ES.49: added lvalue in std::forward description (#1404)
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob6605bf2c73df20dd9f9b3d23aa758b9db51e84e6
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 March 7, 2019
6 Editors:
8 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
9 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
11 This is a living document under continuous improvement.
12 Had it been an open-source (code) project, this would have been release 0.8.
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 completely 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 and parallelism](#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 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Pro: Profiles](#S-profile)
54 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
55 * [NL: Naming and layout rules](#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 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
61 * [Glossary](#S-glossary)
62 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
64 You can sample rules for specific language features:
66 * assignment:
67 [regular types](#Rc-regular) --
68 [prefer initialization](#Rc-initialize) --
69 [copy](#Rc-copy-semantic) --
70 [move](#Rc-move-semantic) --
71 [other operations](#Rc-matched) --
72 [default](#Rc-eqdefault)
73 * `class`:
74 [data](#Rc-org) --
75 [invariant](#Rc-struct) --
76 [members](#Rc-member) --
77 [helpers](#Rc-helper) --
78 [concrete types](#SS-concrete) --
79 [ctors, =, and dtors](#S-ctor) --
80 [hierarchy](#SS-hier) --
81 [operators](#SS-overload)
82 * `concept`:
83 [rules](#SS-concepts) --
84 [in generic programming](#Rt-raise) --
85 [template arguments](#Rt-concepts) --
86 [semantics](#Rt-low)
87 * constructor:
88 [invariant](#Rc-struct) --
89 [establish invariant](#Rc-ctor) --
90 [`throw`](#Rc-throw) --
91 [default](#Rc-default0) --
92 [not needed](#Rc-default) --
93 [`explicit`](#Rc-explicit) --
94 [delegating](#Rc-delegating) --
95 [`virtual`](#Rc-ctor-virtual)
96 * derived `class`:
97 [when to use](#Rh-domain) --
98 [as interface](#Rh-abstract) --
99 [destructors](#Rh-dtor) --
100 [copy](#Rh-copy) --
101 [getters and setters](#Rh-get) --
102 [multiple inheritance](#Rh-mi-interface) --
103 [overloading](#Rh-using) --
104 [slicing](#Rc-copy-virtual) --
105 [`dynamic_cast`](#Rh-dynamic_cast)
106 * destructor:
107 [and constructors](#Rc-matched) --
108 [when needed?](#Rc-dtor) --
109 [may not fail](#Rc-dtor-fail)
110 * exception:
111 [errors](#S-errors) --
112 [`throw`](#Re-throw) --
113 [for errors only](#Re-errors) --
114 [`noexcept`](#Re-noexcept) --
115 [minimize `try`](#Re-catch) --
116 [what if no exceptions?](#Re-no-throw-codes)
117 * `for`:
118 [range-for and for](#Res-for-range) --
119 [for and while](#Res-for-while) --
120 [for-initializer](#Res-for-init) --
121 [empty body](#Res-empty) --
122 [loop variable](#Res-loop-counter) --
123 [loop variable type ???](#Res-???)
124 * function:
125 [naming](#Rf-package) --
126 [single operation](#Rf-logical) --
127 [no throw](#Rf-noexcept) --
128 [arguments](#Rf-smart) --
129 [argument passing](#Rf-conventional) --
130 [multiple return values](#Rf-out-multi) --
131 [pointers](#Rf-return-ptr) --
132 [lambdas](#Rf-capture-vs-overload)
133 * `inline`:
134 [small functions](#Rf-inline) --
135 [in headers](#Rs-inline)
136 * initialization:
137 [always](#Res-always) --
138 [prefer `{}`](#Res-list) --
139 [lambdas](#Res-lambda-init) --
140 [in-class initializers](#Rc-in-class-initializer) --
141 [class members](#Rc-initialize) --
142 [factory functions](#Rc-factory)
143 * lambda expression:
144 [when to use](#SS-lambdas)
145 * operator:
146 [conventional](#Ro-conventional) --
147 [avoid conversion operators](#Ro-conversion) --
148 [and lambdas](#Ro-lambda)
149 * `public`, `private`, and `protected`:
150 [information hiding](#Rc-private) --
151 [consistency](#Rh-public) --
152 [`protected`](#Rh-protected)
153 * `static_assert`:
154 [compile-time checking](#Rp-compile-time) --
155 [and concepts](#Rt-check-class)
156 * `struct`:
157 [for organizing data](#Rc-org) --
158 [use if no invariant](#Rc-struct) --
159 [no private members](#Rc-class)
160 * `template`:
161 [abstraction](#Rt-raise) --
162 [containers](#Rt-cont) --
163 [concepts](#Rt-concepts)
164 * `unsigned`:
165 [and signed](#Res-mix) --
166 [bit manipulation](#Res-unsigned)
167 * `virtual`:
168 [interfaces](#Ri-abstract) --
169 [not `virtual`](#Rc-concrete) --
170 [destructor](#Rc-dtor-virtual) --
171 [never fail](#Rc-dtor-fail)
173 You can look at design concepts used to express the rules:
175 * assertion: ???
176 * error: ???
177 * exception: exception guarantee (???)
178 * failure: ???
179 * invariant: ???
180 * leak: ???
181 * library: ???
182 * precondition: ???
183 * postcondition: ???
184 * resource: ???
186 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
188 This document is a set of guidelines for using C++ well.
189 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
190 By "modern C++" we mean effective use of the ISO C++ standard (currently C++17, but almost all of our recommendations also apply to C++14 and C++11).
191 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?
193 The guidelines are focused on relatively high-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
194 Such rules affect application architecture and library design.
195 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.
196 And it will run fast -- you can afford to do things right.
198 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
199 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
201 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
202 