forward to be able to write plain
12105     lock_guard lck1(m1, defer_lock);
12107 and have the `mutex` type deduced.
12109 ##### Enforcement
12111 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
12112 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
12115 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
12117 ##### Reason
12119 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
12121 ##### Example
12123     void do_this(Foo* p)
12124     {
12125         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
12126         // ... do something ...
12127         p->act(my_data);
12128         // ...
12129     }
12131 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),
12132 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
12133 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
12135 ##### Example
12137 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.
12138 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
12140     recursive_mutex my_mutex;
12142     template<typename Action>
12143     void do_something(Action f)
12144     {
12145         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
12146         // ... do something ...
12147         f(this);    // f will do something to *this
12148         // ...
12149     }
12151 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
12153 ##### Enforcement
12155 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
12156 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
12159 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
12161 ##### Reason
12163 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12164 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
12166 ##### Example
12168     void f(int * p)
12169     {
12170         // ...
12171         *p = 99;
12172         // ...
12173     }
12174     int glob = 33;
12176     void some_fct(int* p)
12177     {
12178         int x = 77;
12179         raii_thread t0(f, &x);           // OK
12180         raii_thread t1(f, p);            // OK
12181         raii_thread t2(f, &glob);        // OK
12182         auto q = make_unique<int>(99);
12183         raii_thread t3(f, q.get());      // OK
12184         // ...
12185     }
12187 An `raii_thread` is a `std::thread` with a destructor that joined and cannot be `detached()`.
12188 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
12189 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12190 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12192 ##### Enforcement
12194 Ensure that `raii_thread`s don't `detach()`.
12195 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
12198 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a detached `thread` as a global container
12200 ##### Reason
12202 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
12203 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
12205 ##### Example
12207     void f(int * p)
12208     {
12209         // ...
12210         *p = 99;
12211         // ...
12212     }
12214     int glob = 33;
12216     void some_fct(int* p)
12217     {
12218         int x = 77;
12219         std::thread t0(f, &x);           // bad
12220         std::thread t1(f, p);            // bad
12221         std::thread t2(f, &glob);        // OK
12222         auto q = make_unique<int>(99);
12223         std::thread t3(f, q.get());      // bad
12224         // ...
12225         t0.detach();
12226         t1.detach();
12227         t2.detach();
12228         t3.detach();
12229         // ...
12230     }
12232 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
12233 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
12234 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
12235 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
12237 ##### Enforcement
12239 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
12240 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;
12241 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
12244 ### <a name="Rconc-raii_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`
12246 ##### Reason
12248 An `raii_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
12250 Detached threads are hard to monitor.
12252 ??? Place all "immortal threads" on the free store rather than `detach()`?
12254 ##### Example
12256     ???
12258 ##### Enforcement
12262 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`
12264 ##### Reason
12266 Often, the need to `detach` is inherent in the `thread`s task.
12267 Documenting that aids comprehension and helps static analysis.
12269 ##### Example
12271     void heartbeat();
12273     void use()
12274     {
12275         gsl::detached_thread t1(heartbeat);    // obviously need not be joined
12276         std::thread t2(heartbeat);             // do we need to join? (read the code for heartbeat())
12277         // ...
12278     }
12280 Flag unconditional `detach` on a plain `thread`
12283 ### <a name="Rconc-thread"></a>CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)
12285 ##### Reason
12287 `thread`s that are supposed to unconditionally `join` or unconditionally `detach` can be clearly identified as such.
12288 The plain `thread`s should be assumed to use the full generality of `std::thread`.
12290 ##### Example
12292     void tricky(thread* t, int n)
12293     {
12294         // ...
12295         if (is_odd(n))
12296             t->detach();
12297         // ...
12298     }
12300     void use(int n)
12301     {
12302         thread t { tricky, this, n };
12303         // ...
12304         // ... should I join here? ...
12305     }
12307 ##### Enforcement
12313 ### <a name="Rconc-join-undetached"></a>CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed
12315 ##### Reason
12317 A `thread` that has not been `detach()`ed when it is destroyed terminates the program.
12319 ##### Example, bad
12321     void f() { std::cout << "Hello "; }
12323     struct F {
12324         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12325     };
12327     int main()
12328     {
12329         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12330         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12331     }  // spot the bugs
12333 ##### Example
12335     void f() { std::cout << "Hello "; }
12337     struct F {
12338         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
12339     };
12341     int main()
12342     {
12343         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
12344         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
12346         t1.join();
12347         t2.join();
12348     }  // one bad bug left
12350 ??? Is `cout` synchronized?
12352 ##### Enforcement
12354 * Flag `join`s for `raii_thread`s ???
12355 * Flag `detach`s for `detached_thread`s
12358 ### <a name="RRconc-pass"></a>CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread`s
12360 ##### Reason
12362 In general, you cannot know whether a non-`raii_thread` will outlive the scope of the variables, so that those pointers will become invalid.
12364 ##### Example, bad
12366     void use()
12367     {
12368         int x = 7;
12369         thread t0 { f, ref(x) };
12370         // ...
12371         t0.detach();
12372     }
12374 The `detach` may not be so easy to spot.
12375 Use a `raii_thread` or don't pass the pointer.
12377 ##### Example, bad
12379     ??? put pointer to a local on a queue that is read by a longer-lived thread ???
12381 ##### Enforcement
12383 Flag pointers to locals passed in the constructor of a plain `thread`.
12386 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
12388 ##### Reason
12390 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
12391 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
12393 ##### Note
12395 Defining "small amount" precisely is impossible.
12397 ##### Example
12399     string modify1(string);
12400     void modify2(shared_ptr<string>);
12402     void fct(string& s)
12403     {
12404         auto res = async(modify1, s);
12405         async(modify2, &s);
12406     }
12408 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
12409 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
12410 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
12411 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
12412 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
12413 is probably not a good idea.
12415 Note that this argument has nothing to do with `sync` as such. It applies equally to considerations about whether to use
12416 message passing or shared memory.
12418 ##### Enforcement
12423 ### <a name="Rconc-shared"></a>[CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
12425 ##### Reason
12427 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
12428 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
12429 safe way to ensure proper deletion.
12431 ##### Example
12433     ???
12435 ##### Note
12437 * 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.
12438 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
12439 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
12441 ##### Enforcement
12446 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
12448 ##### Reason
12450 Context switches are expensive.
12452 ##### Example
12454     ???
12456 ##### Enforcement
12461 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
12463 ##### Reason
12465 Thread creation is expensive.
12467 ##### Example
12469     void worker(Message m)
12470     {
12471         // process
12472     }
12474     void 
12475     (istream& is)
12476     {
12477         for (Message m; is >> m; )
12478             run_list.push_back(new thread(worker, m));
12479     }
12481 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
12483 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
12485     Sync_queue<Message> work;
12487     void master(istream& is)
12488     {
12489         for (Message m; is >> m; )
12490             work.put(m);
12491     }
12493     void worker()
12494     {
12495         for (Message m; m = work.get(); ) {
12496             // process
12497         }
12498     }
12500     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
12501     {
12502         raii_thread w1 {worker};
12503         raii_thread w2 {worker};
12504         raii_thread w3 {worker};
12505         raii_thread w4 {worker};
12506     }
12508 ##### Note
12510 If your system has a good thread pool, use it.
12511 If your system has a good message queue, use it.
12513 ##### Enforcement
12518 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
12520 ##### Reason
12522 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
12524 ##### Example, bad
12526     std::condition_variable cv;
12527     std::mutex mx;
12529     void thread1()
12530     {
12531         while (true) {
12532             // do some work ...
12533             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12534             cv.notify_one();    // wake other thread
12535         }
12536     }
12538     void thread2()
12539     {
12540         while (true) {
12541             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
12542             cv.wait(lock);    // might block forever
12543             // do work ...
12544         }
12545     }
12547 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
12549 ##### Example
12551     template<typename T>
12552     class Sync_queue {
12553     public:
12554         void put(const T& val);
12555         void put(T&& val);
12556         void get(T& val);
12557     private:
12558         mutex mtx;
12559         condition_variable cond;    // this controls access
12560         list<T> q;
12561     };
12563     template<typename T>
12564     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
12565     {
12566         lock_guard<mutex> lck(mtx);
12567         q.push_back(val);
12568         cond.notify_one();
12569     }
12571     template<typename T>
12572     void Sync_queue<T>::get(T& val)
12573     {
12574         unique_lock<mutex> lck(mtx);
12575         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
12576         val = q.front();
12577         q.pop_front();
12578     }
12580 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
12581 it will immediately go back to sleep, waiting.
12583 ##### Enforcement
12585 Flag all `wait`s without conditions.
12588 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
12590 ##### Reason
12592 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
12593 and `thread` suspension and resumption are expensive.
12595 ##### Example
12597     void do_something() // bad
12598     {
12599         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12600         do0();  // preparation: does not need lock
12601         do1();  // transaction: needs locking
12602         do2();  // cleanup: does not need locking
12603     }
12605 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
12606 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
12607 We could rewrite this to
12609     void do_something() // bad
12610     {
12611         do0();  // preparation: does not need lock
12612         my_lock.lock();
12613         do1();  // transaction: needs locking
12614         my_lock.unlock();
12615         do2();  // cleanup: does not need locking
12616     }
12618 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
12619 Instead, add a block for the critical section:
12621     void do_something() // OK
12622     {
12623         do0();  // preparation: does not need lock
12624         {
12625             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
12626             do1();  // transaction: needs locking
12627         }
12628         do2();  // cleanup: does not need locking
12629     }
12631 ##### Enforcement
12633 Impossible in general.
12634 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
12637 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
12639 ##### Reason
12641 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
12643 ##### Example
12645     unique_lock<mutex>(m1);
12646     lock_guard<mutex> {m2};
12647     lock(m1, m2);
12649 This looks innocent enough, but it isn't.
12651 ##### Enforcement
12653 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
12657 ### <a name="Rconc-mutex"></a>P.50: Define a `mutex` together with the data it guards
12659 ##### Reason
12661 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how.
12663 ##### Example
12665     struct Record {
12666         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
12667         // ...
12668     };
12670 ##### Enforcement
12672 ??? Possible?
12675 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
12677 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
12679 Parallelism rule summary:
12681 * ???
12682 * ???
12683 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
12684 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
12688 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
12690 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.
12691 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
12692 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
12693 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
12695 Message passing rules summary:
12697 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
12698 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
12699 * message queues
12700 * messaging libraries
12702 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
12704 ??? 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?
12707 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
12709 ##### Reason
12711 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12712 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12714 ##### Example
12716     ???
12718 ##### Note
12722 ##### Enforcement
12726 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
12728 ##### Reason
12730 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
12731 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
12733 ##### Example
12735     ???
12737 ##### Note
12739 Unfortunately, `async()` is not perfect.
12740 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
12741 In fact, most current `async()` implementations don't.
12742 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
12743 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
12745 ##### Enforcement
12750 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
12752 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
12753 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
12754 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
12755 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
12757 Vectorization rule summary:
12759 * ???
12760 * ???
12762 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
12764 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
12765 Furthermore, it can lead to deadlock.
12766 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
12767 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
12768 Lock free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
12770 Lock-free programming rule summary:
12772 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
12773 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
12774 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
12775 * how/when to use atomics
12776 * avoid starvation
12777 * use a lock free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
12778 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
12779 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
12780 * how/when to compare and swap
12783 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
12785 ##### Reason
12787 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
12789 ##### Example, bad
12791     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
12793     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
12794     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
12796     do {
12797         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
12798         nh->next = h;                      // next element is the previous head
12799     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
12801 Spot the bug.
12802 It would be really hard to find through testing.
12803 Read up on the ABA problem.
12805 ##### Exception
12807 [Atomic variables](#???) can be used simply and safely, as long as you are using the sequentially consistent memory model (memory_order_seq_cst), which is the default.
12809 ##### Note
12811 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
12813 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
12816 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
12818 ##### Reason
12820 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
12821 the areas where the most subtle portability problems occur.
12822 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
12824 ##### Note
12826 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
12827 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
12828 Testing - often to an extreme extent - is essential.
12829 "Don't fly too close to the sun."
12831 ##### Enforcement
12833 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
12836 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
12838 ##### Reason
12840 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
12841 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
12843 ##### References
12845 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
12846 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
12847 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
12848 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
12849 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
12850 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
12851 * 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.
12852 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
12853 * 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.
12856 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
12858 ##### Reason
12860 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.
12862 ##### Example
12864 Example with std::call_once.
12866     void f()
12867     {
12868         static std::once_flag my_once_flag;
12869         std::call_once(my_once_flag, []()
12870         {
12871             // do this only once
12872         });
12873         // ...
12874     }
12876 Example with thread-safe static local variables of C++11.
12878     void f()
12879     {
12880         // Assuming the compiler is compliant with C++11
12881         static My_class my_object; // Constructor called only once
12882         // ...
12883     }
12885     class My_class
12886     {
12887     public:
12888         My_class()
12889         {
12890             // ...
12891         }
12892     };
12894 ##### Enforcement
12896 ??? Is it possible to detect the idiom?
12899 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
12901 ##### Reason
12903 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.
12905 ##### Example, bad
12907 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.
12909     atomic<bool> x_init;
12911     if (!x_init.load(memory_order_acquire)) {
12912         lock_guard<mutex> lck(x_mutex);
12913         if (!x_init.load(memory_order_relaxed)) {
12914             // ... initialize x ...
12915             x_init.store(true, memory_order_release);
12916         }
12917     }
12919 ##### Example, good
12921 One of the conventional patterns is below.
12923     std::atomic<int> state;
12925     // If state == SOME_ACTION_NEEDED maybe an action is needed, maybe not, we need to
12926     // check again in a lock. However, if state != SOME_ACTION_NEEDED, then we can be
12927     // sure that an action is not needed. This is the basic assumption of double-checked
12928     // locking.
12930     if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12931     {
12932         std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
12933         if (state == SOME_ACTION_NEEDED)
12934         {
12935             // do something
12936             state = NO_ACTION_NEEDED;
12937         }
12938     }
12940 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).
12942 ##### Enforcement
12944 ??? Is it possible to detect the idiom?
12947 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
12949 These rules defy simple categorization:
12951 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
12952 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
12954 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
12956 ##### Reason
12958 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
12960 ##### Example
12962     const volatile long clock;
12964 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
12965 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
12966 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:
12968     long t1 = clock;
12969     // ... no use of clock here ...
12970     long t2 = clock;
12972 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
12974 ##### Note
12976 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
12978 ##### Example
12980 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
12982     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
12983         // note: we get a pointer to someone else's memory here
12984         // volatile says "treat this with extra respect"
12986 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
12988     static volatile long vl;
12989     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
12991 ##### Example; bad
12993 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
12994 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
12996     void f() {
12997         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
12998         // etc.
12999     }
13001     class My_type {
13002         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
13003         // etc.
13004     };
13006 ##### Note
13008 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
13010 ##### Enforcement
13012 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
13013 * ???
13015 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
13017 ???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")
13020 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
13022 Error handling involves:
13024 * Detecting an error
13025 * Transmitting information about an error to some handler code
13026 * Preserve the state of a program in a valid state
13027 * Avoid resource leaks
13029 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.
13031 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
13033 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
13034 * Resource leaks (including memory leaks)
13035 * Bounds errors
13036 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
13037 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
13038 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
13040 Error-handling rule summary:
13042 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
13043 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
13044 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
13045 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
13046 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
13047 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
13048 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
13049 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
13051 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
13052 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
13053 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
13054 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
13055 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
13056 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
13057 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
13058 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
13060 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
13061 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
13062 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
13063 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
13065 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
13067 ##### Reason
13069 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
13071 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
13073 ##### Reason
13075 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
13077 ##### Example
13079     struct Foo {
13080         vector<Thing> v;
13081         File_handle f;
13082         string s;
13083     };
13085     void use()
13086     {
13087         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
13088         // ...
13089     }
13091 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.
13092 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
13093 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
13094 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
13095 Note that there is no return value that could contain an error code.
13097 The `File_handle` constructor might be defined like this:
13099     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
13100         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
13101     {
13102         if (!f)
13103             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
13104     }
13106 ##### Note
13108 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
13109 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
13110 Examples:
13112 * A precondition that cannot be met
13113 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
13114 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
13115 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
13117 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
13118 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
13120 ##### Note
13122 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
13124 ##### Exception
13126 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`.
13128 **See also**: [RAII](#Re-raii)
13130 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
13132 ##### Note
13134 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
13135 they have their own complexities and problems.
13136 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
13138 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
13140 ##### Reason
13142 To keep error handling separated from "ordinary code."
13143 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
13145 ##### Example, don't
13147     // don't: exception not used for error handling
13148     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
13149     {
13150         try {
13151             for (int i = 0; i < vec.size(); ++i)
13152                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
13153         } catch (int i) {
13154             return i;
13155         }
13156         return -1;   // not found
13157     }
13159 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
13160 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
13162 ##### Enforcement
13164 Would need to be heuristic.
13165 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
13167 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
13169 ##### Reason
13171 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.
13173 ##### Note
13175 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.
13177 ##### Enforcement
13181 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
13183 ##### Reason
13185 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
13186 Not all member functions can be called.
13188 ##### Example
13190     class Vector {  // very simplified vector of doubles
13191         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
13192     public:
13193         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
13194         Vector(int s) : elem{new double}, sz{s} { /* initialize elements */ }
13195         ~Vector() { delete elem; }
13196         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
13197         // ...
13198     private:
13199         owner<double*> elem;
13200         int sz;
13201     };
13203 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
13204 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
13205 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
13207 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
13209 ##### Enforcement
13211 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
13213 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
13215 ##### Reason
13217 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
13219 ##### Example
13221     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
13222     {
13223         int* p = new int[12];
13224         // ...
13225         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13226         // ...
13227     }
13229 We could carefully release the resource before the throw:
13231     void f2(int i)   // Clumsy: explicit release
13232     {
13233         int* p = new int[12];
13234         // ...
13235         if (i < 17) {
13236             delete[] p;
13237             throw Bad {"in f()", i};
13238         }
13239         // ...
13240     }
13242 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
13244     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle
13245     {
13246         auto p = make_unique<int[]>(12);
13247         // ...
13248         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
13249         // ...
13250     }
13252 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
13254     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle
13255     {
13256         auto p = make_unique<int[]>(12);
13257         // ...
13258         helper(i);   // may throw
13259         // ...
13260     }
13262 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
13264     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
13265     {
13266         vector<int> v(12);
13267         // ...
13268         helper(i);   // may throw
13269         // ...
13270     }
13272 ##### Note
13274 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
13276 ##### Note
13278 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
13279 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
13280 We know of only a few good reasons:
13282 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
13283 * 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.
13284 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
13285   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
13286 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
13287 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
13288 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
13289 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
13291 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
13292 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
13293 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
13294 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
13296     void f()
13297     {
13298         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
13299         if (!vs.valid()) {
13300             // handle error or exit
13301         }
13303         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
13304         if (!fs.valid()) {
13305             // handle error or exit
13306         }
13308         // ...
13309     } // destructors clean up as usual
13311 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
13312 Prefer to use exceptions.
13314 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept).
13316 ##### Enforcement
13320 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
13322 ##### Reason
13324 To avoid interface errors.
13326 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
13328 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
13330 ##### Reason
13332 To avoid interface errors.
13334 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
13336 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
13338 ##### Reason
13340 To make error handling systematic, robust, and efficient.
13342 ##### Example
13344     double compute(double d) noexcept
13345     {
13346         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
13347     }
13349 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
13350 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`.
13352 ##### Note
13354 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
13356 ##### Example
13358     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
13359     {
13360         vector<double> v2(v.size());
13361         // ... do something ...
13362     }
13364 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.
13366 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
13368 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
13370 ##### Reason
13372 That would be a leak.
13374 ##### Example
13376     void leak(int x)   // don't: may leak
13377     {
13378         auto p = new int{7};
13379         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
13380         // ...
13381         delete p;   // we may never get here
13382     }
13384 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
13386     void no_leak(int x)
13387     {
13388         auto p = make_unique<int>(7);
13389         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
13390         // ...
13391         // no need for delete p
13392     }
13394 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
13396     void no_leak_simplified(int x)
13397     {
13398         vector<int> v(7);
13399         // ...
13400     }
13402 **See also**: ???resource rule ???
13404 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
13406 ##### Reason
13408 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
13410 ##### Example
13412     void my_code()
13413     {
13414         // ...
13415         throw Moonphase_error{};
13416         // ...
13417     }
13419     void your_code()
13420     {
13421         try {
13422             // ...
13423             my_code();
13424             // ...
13425         }
13426         catch(Bufferpool_exhausted) {
13427             // ...
13428         }
13429     }
13431 ##### Example, don't
13433     void my_code()     // Don't
13434     {
13435         // ...
13436         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
13437         // ...
13438     }
13440     void your_code()   // Don't
13441     {
13442         try {
13443             // ...
13444             my_code();
13445             // ...
13446         }
13447         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
13448             // ...
13449         }
13450     }
13452 ##### Note
13454 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.
13456 ##### Example, don't
13458     void my_code()   // Don't
13459     {
13460         // ...
13461         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
13462         // ...
13463     }
13465     void your_code()   // Don't
13466     {
13467         try {
13468             // ...
13469             my_code();
13470             // ...
13471         }
13472         catch(runtime_error) {   // runtime_error means "input buffer too small"
13473             // ...
13474         }
13475     }
13477 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
13479 ##### Enforcement
13481 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.
13483 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
13485 ##### Reason
13487 To prevent slicing.
13489 ##### Example
13491     void f()
13492     try {
13493         // ...
13494     }
13495     catch (exception e) {   // don't: may slice
13496         // ...
13497     }
13499 Instead, use:
13501     catch (exception& e) { /* ... */ }
13503 ##### Enforcement
13505 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
13507 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
13509 ##### Reason
13511 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.
13513 ##### Example, don't
13515     class Connection {
13516         // ...
13517     public:
13518         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
13519         {
13520             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
13521             // ...
13522         }
13523     };
13525 ##### Note
13527 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
13528 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
13529 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
13530 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
13531 to be examined by a regular sweep of the system state.
13532 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
13534 ##### Note
13536 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.
13538 ##### Note
13540 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
13541 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
13542 Also, [make move operations `noexcept`](##Rc-move-noexcept).
13544 ##### Enforcement
13546 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
13547 Catch such operations that are not `noexcept`.
13549 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
13551 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
13553 ##### Reason
13555 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
13556 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
13557 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
13559 ##### Example, don't
13561     void f()   // bad
13562     {
13563         try {
13564             // ...
13565         }
13566         catch (...) {
13567             // no action
13568             throw;   // propagate exception
13569         }
13570     }
13572 ##### Enforcement
13574 * Flag nested try-blocks.
13575 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
13577 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
13579 ##### Reason
13581  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
13582  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
13584 ##### Example, Bad
13586     void f(zstring s)
13587     {
13588         Gadget* p;
13589         try {
13590             p = new Gadget(s);
13591             // ...
13592             delete p;
13593         }
13594         catch (Gadget_construction_failure) {
13595             delete p;
13596             throw;
13597         }
13598     }
13600 This code is messy.
13601 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
13602 Not all exceptions are handled.
13603 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
13604 Better:
13606     void f2(zstring s)
13607     {
13608         Gadget g {s};
13609     }
13611 ##### Alternatives
13613 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
13614 * [`finally`](#Re-finally)
13616 ##### Enforcement
13618 ??? hard, needs a heuristic
13620 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
13622 ##### Reason
13624 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
13626 ##### Example
13628     void f(int n)
13629     {
13630         void* p = malloc(1, n);
13631         auto _ = finally([p] { free(p); });
13632         // ...
13633     }
13635 ##### Note
13637 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
13638 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
13640 ##### Note
13642 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](##Re-no-throw-codes)
13643 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
13645 ##### Enforcement
13647 Heuristic: Detect `goto exit;`
13649 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
13651 ##### Reason
13653 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
13655 ##### Note
13657 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
13658 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
13659 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
13660 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
13662 A lot of fear of exceptions is misguided.
13663 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
13664 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
13665 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
13666 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
13667 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.
13668 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
13669 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
13671 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
13672 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
13673 or have such a rat's nest of old-style code
13674 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
13675 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
13677 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
13678 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
13679 If performance is your worry, measure.
13681 ##### Example
13683 Assume you wanted to write
13685     void func(zstring arg)
13686     {
13687         Gadget g {arg};
13688         // ...
13689     }
13691 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
13692 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
13694     error_indicator func(zstring arg)
13695     {
13696         Gadget g {arg};
13697         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
13698         // ...
13699         return 0;   // zero indicates "good"
13700     }
13702 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
13704 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13706 ##### Enforcement
13708 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
13710 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
13712 ##### Reason
13714 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
13716 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13718 ##### Note
13720 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
13721 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
13722 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
13724 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
13725 say from hardware failures.
13726 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
13728 ##### Example
13730     void f(int n)
13731     {
13732         // ...
13733         p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
13734         if (p == nullptr) abort();     // abort if memory is exhausted
13735         // ...
13736     }
13738 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
13740     void f(int n)
13741     {
13742         // ...
13743         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
13744         // ...
13745     }
13747 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
13749 ##### Enforcement
13751 Awkward
13753 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
13755 ##### Reason
13757 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
13759 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13761 ##### Note
13763 There are several issues to be addressed:
13765 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
13766 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
13767 * What do you use as an error indicator?
13769 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
13770 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
13771 or a pair of values can be returned.
13773 ##### Example
13775     Gadget make_gadget(int n)
13776     {
13777         // ...
13778     }
13780     void user()
13781     {
13782         Gadget g = make_gadget(17);
13783         if (!g.valid()) {
13784                 // error handling
13785         }
13786         // ...
13787     }
13789 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
13790 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
13792 ##### Example
13794 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
13795 In that case, we must return a pair of values.
13796 For example:
13798     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
13799     {
13800         // ...
13801     }
13803     void user()
13804     {
13805         auto r = make_gadget(17);
13806         if (!r.second) {
13807                 // error handling
13808         }
13809         Gadget& g = r.first;
13810         // ...
13811     }
13813 As shown, `std::pair` is a possible return type.
13814 Some people prefer a specific type.
13815 For example:
13817     Gval make_gadget(int n)
13818     {
13819         // ...
13820     }
13822     void user()
13823     {
13824         auto r = make_gadget(17);
13825         if (!r.err) {
13826                 // error handling
13827         }
13828         Gadget& g = r.val;
13829         // ...
13830     }
13832 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
13833 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
13835 ##### Example
13837 In general, you must clean up before an error exit.
13838 This can be messy:
13840     std::pair<int, error_indicator> user()
13841     {
13842         Gadget g1 = make_gadget(17);
13843         if (!g1.valid()) {
13844                 return {0, g1_error};
13845         }
13847         Gadget g2 = make_gadget(17);
13848         if (!g2.valid()) {
13849                 cleanup(g1);
13850                 return {0, g2_error};
13851         }
13853         // ...
13855         if (all_foobar(g1, g2)) {
13856             cleanup(g1);
13857             cleanup(g2);
13858             return {0, foobar_error};
13859         // ...
13861         cleanup(g1);
13862         cleanup(g2);
13863         return {res, 0};
13864     }
13866 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
13867 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
13869     std::pair<int, error_indicator> user()
13870     {
13871         error_indicator err = 0;
13873         Gadget g1 = make_gadget(17);
13874         if (!g1.valid()) {
13875                 err = g1_error;
13876                 goto exit;
13877         }
13879         Gadget g2 = make_gadget(17);
13880         if (!g2.valid()) {
13881                 err = g2_error;
13882                 goto exit;
13883         }
13885         if (all_foobar(g1, g2)) {
13886             err = foobar_error;
13887             goto exit;
13888         }
13889         // ...
13891     exit:
13892       if (g1.valid()) cleanup(g1);
13893       if (g2.valid()) cleanup(g2);
13894       return {res, err};
13895     }
13897 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
13898 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
13899 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error handling strategy systematically.
13901 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
13903 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
13905 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi).
13907 ##### Enforcement
13909 Awkward.
13911 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
13913 ##### Reason
13915 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
13916 When did you last test the return value of `printf()`?
13918 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
13920 ##### Example, bad
13922     ???
13924 ##### Note
13926 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
13928 ##### Enforcement
13930 Awkward.
13932 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and Immutability
13934 You can't have a race condition on a constant.
13935 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
13936 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
13938 Constant rule summary:
13940 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
13941 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
13942 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
13943 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
13944 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
13946 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
13948 ##### Reason
13950 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
13951 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
13953 ##### Example
13955     for (const string& s : c) cout << s << '\n';    // just reading: const
13957     for (string& s : c) cout << s << '\n';    // BAD: just reading
13959     for (string& s : c) cin >> s;  // needs to write: non-const
13961 ##### Exception
13963 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
13964 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
13966     void f(const char* const p); // pedantic
13967     void g(const int i);        // pedantic
13969 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
13971 ##### Enforcement
13973 * Flag non-const variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
13975 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
13977 ##### Reason
13979 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
13980 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
13982 ##### Example; bad
13984     class Point {
13985         int x, y;
13986     public:
13987         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
13988         // ...
13989     };
13991     void f(const Point& pt) {
13992         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
13993     }
13995 ##### Note
13997 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
13998 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
13999 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
14000 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
14002 ##### Note
14004 There are code/libraries that are offer functions that declare a`T*` even though
14005 those function do not modify that `T`.
14006 This is a problem for people modernizing code.
14007 You can
14009 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
14010 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const).
14011 * provide a wrapper function; for example
14013     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
14014     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p); } // wrapper
14016 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be be modified,
14017 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
14020 ##### Enforcement
14022 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
14024 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
14026 ##### Reason
14028  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
14029  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
14031 ##### Example
14033     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
14034     void g(const char* p);  // g does not modify *p
14036 ##### Note
14038 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
14039 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
14041 ##### Note
14043 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
14045 ##### Enforcement
14047 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
14048 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
14050 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
14052 ##### Reason
14054  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
14056 ##### Example
14058     void f()
14059     {
14060         int x = 7;
14061         const int y = 9;
14063         for (;;) {
14064             // ...
14065         }
14066         // ...
14067     }
14069 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
14071 ##### Enforcement
14073 * Flag unmodified non-`const` variables.
14075 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
14077 ##### Reason
14079 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
14081 ##### Example
14083     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
14084     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
14085     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
14087 ##### Note
14089 See F.4.
14091 ##### Enforcement
14093 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
14095 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
14097 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14098 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
14100 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
14101 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
14103 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
14105 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
14106 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14107 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)
14108 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14109 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14110 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14112 Template use rule summary:
14114 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
14115 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
14116 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
14117 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
14118 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
14120 Concept use rule summary:
14122 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14123 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14124 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
14125 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14126 * ???
14128 Concept definition rule summary:
14130 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14131 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14132 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14133 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14134 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14135 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
14136 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14137 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
14138 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
14139 * ???
14141 Template interface rule summary:
14143 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
14144 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
14145 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
14146 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
14147 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
14148 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
14149 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
14150 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
14151 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
14153 Template definition rule summary:
14155 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
14156 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
14157 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
14158 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
14159 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
14160 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
14161 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
14162 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
14164 Template and hierarchy rule summary:
14166 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
14167 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
14168 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
14169 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
14170 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
14171 * [T.??: ????](#Rt-???)
14173 Variadic template rule summary:
14175 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
14176 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
14177 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
14178 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
14179 * [T.??: ????](#Rt-???)
14181 Metaprogramming rule summary:
14183 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
14184 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
14185 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
14186 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
14187 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
14188 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
14189 * [T.??: ????](#Rt-???)
14191 Other template rules summary:
14193 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
14194 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
14195 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
14196 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
14197 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
14198 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
14199 * [T.??: ????](#Rt-???)
14201 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
14203 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
14205 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
14207 ##### Reason
14209 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
14211 ##### Example, bad
14213 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":
14215     template<typename T>
14216         // requires Incrementable<T>
14217     T sum1(vector<T>& v, T s)
14218     {
14219         for (auto x : v) s += x;
14220         return s;
14221     }
14223     template<typename T>
14224         // requires Simple_number<T>
14225     T sum2(vector<T>& v, T s)
14226     {
14227         for (auto x : v) s = s + x;
14228         return s;
14229     }
14231 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
14232 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
14234 ##### Example
14236     template<typename T>
14237         // requires Arithmetic<T>
14238     T sum(vector<T>& v, T s)
14239     {
14240         for (auto x : v) s += x;
14241         return s;
14242     }
14244 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
14245 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
14246 can be used for a wide variety of algorithms.
14248 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
14250 ##### Note
14252 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
14253 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
14254 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
14256 ##### Note
14258 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
14259 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
14261 ##### Note
14263 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
14264 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14265 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14266 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14267 If you use GCC 6.1, you can uncomment them.
14269 ##### Enforcement
14271 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
14272 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
14274 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
14276 ##### Reason
14278 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
14280 ##### Example
14282 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
14284     template<typename Iter, typename Val>
14285         // requires Input_iterator<Iter>
14286         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14287     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14288     {
14289         // ...
14290     }
14292 ##### Note
14294 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
14295 Don't overabstract.
14297 ##### Enforcement
14299 ??? tough, probably needs a human
14301 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
14303 ##### Reason
14305 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
14306 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
14308 ##### Example
14310     template<typename T>
14311         // requires Regular<T>
14312     class Vector {
14313         // ...
14314         T* elem;   // points to sz Ts
14315         int sz;
14316     };
14318     Vector<double> v(10);
14319     v[7] = 9.9;
14321 ##### Example, bad
14323     class Container {
14324         // ...
14325         void* elem;   // points to size elements of some type
14326         int sz;
14327     };
14329     Container c(10, sizeof(double));
14330     ((double*) c.elem)[] = 9.9;
14332 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
14334 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
14336 **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.
14337 See [Stable base](#Rt-abi).
14339 ##### Enforcement
14341 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
14343 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
14345 ##### Reason
14347  ???
14349 ##### Example
14351     ???
14353 **Exceptions**: ???
14355 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
14357 ##### Reason
14359 Generic and OO techniques are complementary.
14361 ##### Example
14363 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
14365     class Command {
14366         // pure virtual functions
14367     };
14369     // implementations
14370     template</*...*/>
14371     class ConcreteCommand : public Command {
14372         // implement virtuals
14373     };
14375 ##### Example
14377 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
14378 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
14380 ##### Note
14382 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
14383 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
14384 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
14386 ##### See also
14388 * ref ???
14389 * ref ???
14390 * ref ???
14392 ##### Enforcement
14394 See the reference to more specific rules.
14396 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
14398 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
14399 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
14400 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
14401 (standard and other).
14403 This section assumes concept support
14405 Concept use rule summary:
14407 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
14408 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
14409 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
14410 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
14411 * ???
14413 Concept definition rule summary:
14415 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
14416 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
14417 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
14418 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
14419 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
14420 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
14421 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
14422 * ???
14424 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
14426 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
14428 ##### Reason
14430 Correctness and readability.
14431 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
14432 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
14433 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
14435 ##### Example
14437     template<typename Iter, typename Val>
14438     //    requires Input_iterator<Iter>
14439     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14440     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14441     {
14442         // ...
14443     }
14445 or equivalently and more succinctly:
14447     template<Input_iterator Iter, typename Val>
14448     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14449     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14450     {
14451         // ...
14452     }
14454 ##### Note
14456 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14457 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)
14458 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14459 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14460 If you use GCC 6.1, you can uncomment them:
14462     template<typename Iter, typename Val>
14463         requires Input_iterator<Iter>
14464                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
14465     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
14466     {
14467         // ...
14468     }
14470 ##### Note
14472 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
14473 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
14474 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
14476 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
14478 ##### Enforcement
14480 Flag template type arguments without concepts
14482 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
14484 ##### Reason
14486  "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)
14487 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.
14489 ##### Note
14491 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
14493 ##### Example (using TS concepts)
14495     template<typename T>
14496         // don't define this: Sortable is in the GSL
14497     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
14499     void sort(Ordered_container& s);
14501 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
14502 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
14503 It is better and simpler just to use `Sortable`:
14505     void sort(Sortable& s);   // better
14507 ##### Note
14509 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
14511 ##### Note
14513 Designing a useful concept is challenging.
14515 ##### Enforcement
14517 Hard.
14519 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
14520 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
14522 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
14524 ##### Reason
14526  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
14528 ##### Example (using TS concepts)
14530     vector<string> v;
14531     auto& x = v.front();     // bad
14532     String& s = v.begin();   // good (String is a GSL concept)
14534 ##### Enforcement
14536 * ???
14538 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
14540 ##### Reason
14542 Readability. Direct expression of an idea.
14544 ##### Example (using TS concepts)
14546 To say "`T` is `Sortable`":
14548     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
14549     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
14550     void sort(T&);             // that is Sortable"
14552     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
14553     void sort(T&);             // which is Sortable"
14555     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
14557 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
14559 ##### Note
14561 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
14562 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)
14563 Currently (July 2016), concepts are supported only in GCC 6.1.
14564 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
14565 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1), you can remove the `//`.
14567 ##### Enforcement
14569 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
14570 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
14572 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
14574 Defining good concepts is non-trivial.
14575 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
14576 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
14577 and will not give the full benefits of the mechanism.
14579 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1),
14580 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
14582 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
14584 ##### Reason
14586 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
14587 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
14588 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
14590 ##### Example, bad (using TS concepts)
14592     template<typename T>
14593     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
14595     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14596     {
14597         // ...
14598         return a + b;
14599     }
14601     int x = 7;
14602     int y = 9;
14603     auto z = plus(x, y);   // z = 16
14605     string xx = "7";
14606     string yy = "9";
14607     auto zz = plus(xx, yy);   // zz = "79"
14609 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
14610 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
14612 ##### Note
14614 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
14616 ##### Example (using TS concepts)
14618     template<typename T>
14619     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14620     concept Number = has_plus<T>
14621                      && has_minus<T>
14622                      && has_multiply<T>
14623                      && has_divide<T>;
14625     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
14626     {
14627         // ...
14628         return a + b;
14629     }
14631     int x = 7;
14632     int y = 9;
14633     auto z = plus(x, y);   // z = 18
14635     string xx = "7";
14636     string yy = "9";
14637     auto zz = plus(xx, yy);   // error: string is not a Number
14639 ##### Note
14641 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
14643 ##### Enforcement
14645 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
14646 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
14649 ### <a name="RT-operations"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
14651 ##### Reason
14653 Ease of comprehension.
14654 Improved interoperability.
14655 Helps implementers and maintainers.
14657 ##### Note
14659 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
14661 ##### Example, bad (using TS concepts)
14663     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
14665 This makes no semantic sense.
14666 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
14668 Examples of complete sets are
14670 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
14671 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
14673 ##### Note
14675 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
14676 It is a general design rule that even applies to non-templates:
14678     class Minimal {
14679         // ...
14680     };
14682     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
14683     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
14685     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
14686     // no other operators
14688     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
14689     {
14690         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14691         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
14693         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14694         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
14696         x = x + y;        // OK
14697         x += y;             // surprise! error
14698     }
14700 This is minimal, but surprising and constraining for users.
14701 It could even be less efficient.
14703 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
14705 ##### Example
14707     class Convenient {
14708         // ...
14709     };
14711     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
14712     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
14713     // ... and the other comparison operators ...
14715     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
14716     // .. and the other arithmetic operators ...
14718     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
14719     {
14720         if (!(x == y) { /* ... */ }     // OK
14721         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
14723         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
14724         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
14726         x = x + y;     // OK
14727         x += y;      // OK
14728     }
14730 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
14731 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
14733 ##### Enforcement
14735 * Flag classes the support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
14736   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
14739 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
14741 ##### Reason
14743 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
14744 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.
14745 Specifying semantics is a powerful design tool.
14747 ##### Example (using TS concepts)
14749     template<typename T>
14750         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
14751         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
14752         concept Number = requires(T a, T b) {
14753             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
14754             {a - b} -> T;
14755             {a * b} -> T;
14756             {a / b} -> T;
14757         }
14759 ##### Note
14761 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
14762 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
14763 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
14765 ##### Note
14767 In this context axioms are Boolean expressions.
14768 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
14769 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
14770 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
14772 ##### Note
14774 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
14776 ##### Exception (using TS concepts)
14778 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
14779 Finding good semantics can take effort and time.
14780 An incomplete set of constraints can still be very useful:
14782     // balancer for a generic binary tree
14783     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
14784         add_fixup(p);
14785         touch(p);
14786         detach(p);
14787     }
14789 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
14790 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
14791 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
14793 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
14794 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
14795 However, it should not be assumed to be stable.
14796 Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
14798 ##### Enforcement
14800 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
14802 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
14804 ##### Reason
14806 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
14808 ##### Example (using TS concepts)
14810     template<typename I>
14811     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
14813     template<typename I>
14814     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
14816 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
14817 This decreases the burden on implementers of these types since
14818 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
14819 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
14821 ##### Enforcement
14823 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
14824 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
14826 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
14828 ##### Reason
14830 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
14832 ##### Example (using TS concepts)
14834     template<typename I>    // iterator providing random access
14835     concept bool RA_iter = ...;
14837     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
14838     concept bool Contiguous_iter =
14839         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
14841 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14843 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
14845     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
14847     template<typename I>
14848     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
14850 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
14852 ##### Note
14854 Traits can be trait classes or type traits.
14855 These can be user-defined or standard-library ones.
14856 Prefer the standard-library ones.
14858 ##### Enforcement
14860 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
14861 * Flag the definition of identical concepts.
14863 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
14865 ##### Reason
14867 Clarity. Maintainability.
14868 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
14870 ##### Example (using TS concepts)
14872 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
14874     template<typename T>
14875         requires !C<T>    // bad
14876     void f();
14878     template<typename T>
14879         requires C<T>
14880     void f();
14882 This is better:
14884     template<typename T>   // general template
14885         void f();
14887     template<typename T>   // specialization by concept
14888         requires C<T>
14889     void f();
14891 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
14892 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
14893 version of `f()`, then delete it.
14895     template<typename T>
14896     void f() = delete;
14898 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
14900 ##### Note
14902 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
14904     template<typename T>
14905     enable_if<!C<T>, void>   // bad
14906     f();
14908     template<typename T>
14909     enable_if<C<T>, void>
14910     f();
14913 ##### Note
14915 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
14916 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
14918     C1<T> && C2<T>
14919     !C1<T> && C2<T>
14920     C1<T> && !C2<T>
14921     !C1<T> && !C2<T>
14923 Now the opportunities for errors multiply.
14925 ##### Enforcement
14927 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
14929 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
14931 ##### Reason
14933 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
14934 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
14936 ##### Example (using TS concepts)
14938 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
14940     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
14942 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
14943 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
14945     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
14946         bool == { a == b }
14947         bool == { a != b }
14948         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
14949         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
14950     }
14952 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
14953 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
14955 ##### Enforcement
14959 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
14961 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
14962 and its implementation.
14963 Before concepts, that distinction had no direct language support.
14964 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
14966 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
14968 ##### Reason
14970 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
14971 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
14973 ##### Example (using TS concepts)
14975     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
14976     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
14977     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
14978     sort(v, std::greater<>);                             // function object
14980     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
14981     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
14982     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
14983     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
14985 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
14987     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
14988     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
14990 ##### Note
14992 Lambdas generate function objects.
14994 ##### Note
14996 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
14998 ##### Enforcement
15000 * Flag pointer to function template arguments.
15001 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
15004 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
15006 ##### Reason
15008 Keep interfaces simple and stable.
15010 ##### Example (using TS concepts)
15012 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
15014     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
15015     {
15016         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15017         // ...
15018         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15019     }
15021 Should this be rewritten to:
15023     template<Sortable S>
15024         requires Streamable<S>
15025     void sort(S& s)  // sort sequence s
15026     {
15027         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
15028         // ...
15029         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
15030     }
15032 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
15033 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
15035 ##### Note
15037 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
15038 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.
15039 The definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
15040 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
15042 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
15043 we may get a late compile-time error.
15045 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
15046 we delay checking until instantiation time.
15047 We consider this a worthwhile tradeoff.
15049 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
15051 ##### Note
15053 It can be hard to decide which properties of a type is essential and which are not.
15055 ##### Enforcement
15059 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
15061 ##### Reason
15063 Improved readability.
15064 Implementation hiding.
15065 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
15066 They can also be used to wrap a trait.
15068 ##### Example
15070     template<typename T, size_t N>
15071     class Matrix {
15072         // ...
15073         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
15074         // ...
15075     };
15077 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>::`.
15079 ##### Example
15081     template<typename T>
15082     void user(T& c)
15083     {
15084         // ...
15085         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
15086         // ...
15087     }
15089     template<typename T>
15090     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
15093 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
15095     template<typename T>
15096     void user2(T& c)
15097     {
15098         // ...
15099         Value_type<T> x;
15100         // ...
15101     }
15103 ##### Note
15105 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
15107 ##### Enforcement
15109 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
15110 * ???
15112 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
15114 ##### Reason
15116 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
15117 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
15118 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
15120 ##### Example
15122     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
15124     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
15126     template<typename T>
15127     typedef int (*PFT)(T);      // error
15129     template<typename T>
15130     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
15132 ##### Enforcement
15134 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
15136 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
15138 ##### Reason
15140 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
15142 ##### Example
15144     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
15145     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
15147 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
15149 ##### Note
15151 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
15153 ##### Exception
15155 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
15157     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
15158     list<Record*> lst;
15160 ##### Note
15162 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
15163 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
15164 For example:
15166     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
15168 ##### Enforcement
15170 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
15172 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
15174 ##### Reason
15176  Readability.
15177  Preventing surprises and errors.
15178  Most uses support that anyway.
15180 ##### Example
15182     class X {
15183             // ...
15184     public:
15185         explicit X(int);
15186         X(const X&);            // copy
15187         X operator=(const X&);
15188         X(X&&);                 // move
15189         X& operator=(X&&);
15190         ~X();
15191         // ... no more constructors ...
15192     };
15194     X x {1};    // fine
15195     X y = x;      // fine
15196     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
15198 ##### Note
15200 Semiregular requires default constructible.
15202 ##### Enforcement
15204 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
15206 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
15208 ##### Reason
15210  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.
15211  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
15212  Common names make this problem more likely.
15214 ##### Example
15216     namespace Bad {
15217         struct S { int m; };
15218         template<typename T1, typename T2>
15219         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
15220     }
15222     namespace T0 {
15223         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
15225         void test()
15226         {
15227             Bad::S bad{ 1 };
15228             vector<int> v(10);
15229             bool b = 1 == bad;
15230             bool b2 = v.size() == bad;
15231         }
15232     }
15234 This prints `T0` and `Bad`.
15236 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
15237 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
15238 the `==` in `Bad` requires no conversions.
15239 Realistic types, such as the standard library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
15241 ##### Note
15243 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
15244 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
15245 That is, it is highly visible.
15247 ##### Note
15249 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
15251 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`.
15254 ##### Enforcement
15256 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
15259 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
15261 ##### Reason
15263 Because that's the best we can do without direct concept support.
15264 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
15266 ##### Example
15268     enable_if<???>
15270 ##### Note
15272 Beware of [complementary constraints](# T.25).
15273 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
15275 ##### Enforcement
15279 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
15281 ##### Reason
15283 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
15285 ##### Example
15287     ???
15289 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
15291 ##### Enforcement
15296 ##### Note
15299 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
15301 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
15302 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
15303 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
15305 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
15307 ##### Reason
15309 Eases understanding.
15310 Minimizes errors from unexpected dependencies.
15311 Eases tool creation.
15313 ##### Example
15315     template<typename C>
15316     void sort(C& c)
15317     {
15318         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
15319     }
15321     template<typename Iter>
15322     Iter algo(Iter first, Iter last) {
15323         for (; first != last; ++first) {
15324             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
15325             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
15326                                    // helper is chosen based on first and x
15327             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
15328         }
15329     }
15331 ##### Note
15333 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
15335 ##### Note
15337 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.
15338 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
15339 And don't get us started on macros!
15340 See also [T.69](#Rt-customization)
15342 ##### Enforcement
15344 ??? Tricky
15346 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
15348 ##### Reason
15350 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
15351 This limits use and typically increases code size.
15353 ##### Example, bad
15355     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15356         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15357     class List {
15358     public:
15359         struct Link {   // does not depend on A
15360             T elem;
15361             T* pre;
15362             T* suc;
15363         };
15365         using iterator = Link*;
15367         iterator first() const { return head; }
15369         // ...
15370     private:
15371         Link* head;
15372     };
15374     List<int> lst1;
15375     List<int, My_allocator> lst2;
15377     ???
15379 This looks innocent enough, but ???
15381     template<typename T>
15382     struct Link {
15383         T elem;
15384         T* pre;
15385         T* suc;
15386     };
15388     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
15389         // requires Regular<T> && Allocator<A>
15390     class List2 {
15391     public:
15392         using iterator = Link<T>*;
15394         iterator first() const { return head; }
15396         // ...
15397     private:
15398         Link* head;
15399     };
15401     List<int> lst1;
15402     List<int, My_allocator> lst2;
15404     ???
15406 ##### Enforcement
15408 * Flag member types that do not depend on every template argument
15409 * Flag member functions that do not depend on every template argument
15411 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
15413 ##### Reason
15415  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
15417 ##### Example
15419     template<typename T>
15420     class Foo {
15421     public:
15422         enum { v1, v2 };
15423         // ...
15424     };
15428     struct Foo_base {
15429         enum { v1, v2 };
15430         // ...
15431     };
15433     template<typename T>
15434     class Foo : public Foo_base {
15435     public:
15436         // ...
15437     };
15439 ##### Note
15441 A more general version of this rule would be
15442 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
15443 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
15445 ??? What about constants? class statics?
15447 ##### Enforcement
15449 * Flag ???
15451 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
15453 ##### Reason
15455 A template defines a general interface.
15456 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
15458 ##### Example
15460     ??? string specialization (==)
15462     ??? representation specialization ?
15464 ##### Note
15468 ##### Enforcement
15472 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
15474 ##### Reason
15476 * A template defines a general interface.
15477 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
15478 * Performance.
15480 ##### Example
15482 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
15484     struct pod_tag {};
15485     struct non_pod_tag {};
15487     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
15489     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
15491     template<class Iter>
15492     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
15493     {
15494         // use memmove
15495     }
15497     template<class Iter>
15498     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
15499     {
15500         // use loop calling copy constructors
15501     }
15503     template<class Itert>
15504     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
15505     {
15506         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
15507     }
15509     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
15510     {
15511         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
15512         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
15513     }
15515 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
15517 ##### Note
15519 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
15521     template<class Iter>
15522         requires Pod<Value_type<iter>>
15523     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15524     {
15525         // use memmove
15526     }
15528     template<class Iter>
15529     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
15530     {
15531         // use loop calling copy constructors
15532     }
15534 ##### Enforcement
15539 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
15541 ##### Reason
15543  ???
15545 ##### Example
15547     ???
15549 ##### Enforcement
15553 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
15555 ##### Reason
15557  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
15559 ##### Example
15561     template<typename T, typename U>
15562     void f(T t, U u)
15563     {
15564         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
15565         T v2 {x};   // variable
15566         auto x = T(u);  // construction or cast?
15567     }
15569     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
15571 ##### Enforcement
15573 * flag `()` initializers
15574 * flag function-style casts
15577 ### <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
15579 ##### Reason
15581 * Provide only intended flexibility.
15582 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
15584 ##### Example
15586 There are three major ways to let calling code customize a template.
15588     template<class T>
15589         // Call a member function
15590     void test1(T t)
15591     {
15592         t.f();    // require T to provide f()
15593     }
15595     template<class T>
15596     void test2(T t)
15597         // Call a nonmember function without qualification
15598     {
15599         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
15600     }
15602     template<class T>
15603     void test3(T t)
15604         // Invoke a "trait"
15605     {
15606         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
15607                               // to get non-default functions/types
15608     }
15610 A trait is usually a type alias to compute a type,
15611 a `constexpr` function to compute a value,
15612 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
15614 ##### Note
15616 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
15617 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
15618 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
15619 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
15622 ##### Enforcement
15624 * 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.
15627 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
15629 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
15630 for object-oriented programming.
15631 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
15633 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
15635 ##### Reason
15637 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
15639 ##### Example, bad
15641     template<typename T>
15642     struct Container {         // an interface
15643         virtual T* get(int i);
15644         virtual T* first();
15645         virtual T* next();
15646         virtual void sort();
15647     };
15649     template<typename T>
15650     class Vector : public Container<T> {
15651     public:
15652         // ...
15653     };
15655     vector<int> vi;
15656     vector<string> vs;
15658 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.
15660 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
15661 Similar for `vector<string>::sort()`.
15662 Unless those two functions are called that's code bloat.
15663 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
15665 ##### Note
15667 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
15668 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
15670 ##### Enforcement
15672 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
15674 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
15676 ##### Reason
15678 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
15680 ##### Example
15682 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
15684     void maul(Fruit* p)
15685     {
15686         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
15687         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[2]
15688     }
15690     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
15692     maul(aa);
15693     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
15694     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
15696 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
15697 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
15698 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
15699 Never write such code.
15701 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
15703 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
15705     void maul2(Fruit* p)
15706     {
15707         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
15708     }
15710     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
15712     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
15713     maul2(&va[0]);   // you asked for it
15715     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
15717 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
15719 ##### Enforcement
15721 * Detect this horror!
15723 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
15725 ##### Reason
15727  ???
15729 ##### Example
15731     ???
15733 ##### Enforcement
15737 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
15739 ##### Reason
15741 C++ does not support that.
15742 If it did, vtbls could not be generated until link time.
15743 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
15745 ##### Example, don't
15747     class Shape {
15748         // ...
15749         template<class T>
15750         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
15751     };
15753 ##### Note
15755 We need a rule because people keep asking about this
15757 ##### Alternative
15759 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
15761 ##### Enforcement
15763 The compiler handles that.
15765 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
15767 ##### Reason
15769 Improve stability of code.
15770 Avoid code bloat.
15772 ##### Example
15774 It could be a base class:
15776     struct Link_base {   // stable
15777         Link* suc;
15778         Link* pre;
15779     };
15781     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
15782     struct Link : Link_base {
15783         T val;
15784     };
15786     struct List_base {
15787         Link_base* first;   // first element (if any)
15788         int sz;             // number of elements
15789         void add_front(Link_base* p);
15790         // ...
15791     };
15793     template<typename T>
15794     class List : List_base {
15795     public:
15796         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
15797         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
15798         // ...
15799     };
15801     List<int> li;
15802     List<string> ls;
15804 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
15805 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
15807 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.
15809 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
15811 ##### Enforcement
15815 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
15819 ### <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
15821 ##### Reason
15823 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
15825 ##### Example
15827     ??? printf
15829 ##### Enforcement
15831 * Flag uses of `va_arg` in user code.
15833 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
15835 ##### Reason
15837  ???
15839 ##### Example
15841     ??? beware of move-only and reference arguments
15843 ##### Enforcement
15847 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
15849 ##### Reason
15851  ???
15853 ##### Example
15855     ??? forwarding, type checking, references
15857 ##### Enforcement
15861 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
15863 ##### Reason
15865 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
15867 ##### Example
15869     ???
15871 ##### Enforcement
15875 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
15877 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
15879 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
15880 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
15881 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
15883 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
15885 ##### Reason
15887 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
15888 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
15889 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
15890 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++.
15892 ##### Example, bad
15894     ???
15896 ##### Example, bad
15898     enable_if
15900 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
15902 ##### Example
15904     ??? good
15906 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
15908 ##### Note
15910 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
15912 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
15914 ##### Reason
15916 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
15917 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
15919 ##### Example
15921     template<typename Iter>
15922         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
15923     advance(Iter p, int n) { p += n; }
15925     template<typename Iter>
15926         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
15927     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15929 ##### Note
15931 Such code is much simpler using concepts:
15933     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
15935     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
15937 ##### Enforcement
15941 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
15943 ##### Reason
15945 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
15947 ##### Note
15949 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15951 ##### Example
15953     ??? big object / small object optimization
15955 ##### Enforcement
15959 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
15961 ##### Reason
15963 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
15964 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
15966 ##### Note
15968 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
15970 ##### Example
15972     template<typename T>
15973         // requires Number<T>
15974     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
15975     {
15976         T res = 1;
15977         while (n--) res *= v;
15978         return res;
15979     }
15981     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
15983 ##### Enforcement
15985 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
15987 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
15989 ##### Reason
15991 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
15993 ##### Example
15995     ???
15997 ##### Enforcement
16001 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
16003 ##### Reason
16005 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
16006 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
16008 ##### Example
16010     ???
16012 ##### Enforcement
16016 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
16018 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
16020 ##### Reason
16022 Documentation, readability, opportunity for reuse.
16024 ##### Example
16026     struct Rec {
16027         string name;
16028         string addr;
16029         int id;         // unique identifier
16030     };
16032     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
16033     {
16034         return a.id == b.id;
16035     }
16037     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
16039     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16040         [&](Rec& r) {
16041             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
16042             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
16043                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
16044             return true;
16045         }
16046     );
16048 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
16050     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
16051     {
16052         if (a.size() != b.size()) return false;
16053         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
16054         return true;
16055     }
16057     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16058         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
16059     );
16061 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
16063     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
16065     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
16066         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
16067     );
16069 ##### Note
16071 whether functions, lambdas, or operators.
16073 ##### Exception
16075 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
16076 * Lambdas as [initializers](#???)
16078 ##### Enforcement
16080 * (hard) flag similar lambdas
16081 * ???
16083 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
16085 ##### Reason
16087 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
16089 ##### Example
16091     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
16092                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
16095 ##### Exception
16097 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
16099 ##### Enforcement
16101 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
16103 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
16105 ##### Reason
16107 Improved readability.
16109 ##### Example
16111     ???
16113 ##### Enforcement
16117 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
16119 ##### Reason
16121 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
16123 ##### Example
16125 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
16127     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
16128         // ...
16129     }
16131     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
16132         // ...
16133     }
16135 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
16137 ##### Example
16139 Use the least-derived class that has the functionality you need.
16141     class Base {
16142     public:
16143         Bar f();
16144         Bar g();
16145     };
16147     class Derived1 : public Base {
16148     public:
16149         Bar h();
16150     };
16152     class Derived2 : public Base {
16153     public:
16154         Bar j();
16155     };
16157     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
16158     void my_func(Derived1& param)
16159     {
16160         use(param.f());
16161         use(param.g());
16162     }
16164     // good, uses only Base interface so only commit to that
16165     void my_func(Base& param)
16166     {
16167         use(param.f());
16168         use(param.g());
16169     }
16171 ##### Enforcement
16173 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
16174 * 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.
16175 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
16177 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
16179 ##### Reason
16181 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.
16183 ##### Example
16185     ???
16187 **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).
16189 ##### Enforcement
16191 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
16194 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
16196 ##### Reason
16198 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
16200 ###### Example
16202     class X {
16203         X() = delete;
16204         X(const X&) = default;
16205         X(X&&) = default;
16206         X& operator=(const X&) = default;
16207         // ...
16208     };
16210 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
16212     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
16213     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
16216 ###### Enforcement
16218 Not feasible.
16220 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
16222 C and C++ are closely related languages.
16223 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
16224 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
16226 C rule summary:
16228 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
16229 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
16230 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
16232 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
16234 ##### Reason
16236 C++ provides better type checking and more notational support.
16237 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
16239 ##### Example
16241     char ch = 7;
16242     void* pv = &ch;
16243     int* pi = pv;   // not C++
16244     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
16246 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
16247 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
16249 ##### Enforcement
16251 Use a C++ compiler.
16253 ### <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++
16255 ##### Reason
16257 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
16259 ##### Example
16261     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
16262     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
16263     int* p3 = new int[10];                                   // not C
16264     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
16266 ##### Enforcement
16268 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
16270   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
16272 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
16274 ##### Reason
16276 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
16278 ##### Example
16280 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.
16281 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.
16283 ##### Example
16285 You can call C from C++:
16287     // in C:
16288     double sqrt(double);
16290     // in C++:
16291     extern "C" double sqrt(double);
16293     sqrt(2);
16295 ##### Example
16297 You can call C++ from C:
16299     // in C:
16300     X call_f(struct Y*, int);
16302     // in C++:
16303     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
16304     {
16305         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
16306     }
16308 ##### Enforcement
16310 None needed
16312 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
16314 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
16315 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
16317 Source file rule summary:
16319 * [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)
16320 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
16321 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
16322 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
16323 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
16324 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
16325 * [SF.7: Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive)
16326 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
16327 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
16329 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
16330 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
16331 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
16333 ### <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
16335 ##### Reason
16337 It's a longstanding convention.
16338 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
16340 ##### Note
16342 This convention reflects a common use pattern:
16343 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
16344 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.
16345 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
16346 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
16348 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
16349 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
16350 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
16351 even though the actual extension may be different.
16353 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffices.
16355 ##### Example
16357     // foo.h:
16358     extern int a;   // a declaration
16359     extern void foo();
16361     // foo.cpp:
16362     int a;   // a definition
16363     void foo() { ++a; }
16365 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
16367 ##### Example, bad
16369     // foo.h:
16370     int a;   // a definition
16371     void foo() { ++a; }
16373 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
16375 ##### Enforcement
16377 * Flag non-conventional file names.
16378 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
16380 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
16382 ##### Reason
16384 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
16386 ##### Example
16388     // file.h:
16389     namespace Foo {
16390         int x = 7;
16391         int xx() { return x+x; }
16392     }
16394     // file1.cpp:
16395     #include<file.h>
16396     // ... more ...
16398      // file2.cpp:
16399     #include<file.h>
16400     // ... more ...
16402 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
16404 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
16406 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
16407 * templates
16408 * class definitions
16409 * function declarations
16410 * `extern` declarations
16411 * `inline` function definitions
16412 * `constexpr` definitions
16413 * `const` definitions
16414 * `using` alias definitions
16415 * ???
16417 ##### Enforcement
16419 Check the positive list above.
16421 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
16423 ##### Reason
16425 Maintainability. Readability.
16427 ##### Example, bad
16429     // bar.cpp:
16430     void bar() { cout << "bar\n"; }
16432     // foo.cpp:
16433     extern void bar();
16434     void foo() { bar(); }
16436 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
16437 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
16439 ##### Enforcement
16441 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
16443 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
16445 ##### Reason
16447 Minimize context dependencies and increase readability.
16449 ##### Example
16451     #include<vector>
16452     #include<algorithm>
16453     #include<string>
16455     // ... my code here ...
16457 ##### Example, bad
16459     #include<vector>
16461     // ... my code here ...
16463     #include<algorithm>
16464     #include<string>
16466 ##### Note
16468 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
16470 ##### Note
16472 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
16473 (as in the example labeled "bad").
16474 However
16476 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
16477 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
16478 * full protection and flexibility require [modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf).
16479 [See also](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf).
16482 ##### Enforcement
16484 Easy.
16486 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
16488 ##### Reason
16490 This enables the compiler to do an early consistency check.
16492 ##### Example, bad
16494     // foo.h:
16495     void foo(int);
16496     int bar(long);
16497     int foobar(int);
16499     // foo.cpp:
16500     void foo(int) { /* ... */ }
16501     int bar(double) { /* ... */ }
16502     double foobar(int);
16504 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
16506 ##### Example
16508     // foo.h:
16509     void foo(int);
16510     int bar(long);
16511     int foobar(int);
16513     // foo.cpp:
16514     #include<foo.h>
16516     void foo(int) { /* ... */ }
16517     int bar(double) { /* ... */ }
16518     double foobar(int);   // error: wrong return type
16520 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
16521 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.
16523 ##### Enforcement
16527 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
16529 ##### Reason
16531  ???
16533 ##### Example
16535     ???
16537 ##### Enforcement
16541 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` in a header file
16543 ##### Reason
16545 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
16547 ##### Example
16549     // bad.h
16550     #include <iostream>
16551     using namespace std; // bad
16553     // user.cpp
16554     #include "bad.h"
16555     
16556     bool copy( /*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
16558     int main() {
16559         copy( /*...*/ );    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
16560     }
16562 ##### Enforcement
16564 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
16566 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
16568 ##### Reason
16570 To avoid files being `#include`d several times.
16572 ##### Example
16574     // file foobar.h:
16575     #ifndef FOOBAR_H
16576     #define FOOBAR_H
16577     // ... declarations ...
16578     #endif // FOOBAR_H
16580 ##### Enforcement
16582 Flag `.h` files without `#include` guards.
16584 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
16586 ##### Reason
16588 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
16589 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
16591 ##### Note
16593 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
16595 ##### Example, bad
16597     // file1.h:
16598     #include "file2.h"
16600     // file2.h:
16601     #include "file3.h"
16603     // file3.h:
16604     #include "file1.h"
16606 ##### Enforcement
16608 Flag all cycles.
16610 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
16612 ##### Reason
16614  ???
16616 ##### Example
16618     ???
16620 ##### Enforcement
16624 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
16626 ##### Reason
16628 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
16630 ##### Example
16632     ???
16634 ##### Enforcement
16636 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
16638 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
16640 ##### Reason
16642 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
16643 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
16645 ##### Example
16647 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.
16649     ???
16651 ##### Enforcement
16653 * ???
16655 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
16657 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
16658 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
16660 The standard library has steadily grown over the years.
16661 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
16662 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
16664 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
16666 C++ Standard library component summary:
16668 * [SL.con: Containers](#SS-con)
16669 * [SL.str: String](#SS-string)
16670 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
16671 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
16672 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
16673 * [SL.C: The C standard library](#SS-clib)
16675 Standard-library rule summary:
16677 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
16678 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
16679 * ???
16681 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
16683 ##### Reason
16685 Save time. Don't re-invent the wheel.
16686 Don't replicate the work of others.
16687 Benefit from other people's work when they make improvements.
16688 Help other people when you make improvements.
16690 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
16692 ##### Reason
16694 More people know the standard library.
16695 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
16697 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
16701 Container rule summary:
16703 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
16704 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
16705 *  ???
16707 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
16709 ##### Reason
16711 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
16712 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.
16713 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
16714 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
16716 ##### Example
16718     int v[SIZE];                        // BAD
16720     std::array<int, SIZE> w;             // ok
16722 ##### Example
16724     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
16725     delete[] v;                         // BAD, manual delete
16727     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
16729 ##### Enforcement
16731 * 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`.
16733 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
16735 ##### Reason
16737 `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).
16738 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`.
16740 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.
16742 ##### Note
16744 `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.
16746 ##### Exceptions
16748 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
16750 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
16752 * 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.
16754 ##### Enforcement
16756 * 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.
16758 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
16762 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
16766 Iostream rule summary:
16768 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
16769 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
16770 * [???](#???)
16771 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
16772 * [???](#???)
16774 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
16778 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
16782 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
16784 ### Reason
16786 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
16787 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
16788 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
16790 ##### Example
16792     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
16793     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
16795 ##### Note
16797 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
16798 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
16800 ##### Note
16802 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
16803 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
16805 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
16809 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
16813 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C standard library
16817 C standard library rule summary:
16819 * [???](#???)
16820 * [???](#???)
16821 * [???](#???)
16824 # <a name="S-A"></a>A: Architectural Ideas
16826 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
16828 Architectural rule summary:
16830 * [A.1 Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
16831 * [A.2 Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
16832 * [A.4 There should be no cycles among libraries](#?Ra-dag)
16833 * [???](#???)
16834 * [???](#???)
16835 * [???](#???)
16836 * [???](#???)
16837 * [???](#???)
16838 * [???](#???)
16840 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1 Separate stable from less stable part of code
16844 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2 Express potentially reusable parts as a library
16846 ##### Reason
16848 ##### Note
16850 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
16851 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
16852 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#included`
16855 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4 There should be no cycles among libraries
16857 ##### Reason
16859 * A cycle implies complication of the build process.
16860 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
16862 ##### Note
16864 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
16865 For example:
16867     ???
16869 However, a library should not depend on another that depends on it.
16872 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
16874 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
16875 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
16876 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
16878 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
16879 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
16880 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
16881 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
16882 (e.g., C or Java).
16884 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
16886 Non-rule summary:
16888 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
16889 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
16890 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
16891 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
16892 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
16893 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
16894 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
16895 * ???
16897 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
16899 ##### Reason (not to follow this rule)
16901 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
16902 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
16904 ##### Example, bad
16906     ???
16908 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
16909 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
16912 ##### Alternative
16914 * [Always initialize an object](#Res-always)
16915 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
16917 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
16919 ##### Reason (not to follow this rule)
16921 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
16922 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
16924 ##### Example
16926     template<class T>
16927     //  requires Number<T>
16928     string sign(T x)
16929     {
16930         if (x < 0)
16931             return "negative";
16932         else if (x > 0)
16933             return "positive";
16934         return "zero";
16935     }
16937 to use a single return only we would have to do something like
16939     template<class T>
16940     //  requires Number<T>
16941     string sign(T x)        // bad
16942     {
16943         string res;
16944         if (x < 0)
16945             res = "negative";
16946         else if (x > 0)
16947             res = "positive";
16948         else
16949             res = "zero";
16950         return res;
16951     }
16953 This is both longer and likely to be less efficient.
16954 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
16955 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
16957 ##### Example
16959     int index(const char* p)
16960     {
16961         if (p == nullptr) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
16962         // ... do a lookup to find the index for p
16963         return i;
16964     }
16966 If we applied the rule, we'd get something like
16968     int index2(const char* p)
16969     {
16970         int i;
16971         if (p == nullptr)
16972             i = -1;  // error indicator
16973         else {
16974             // ... do a lookup to find the index for p
16975         }
16976         return i;
16977     }
16979 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
16980 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
16982 ##### Alternative
16984 * Keep functions short and simple
16985 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
16987 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
16989 ##### Reason (not to follow this rule)
16991 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
16993 * exceptions are inefficient
16994 * exceptions lead to leaks and errors
16995 * exception performance is not predictable
16997 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
16998 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
16999 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
17000 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
17002 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
17003 and in the context of these guidelines.
17004 Simple arguments for and against are often inconclusive.
17005 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
17006 (e.g., hard-real time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
17008 Consider the major objections to exceptions in turn
17010 * Exceptions are inefficient:
17011 Compared to what?
17012 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
17013 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
17014 that carefully cleans up resources before logging an error.
17015 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
17016 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
17017 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
17018 insight into the problem under discussion.
17019 * Exceptions lead to leaks and errors.
17020 They do not.
17021 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
17022 you have a problem whatever you do.
17023 If your system consists of a million lines of such code,
17024 you probably will not be able to use exceptions,
17025 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
17026 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
17027 * Exception performance is not predictable
17028 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
17029 you need tools to back up such guarantees.
17030 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
17032 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
17034 The fundamental arguments for the use of exceptions are
17036 * They clearly separates error return from ordinary return
17037 * They cannot be forgotten or ignored
17038 * They can be used systematically
17040 Remember
17042 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
17043 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
17044 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
17045 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
17047 ##### Example
17049     ???
17051 ##### Alternative
17053 * [RAII](#Re-raii)
17054 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
17056 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
17058 ##### Reason (not to follow this rule)
17060 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
17061 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
17063 ##### Example
17065     ???
17067 ##### Alternative
17069 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
17071 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
17073 ##### Reason (not to follow this rule)
17075 Following this rule leads to weaker invariants,
17076 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
17077 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
17079 ##### Example
17081     ???
17083 ##### Alternative
17085 * Always establish a class invariant in a constructor.
17086 * Don't define an object before it is needed.
17088 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
17090 ##### Reason (not to follow this rule)
17092 `goto` is error-prone.
17093 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
17095 ##### Example, bad
17097     void do_something(int n)
17098     {
17099         if (n < 100) goto exit;
17100         // ...
17101         int* p = (int*) malloc(n);
17102         // ...
17103         if (some_ error) goto_exit;
17104         // ...
17105     exit:
17106         free(p);
17107     }
17109 and spot the bug.
17111 ##### Alternative
17113 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
17114 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
17116 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
17118 ##### Reason (not to follow this rule)
17120 `protected` data is a source of errors.
17121 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
17122 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
17124 ##### Example
17126     ???
17128 ##### Alternative
17130 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
17133 # <a name="S-references"></a>RF: References
17135 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
17136 Many
17138 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
17139 * are written by C++ novices
17140 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
17141 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
17142 * are written to preserve decades old code bases
17143 * aim at a single application domain
17144 * are downright counterproductive
17145 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
17147 A bad coding standard is worse than no coding standard.
17148 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
17150 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
17151 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.
17152 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
17153 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
17155 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
17156 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
17157 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
17159 Reference sections:
17161 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
17162 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
17163 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
17164 * [RF.web: Websites](#SS-web)
17165 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
17166 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
17168 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
17170 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
17171   ???.
17172 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
17173   Has a strong emphasis on code organization and layout.
17174 * Facebook: ???
17175 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
17176   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
17177 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
17178   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.
17179 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
17180   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
17181   For flight control software.
17182   For hard real time.
17183   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
17184   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
17185   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
17186   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
17187   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
17188   Recommended, but note its very specific focus.
17189 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
17190   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
17191   As such, it is restrictive.
17192 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
17193   ???.
17194 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
17195   ???.
17196 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
17197   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
17198   Many of their rules apply generally.
17199 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
17200 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
17201   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
17202 * ???
17204 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
17206 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
17207 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
17208 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
17209 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
17210 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
17211 * [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.
17212 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
17213   LCSD05. October 2005.
17214 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
17215   Addison Wesley 2014.
17216   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17217 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
17218   Addison Wesley 2013.
17219   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
17220 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
17221   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
17222   Mostly low-level naming and layout rules.
17223   Primarily a teaching tool.
17225 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
17227 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
17228 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17229 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
17230 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
17231 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
17232 A textbook for beginners and relative novices.
17234 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
17236 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
17237 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
17238 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
17239 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
17240 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
17241 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
17242 * Sutter's Mill?
17243 * ???
17245 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
17247 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
17248 * 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
17249 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
17250 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
17251 * Sutter: ???
17252 * CppCon 15
17253 * ??? C++ Next
17254 * ??? Meting C++
17255 * ??? more ???
17257 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
17259 * ISO C++ Standard C++11.
17260 * ISO C++ Standard C++14.
17261 * [ISO C++ Standard C++17 CD](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
17262 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
17263 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17264 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
17266 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
17268 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
17270 * Peter Juhl
17271 * Neil MacIntosh
17272 * Axel Naumann
17273 * Andrew Pardoe
17274 * Gabriel Dos Reis
17275 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
17276 * Sergey Zubkov
17278 and see the contributor list on the github.
17280 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
17282 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.
17284 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.
17286 Profiles summary:
17288 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
17289 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
17290 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
17292 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
17293 Candidates include:
17295 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
17296 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
17297 * selected undefined behavior: ??? start with Gaby's UB list
17298 * selected unspecified behavior: ??? a portability concern?
17299 * `const` violations
17301 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
17303     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n-1]
17304     {
17305         // ...
17306     }
17308 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
17309 Obviously, suppression should be very rare.
17311 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type safety profile
17313 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
17314 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
17316 For the purposes of this section,
17317 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.
17318 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
17319 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
17321 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17323 Type safety profile summary:
17325 * [Type.1: Don't use `reinterpret_cast`](#Pro-type-reinterpretcast)
17326 * [Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead](#Pro-type-downcast)
17327 * [Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all)](#Pro-type-constcast)
17328 * [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)
17329 * [Type.5: Don't use a variable before it has been initialized](#Pro-type-init)
17330 * [Type.6: Always initialize a member variable](#Pro-type-memberinit)
17331 * [Type.7: Don't use `T(expression)` for casting`](#Pro-fct-style-cast)
17333 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
17335 ##### Reason
17337 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`.
17339 ##### Example, bad
17341     std::string s = "hello world";
17342     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
17344 ##### Enforcement
17346 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
17348 ### <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
17350 ##### Reason
17352 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`.
17354 ##### Example, bad
17356     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17358     class Derived1 : public Base { };
17360     class Derived2 : public Base {
17361         std::string s;
17362     public:
17363         std::string get_s() { return s; }
17364     };
17366     Derived1 d1;
17367     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17369     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17370     Derived2* p2 = static_cast<Derived2*>(p1);
17371     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17372     cout << p2->get_s();
17374 ##### Example, bad
17376     struct Foo { int a, b; };
17377     struct Foobar : Foo { int bar; };
17379     void use(int i, Foo& x)
17380     {
17381         if (0 < i) {
17382             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
17383             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
17384             // ...
17385         }
17386         // ...
17387     }
17389     // ...
17391     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
17393 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
17394 It is entirely unsafe.
17395 Look for a better design.
17396 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
17398 ##### Enforcement
17400 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.
17402 ### <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
17404 ##### Reason
17406 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
17408 ##### Example, bad
17410     void f(const int& i)
17411     {
17412         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
17413     }
17415     static int i = 0;
17416     static const int j = 0;
17418     f(i); // silent side effect
17419     f(j); // undefined behavior
17421 ##### Example
17423 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:
17425     class Bar;
17427     class Foo {
17428     public:
17429         // BAD, duplicates logic
17430         Bar& get_bar() {
17431             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
17432         }
17434         const Bar& get_bar() const {
17435             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
17436         }
17437     private:
17438         Bar my_bar;
17439     };
17441 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`:
17443     class Foo {
17444     public:
17445         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
17446         Bar& get_bar() {
17447             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
17448         }
17449         const Bar& get_bar() const {
17450             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
17451         }
17452     private:
17453         Bar my_bar;
17454     };
17456 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.
17458 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:
17460     class Foo {
17461     public:                         // good
17462               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
17463         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
17464     private:
17465         Bar my_bar;
17467         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
17468         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
17469             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
17470     };
17472 ##### Exception
17474 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.
17476 ##### Enforcement
17478 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`.
17480 ### <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`.
17482 ##### Reason
17484 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`.
17485 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.
17487 ##### Example, bad
17489     std::string s = "hello world";
17490     double* p0 = (double*)(&s); // BAD
17492     class Base { public: virtual ~Base() = 0; };
17494     class Derived1 : public Base { };
17496     class Derived2 : public Base {
17497         std::string s;
17498     public:
17499         std::string get_s() { return s; }
17500     };
17502     Derived1 d1;
17503     Base* p1 = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to Base is fine
17505     // BAD, tries to treat d1 as a Derived2, which it is not
17506     Derived2* p2 = (Derived2*)(p1);
17507     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
17508     cout << p2->get_s();
17510     void f(const int& i) {
17511         (int&)(i) = 42;   // BAD
17512     }
17514     static int i = 0;
17515     static const int j = 0;
17517     f(i); // silent side effect
17518     f(j); // undefined behavior
17520 ##### Enforcement
17522 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.
17524 ### <a name="Pro-fct-style-cast"></a>Type.7: Don't use `T(expression)` for casting`
17526 ##### Reason
17528 If `e` is of a built-in type, `T(e)` is equivalent to the error-prone `(T)e`.
17530 ##### Example, bad
17532     int* p = f(x);
17533     auto i = int(p);    // Potential damaging cast; don't or use `reinterpret_cast`
17535     short s = short(i); // potentially narrowing; don't or use `narrow` or `narrow_cast`
17537 ##### Note
17539 The {}-syntax makes the desire for construction explicit and doesn't allow narrowing
17541     f(Foo{bar});
17543 ##### Enforcement
17545 Flag `T(e)` if used for `e` of a built-in type.
17547 ### <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
17549 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
17551 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable.
17553 ##### Reason
17555 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.
17557 ##### Example
17559     struct X { int i; };
17561     X x;
17562     use(x); // BAD, x has not been initialized
17564     X x2{}; // GOOD
17565     use(x2);
17567 ##### Enforcement
17569 * 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.
17570 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
17572 ### <a name="Pro-type-unions"></a>Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
17574 ##### Reason
17576 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.
17578 ##### Example
17580     union U { int i; double d; };
17582     U u;
17583     u.i = 42;
17584     use(u.d); // BAD, undefined
17586     variant<int, double> u;
17587     u = 42; // u now contains int
17588     use(u.get<int>()); // ok
17589     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
17591 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.
17593 ##### Enforcement
17595 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
17597 ### <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
17599 ##### Reason
17601 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.
17603 ##### Example
17605     int sum(...) {
17606         // ...
17607         while (/*...*/)
17608             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
17609         // ...
17610     }
17612     sum(3, 2); // ok
17613     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
17615     template<class ...Args>
17616     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
17617         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
17618     }
17620     sum(3, 2); // ok: 5
17621     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
17623 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.
17625 ##### Enforcement
17627 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
17628 * 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)]]`.
17630 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
17632 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.
17634 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.)
17636 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
17638 * ???
17640 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
17642 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead.
17644 ##### Reason
17646 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.
17648 ##### Example, bad
17650     void f(int* p, int count)
17651     {
17652         if (count < 2) return;
17654         int* q = p + 1; // BAD
17656         ptrdiff_t d;
17657         int n;
17658         d = (p - &n); // OK
17659         d = (q - p); // OK
17661         int n = *p++; // BAD
17663         if (count < 6) return;
17665         p[4] = 1; // BAD
17667         p[count - 1] = 2; // BAD
17669         use(&p[0], 3); // BAD
17670     }
17672 ##### Example, good
17674     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
17675     {
17676         if (a.length() < 2) return;
17678         int n = *a++; // OK
17680         span<int> q = a + 1; // OK
17682         if (a.length() < 6) return;
17684         a[4] = 1; // OK
17686         a[count - 1] = 2; // OK
17688         use(a.data(), 3); // OK
17689     }
17691 ##### Enforcement
17693 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
17695 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
17697 ##### Reason
17699 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.
17701 ##### Example, bad
17703     void f(array<int, 10> a, int pos)
17704     {
17705         a[pos / 2] = 1; // BAD
17706         a[pos - 1] = 2; // BAD
17707         a[-1] = 3;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17708         a[10] = 4;    // BAD -- no replacement, just don't do this
17709     }
17711 ##### Example, good
17713     // ALTERNATIVE A: Use a span
17715     // A1: Change parameter type to use span
17716     void f1(span<int, 10> a, int pos)
17717     {
17718         a[pos / 2] = 1; // OK
17719         a[pos - 1] = 2; // OK
17720     }
17722     // A2: Add local span and use that
17723     void f2(array<int, 10> arr, int pos)
17724     {
17725         span<int> a = {arr, pos}
17726         a[pos / 2] = 1; // OK
17727         a[pos - 1] = 2; // OK
17728     }
17730     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17731     void f3(array<int, 10> a, int pos)
17732     {
17733         at(a, pos / 2) = 1; // OK
17734         at(a, pos - 1) = 2; // OK
17735     }
17737 ##### Example, bad
17739     void f()
17740     {
17741         int arr[COUNT];
17742         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17743             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
17744     }
17746 ##### Example, good
17748     // ALTERNATIVE A: Use a span
17749     void f1()
17750     {
17751         int arr[COUNT];
17752         span<int> av = arr;
17753         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17754             av[i] = i;
17755     }
17757     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
17758     void f2()
17759     {
17760         int arr[COUNT];
17761         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
17762             at(arr, i) = i;
17763     }
17765 ##### Enforcement
17767 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.
17769 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.
17771 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
17773     static int a[10];
17775     void f(int i, int j)
17776     {
17777         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
17778         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
17779     }
17781 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay.
17783 ##### Reason
17785 Pointers should not be used as arrays. `span` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
17787 ##### Example, bad
17789     void g(int* p, size_t length);
17791     void f()
17792     {
17793         int a[5];
17794         g(a, 5);        // BAD
17795         g(&a[0], 1);    // OK
17796     }
17798 ##### Example, good
17800     void g(int* p, size_t length);
17801     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
17803     void f()
17804     {
17805         int a[5];
17806         span<int> av = a;
17808         g(av.data(), av.length());   // OK, if you have no choice
17809         g1(a);                       // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
17810     }
17812 ##### Enforcement
17814 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
17816 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
17818 ##### Reason
17820 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()`.
17822 ##### Example, bad
17824     void f()
17825     {
17826         array<int, 10> a, b;
17827         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17828         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
17829     }
17831 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
17833 ##### Example, good
17835     void f()
17836     {
17837         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
17838         a.fill(0);
17839         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
17840         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
17842         if ( a == b ) {
17843           // ...
17844         }
17845     }
17847 ##### Example
17849 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.
17851     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
17852     {
17853         v[0] = a[0];        // BAD
17854         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
17855         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
17857         v.at(0) = a[i];     // BAD
17858         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
17859         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
17860     }
17862 ##### Enforcement
17864 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
17866 **TODO Notes**:
17868 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
17869 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
17870 * 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).
17872 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
17876 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
17878 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
17879 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
17881 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.
17883 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
17884 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
17885 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
17887 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
17888 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
17890 Summary of GSL components:
17892 * [GSL.view: Views](#SS-views)
17893 * [GSL.owner](#SS-ownership)
17894 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
17895 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
17896 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
17898 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
17900 We rely on the ISO C++ standard library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
17902 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
17904 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.
17906 These "views" are never owners.
17908 References are never owners.
17910 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
17912 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
17913 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
17915 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.
17916 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
17918 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
17919 * `owner<T&>`   // a `T&` that owns the object pointed/referred to.
17921 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
17922 Reasons for that include:
17924 * Cost of conversion.
17925 * The pointer is used with an ABI.
17926 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
17928 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
17930 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
17932 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
17934 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
17935   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
17937 * `span<T>`       // `[`p`:`p+n`)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
17938 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` \[`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
17939 * `string_span`   // `span<char>`
17940 * `cstring_span`  // `span<const char>`
17942 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
17944 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
17945 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`.
17947 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
17948 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
17950 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.
17951 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
17952 French accent optional.
17954 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?
17956 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
17958 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
17959 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
17960 * `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.
17961 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
17962   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
17964 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
17966 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
17967                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
17968                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
17969 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
17971 These assertions is currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
17972 pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
17973 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
17974 for example, `Expects(p!=nullptr)` will become `[[expects: p!=nullptr]]`.
17976 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
17978 * `finally`       // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
17979 * `narrow_cast`   // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
17980 * `narrow`        // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
17981 * `[[implicit]]`  // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
17982 * `move_owner`    // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
17984 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
17986 These concepts (type predicates) are borrowed from
17987 Andrew Sutton's Origin library,
17988 the Range proposal,
17989 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
17990 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
17991 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
17992 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
17994 * `Range`
17995 * `String`   // ???
17996 * `Number`   // ???
17997 * `Sortable`
17998 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
17999 * `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)
18000 * `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)
18001 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
18002 * `Convertible`
18003 * `Common`
18004 * `Boolean`
18005 * `Integral`
18006 * `SignedIntegral`
18007 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
18008 * `Regular`
18009 * `TotallyOrdered`
18010 * `Function`
18011 * `RegularFunction`
18012 * `Predicate`
18013 * `Relation`
18014 * ...
18016 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>Smart pointer concepts
18018 Described in [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
18020 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
18022 Consistent naming and layout are helpful.
18023 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
18024 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
18025 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
18026 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.
18027 IDEs and tools can help (as well as hinder).
18029 Naming and layout rules:
18031 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
18032 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
18033 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
18034 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
18035 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
18036 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
18037 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
18038 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
18039 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
18040 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
18041 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
18042 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
18043 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
18044 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
18045 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
18046 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
18047 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
18048 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
18050 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
18051 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
18052 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
18054 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.
18055 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
18056 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
18058 More specific and detailed rules are easier to enforce.
18060 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
18061 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
18063 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
18065 ##### Reason
18067 Compilers do not read comments.
18068 Comments are less precise than code.
18069 Comments are not updated as consistently as code.
18071 ##### Example, bad
18073     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
18075 ##### Enforcement
18077 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
18079 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
18081 ##### Reason
18083 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
18085 ##### Example
18087     void stable_sort(Sortable& c)
18088         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
18089         // their original relative order
18090     {
18091         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
18092     }
18094 ##### Note
18096 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
18098 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
18100 ##### Reason
18102 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
18104 ##### Note
18106 Use intelligible English.
18107 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
18108 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
18109 Aim for professionalism, not "cool."
18111 ##### Enforcement
18113 not possible.
18115 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
18117 ##### Reason
18119 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
18121 ##### Example, bad
18123     int i;
18124     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
18125     if (i == j)
18126         return i;
18128 ##### Note
18130 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
18132     if (i < 0) error("negative argument");
18134     if (i < 0)
18135         error("negative argument");
18137 ##### Enforcement
18139 Use a tool.
18141 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5 Don't encode type information in names
18143 ##### Rationale
18145 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
18146 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
18147 Minimize unintentional conversions.
18149 ##### Example, bad
18151     void print_int(int i);
18152     void print_string(const char*);
18154     print_int(1);   // OK
18155     print_int(x);   // conversion to int if x is a double
18157 ##### Note
18159 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
18161     printS  // print a std::string
18162     prints  // print a C-style string
18163     printi  // print an int
18165 PS. Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
18167 ##### Note
18169 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
18171     struct S {
18172         int m_;
18173         S(int m) :m_{abs(m)} { }
18174     };
18176 This is not evil.
18178 ##### Note
18180 Like C++, some styles distinguishes types from non-types.
18181 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
18183     typename<typename T>
18184     class Hash_tbl {   // maps string to T
18185         // ...
18186     };
18188     Hash_tbl<int> index;
18190 This is not evil.
18192 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
18194 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
18196 ##### Example
18198     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
18200     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
18202     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
18204     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
18206     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
18208 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
18210 ##### Enforcement
18214 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
18216 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
18218 ##### Note
18220 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
18221 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
18223 ##### Example
18225 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
18227 * `int`
18228 * `vector`
18229 * `my_map`
18231 Avoid double underscores `__`.
18233 ##### Example
18235 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18236 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18238 * `int`
18239 * `vector`
18240 * `My_map`
18242 ##### Example
18244 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
18246 * `int`
18247 * `vector`
18248 * `MyMap`
18249 * `myMap`
18251 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
18253 ##### Note
18255 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
18257     int mtbf {12};
18258     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
18260 ##### Enforcement
18262 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
18264 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
18266 ##### Reason
18268 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
18270 ##### Example
18272     void f()
18273     {
18274         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
18275         int v[SIZE];
18276     }
18278 ##### Note
18280 This rule applies to non-macro symbolic constants:
18282     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
18284 ##### Enforcement
18286 * Flag macros with lower-case letters
18287 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
18289 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Avoid CamelCase
18291 ##### Reason
18293 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
18294 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
18296 ##### Note
18298 This rule is a default to use only if you have a choice.
18299 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
18300 The need for consistency beats personal taste.
18302 ##### Example
18304 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
18305 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
18307 * `int`
18308 * `vector`
18309 * `My_map`
18311 ##### Enforcement
18313 Impossible.
18315 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
18317 ##### Reason
18319 Too much space makes the text larger and distracts.
18321 ##### Example, bad
18323     #include < map >
18325     int main(int argc, char * argv [ ])
18326     {
18327         // ...
18328     }
18330 ##### Example
18332     #include<map>
18334     int main(int argc, char* argv[])
18335     {
18336         // ...
18337     }
18339 ##### Note
18341 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
18343 ##### Note
18345 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
18347 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
18349 ##### Reason
18351 A conventional order of members improves readability.
18353 When declaring a class use the following order
18355 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
18356 * constructors, assignments, destructor
18357 * functions
18358 * data
18360 Use the `public` before `protected` before `private` order.
18362 Private types and functions can be placed with private data.
18364 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
18366 ##### Example
18368     class X {
18369     public:
18370         // interface
18371     protected:
18372         // unchecked function for use by derived class implementations
18373     private:
18374         // implementation details
18375     };
18377 ##### Note
18379 The use of macros to declare groups of members often violates any ordering rules.
18380 However, macros obscures what is being expressed anyway.
18382 ##### Enforcement
18384 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
18386 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
18388 ##### Reason
18390 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
18392 ##### Note
18394 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
18396 ##### Example
18398     struct Cable {
18399         int x;
18400         // ...
18401     };
18403     double foo(int x)
18404     {
18405         if (0 < x) {
18406             // ...
18407         }
18409         switch (x) {
18410             case 0:
18411                 // ...
18412                 break;
18413             case amazing:
18414                 // ...
18415                 break;
18416             default:
18417                 // ...
18418                 break;
18419         }
18421         if (0 < x)
18422             ++x;
18424         if (x < 0)
18425             something();
18426         else
18427             something_else();
18429         return some_value;
18430     }
18432 Note the space between `if` and `(`
18434 ##### Note
18436 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
18438 ##### Note
18440 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
18442 ##### Note
18444 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
18446 ##### Note
18448 Do not capitalize function names.
18450 ##### Enforcement
18452 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
18454 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
18456 ##### Reason
18458 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
18459 The use in expressions argument doesn't hold for references.
18461 ##### Example
18463     T& operator[](size_t);   // OK
18464     T &operator[](size_t);   // just strange
18465     T & operator[](size_t);   // undecided
18467 ##### Enforcement
18469 Impossible in the face of history.
18472 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
18474 ##### Reason
18476 Readability.
18477 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
18478 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
18480 ##### Example
18482     int oO01lL = 6; // bad
18484     int splunk = 7;
18485     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
18487 ##### Enforcement
18491 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
18493 ##### Reason
18495 Readability.
18496 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
18498 ##### Example
18500     int x = 7; char* p = 29;    // don't
18501     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
18503 ##### Enforcement
18505 Easy.
18507 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
18509 ##### Reason
18511 Readability.
18512 Minimizing confusion with the declarator syntax.
18514 ##### Note
18516 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
18519 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
18521 ##### Reason
18523 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
18525 ##### Example
18527     void f(void);   // bad
18529     void g();       // better
18531 ##### Note
18533 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
18534 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
18536     int f();
18537     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
18539 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
18541 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
18543 ##### Reason
18545 Conventional notation is more familiar to more programmers.
18546 Consistency in large code bases.
18548 ##### Example
18550     const int x = 7;    // OK
18551     int const y = 9;    // bad
18553     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
18554     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
18556 ##### Note
18558 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
18559 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
18561 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
18563 ##### Enforcement
18565 Flag `const` used as a suffix for a type.
18567 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
18569 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
18571 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
18573 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.
18575 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
18577 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).
18579 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
18581 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!"
18583 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
18585 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
18587 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
18589 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!
18591 ### <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?
18593 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.
18595 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
18597 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.
18599 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
18601 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.
18603 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
18605 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.
18607 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
18609 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
18611 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
18613 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
18614 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
18616 Avoid other HTML tags and other extensions.
18618 Note: We are not yet consistent with this style.
18620 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
18622 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.
18624 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
18626 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.
18628 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
18630 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.
18632 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
18634 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.
18636 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
18638 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.
18640 ### <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`?
18642 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.
18644 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
18646 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.
18648 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
18650 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.
18652 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
18654 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.
18656 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
18658 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
18660 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
18662 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
18664 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
18666 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
18668 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
18670 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
18672 Ideally, we follow all rules in all code.
18673 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
18675 * application code written before the guidelines were formulated or known
18676 * libraries written to older/different standards
18677 * code written under "unusual" constraints
18678 * code that we just haven't gotten around to modernizing
18680 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
18681 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
18683 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
18684 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
18685 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
18686 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
18687 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
18688 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
18690 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.
18691 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
18692 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
18693 The cost reductions must outweigh the risks.
18695 But how?
18697 There is no one approach to modernizing code.
18698 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
18699 Here are some (very general) ideas:
18701 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
18702   In most circumstances, it is also impossible.
18703 * 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.
18704 * 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.
18705 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
18706   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
18707   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
18709 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
18710 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
18712 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
18713 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
18715 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
18717 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
18718 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
18720 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
18722 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.
18724     class Employee {
18725         string email, first, last;
18726     public:
18727         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
18728         // ...
18729     };
18731     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
18732       : first(firstName),
18733         last(lastName),
18734         // BAD: first and last not yet constructed
18735         email(first + "." + last + "@acme.com")
18736     {}
18738 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.
18740 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.
18742 **References**:
18744 [\[Cline99\]](#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
18746 ### <a name="TBD"></a>Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
18750 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
18752 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:
18754 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
18755 * *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.
18756 * *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).)
18757 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
18759 Here is an example of the last option:
18761     class B {
18762     public:
18763         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
18765         virtual void f() = 0;
18767         // ...
18768     };
18770     class B {
18771     protected:
18772         B() { /* ... */ }
18773         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
18774             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
18775     public:
18776         virtual void f() = 0;
18778         template<class T>
18779         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
18780         {
18781             auto p = make_shared<T>();
18782             p->PostInitialize();
18783             return p;
18784         }
18785     };
18788     class D : public B {                 // some derived class
18789     public:
18790         void f() override { /* ...  */ };
18792     protected:
18793         D() {}
18795         template<class T>
18796         friend shared_ptr<T> B::Create();
18797     };
18799     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
18801 This design requires the following discipline:
18803 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
18804 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
18805 * `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.
18807 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.
18809 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).
18811 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
18813 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
18815 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.
18817 ##### Example
18819 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>`:
18821     class Base {
18822     public:
18823         ~Base();                   // BAD, not virtual
18824         virtual ~Base();           // GOOD
18825         // ...
18826     };
18828     class Derived : public Base { /* ... */ };
18830     {
18831         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
18832         // ...
18833     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
18835 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:
18837     class My_policy {
18838     public:
18839         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
18840     protected:
18841         ~My_policy();              // GOOD
18842         // ...
18843     };
18845     template<class Policy>
18846     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
18848 ##### Note
18850 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
18852 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.
18854 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:
18856 * Whether it should behave virtually or not.
18857 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
18859 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.
18861 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.
18863 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.)
18865 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.
18867 ##### Exception
18869 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.
18871 Consider also this rare case:
18873 * `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.
18874 * 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.
18876 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.
18878 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`.
18880 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.
18882 **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
18884 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
18888 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
18890 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.
18892 ##### Example
18894     class Nefarious {
18895     public:
18896         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
18897         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
18898         // ...
18899     };
18901 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
18904         void test(string& s)
18905         {
18906             Nefarious n;          // trouble brewing
18907             string copy = s;      // copy the string
18908         } // destroy copy and then n
18910     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.
18912 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:
18915         class Innocent_bystander {
18916             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
18917             // ...
18918         };
18920         void test(string& s)
18921         {
18922             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
18923             string copy2 = s;      // copy the string
18924         } // destroy copy and then i
18926     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`.
18928 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
18931         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
18933 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
18936         void test()
18937         {
18938             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
18939         }
18941     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.
18943 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
18946         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
18948     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.
18950 ##### Note
18952 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.
18954 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
18956 > 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)
18958 > 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)
18960 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.
18961 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`:
18963     T& T::operator=(const T& other) {
18964         auto temp = other;
18965         swap(temp);
18966     }
18968 (See also Item 56. ???)
18970 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).
18972 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
18974 **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
18976 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
18978 ##### Reason
18980  ???
18982 ##### Note
18984 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
18986 ##### Note
18988 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
18990 ##### Example
18992     class X {
18993         // ...
18994     public:
18995         X(const X&) { /* stuff */ }
18997         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
18999         X(x&&) { /* stuff */ }
19001         // BAD: failed to also define a move assignment operator
19002     };
19004     X x1;
19005     X x2 = x1; // ok
19006     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19008 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.
19010     class X {
19011         HANDLE hnd;
19012         // ...
19013     public:
19014         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
19015         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
19016     };
19018     X x1;
19019     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19020     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
19022 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
19024     class X {
19025         string s; // defines more efficient move operations
19026         // ... other data members ...
19027     public:
19028         X(const X&) { /* stuff */ }
19029         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
19031         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
19032         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
19033     };
19035     X test()
19036     {
19037         X local;
19038         // ...
19039         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
19040     }
19042 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
19044 ##### Note
19046 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:
19048 * 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.)
19049 * 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.
19050 * 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.
19052 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
19054 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.
19056 **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.
19057 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
19058 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.)
19060 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
19062 Resource management rule summary:
19064 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
19065 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
19066 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
19067 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
19068 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
19069 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
19070 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
19071 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
19073 ### <a name="Cr-safety"></a>Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
19075 ##### Reason
19077 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
19079 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
19081 ##### Example
19083     template<class T>
19084     class Vector {
19085     // ...
19086     private:
19087         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
19088         int sz;
19089     };
19091 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.).
19093 ##### Example
19095     ??? "odd" non-memory resource ???
19097 ##### Enforcement
19099 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.
19101 ### <a name="Cr-never"></a>Never throw while holding a resource not owned by a handle
19103 ##### Reason
19105 That would be a leak.
19107 ##### Example
19109     void f(int i)
19110     {
19111         FILE* f = fopen("a file", "r");
19112         ifstream is { "another file" };
19113         // ...
19114         if (i == 0) return;
19115         // ...
19116         fclose(f);
19117     }
19119 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:
19121     void f(int i)
19122     {
19123         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
19124         // ...
19125         if (i == 0) return;
19126         // ...
19127     }
19129 Better:
19131     void f(int i)
19132     {
19133         ifstream input {"a file"};
19134         // ...
19135         if (i == 0) return;
19136         // ...
19137     }
19139 ##### Enforcement
19141 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
19142 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
19143 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
19144 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
19146 ### <a name="Cr-raw"></a>A "raw" pointer or reference is never a resource handle
19148 ##### Reason
19150 To be able to distinguish owners from views.
19152 ##### Note
19154 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
19156 ### <a name="Cr-outlive"></a>Never let a pointer outlive the object it points to
19158 ##### Reason
19160 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
19162 ##### Example
19164     string* bad()   // really bad
19165     {
19166         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
19167         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
19168         return &v[0];
19169     }
19171     void use()
19172     {
19173         string* p = bad();
19174         vector<int> xx = {7, 8, 9};
19175         // undefined behavior: x may not be the string "This"
19176         string x = *p;
19177         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
19178         *p = "Evil!";
19179     }
19181 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.
19183 ##### Enforcement
19185 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.
19187 ### <a name="Cr-templates"></a>Use templates to express containers (and other resource handles)
19189 ##### Reason
19191 To provide statically type-safe manipulation of elements.
19193 ##### Example
19195     template<typename T> class Vector {
19196         // ...
19197         T* elem;   // point to sz elements of type T
19198         int sz;
19199     };
19201 ### <a name="Cr-value-return"></a>Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
19203 ##### Reason
19205 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).
19207 ##### Example
19209     vector<int> get_large_vector()
19210     {
19211         return ...;
19212     }
19214     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
19216 ##### Exception
19218 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
19220 ##### Enforcement
19222 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
19224 ### <a name="Cr-handle"></a>If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
19226 ##### Reason
19228 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
19230 ##### Example
19232     ??? Messing with pointers
19234 ##### Note
19236 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
19238     template<typename T> struct Named {
19239         string name;
19240         T value;
19241     };
19243 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
19245 ##### Enforcement
19247 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.
19249 ### <a name="Cr-list"></a>If a class is a container, give it an initializer-list constructor
19251 ##### Reason
19253 It is common to need an initial set of elements.
19255 ##### Example
19257     template<typename T> class Vector {
19258     public:
19259         Vector(std::initializer_list<T>);
19260         // ...
19261     };
19263     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
19265 ##### Enforcement
19267 When is a class a container? ???
19269 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
19271 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
19272 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
19274 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
19275   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
19276 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
19277 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
19278 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
19279 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
19280 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
19281 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
19282   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
19283 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
19284 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., \[0:max).
19285 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
19286 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
19287 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
19288 * *bug*: an error in a program.
19289 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
19290 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
19291 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
19292 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
19293 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
19294   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
19295 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
19296 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
19297 * *concrete class*: class for which objects can be created.
19298 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
19299 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
19300   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).
19301 * *container*: an object that holds elements (other objects).
19302 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
19303 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
19304   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
19305   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
19306 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
19307   Ideally, cost should be a function of complexity.
19308 * *customization point*: ???
19309 * *data*: values used in a computation.
19310 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
19311 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
19312 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
19313   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
19314 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
19315 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
19316 * *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.
19317 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
19318 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
19319 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
19320 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
19321 * *file*: a container of permanent information in a computer.
19322 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
19323 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
19324 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
19325   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
19326 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
19327 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
19328 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
19329 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
19330   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
19331 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
19332 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
19333 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
19334 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
19335   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
19336 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
19337 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
19338 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
19339 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
19340 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
19341 * *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.
19342 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
19343 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
19344 * *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.
19345 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
19346 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
19347 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
19348 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
19349 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
19350 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
19351 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
19352 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
19353 * *object file*: a file containing object code.
19354 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
19355 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
19356 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
19357 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
19358 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
19359 * *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.
19360 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
19361 * *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.
19362 * *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.
19363 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
19364 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
19365 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
19366 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
19367 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
19368 * *programming language*: a language for expressing programs.
19369 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
19370 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
19371 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
19372 * *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.
19373 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
19374 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
19375 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
19376 * *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.
19377 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
19378 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
19379 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
19380 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
19381 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
19382 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
19383 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
19384 * *source file*: a file containing source code.
19385 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
19386 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
19387 * *state*: a set of values.
19388 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
19389 * *string*: a sequence of characters.
19390 * *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.
19391 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
19392 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
19393 * *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.
19394 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
19395 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
19396 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
19397 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
19398 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
19399 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
19400 * *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.
19401 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
19402 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
19403 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
19404 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
19405 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
19407 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
19409 This is our to-do list.
19410 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
19411 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
19412 * No long-distance friendship
19413 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
19414 * Namespaces
19415 * Don't place using directives in headers
19416 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
19417 * 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?
19418 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
19419 * Avoid implicit conversions
19420 * 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
19421 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
19422 * 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. :)
19423 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
19424 * Use `auto`
19425 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
19426 * Don't overabstract
19427 * Never pass a pointer down the call stack
19428 * falling through a function bottom
19429 * 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?
19430 * 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?
19431 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
19432 * 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?
19433 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
19434 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
19436         void bad()
19437         {
19438             int* p = new int[700];
19439             int* q = &p[7];
19440             delete p;
19442             vector<int> v(700);
19443             int* q2 = &v[7];
19444             v.resize(900);
19446             // ... use q and q2 ...
19447         }
19449 * LSP
19450 * private inheritance vs/and membership
19451 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
19453 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
19454 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
19455 * 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`?
19456 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
19457 * 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.
19458 * 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)
19459 * 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)
19460 * 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)
19462 * rules for arithmetic
19464 # Bibliography
19466 * <a name="Alexandrescu01"></a>
19467   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
19468 * <a name="Cplusplus03"></a>
19469   \[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).
19470 * <a name="CplusplusCS"></a>
19471   \[C++CS]:
19472 * <a name="Cargill92"></a>
19473   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
19474 * <a name="Cline99"></a>
19475   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
19476 * <a name="Dewhurst03"></a>
19477   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
19478 * <a name="Henricson97"></a>
19479   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
19480 * <a name="Koenig97"></a>
19481   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
19482 * <a name="Lakos96"></a>
19483   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
19484 * <a name="Meyers96"></a>
19485   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
19486 * <a name="Meyers97"></a>
19487   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
19488 * <a name="Meyers15"></a>
19489   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
19490 * <a name="Murray93"></a>
19491   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
19492 * <a name="Stroustrup00"></a>
19493   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
19494 * <a name="Stroustrup05"></a>
19495   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
19496 * <a name="Stroustrup13"></a>
19497   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
19498 * <a name="Stroustrup14"></a>
19499   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
19500   Addison Wesley 2014.
19501 * <a name="SuttHysl04b"></a>
19502   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
19503 * <a name="SuttAlex05"></a>
19504   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
19505 * <a name="Sutter00"></a>
19506   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
19507 * <a name="Sutter02"></a>
19508   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
19509 * <a name="Sutter04"></a>
19510   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
19511 * <a name="Taligent94"></a>
19512   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).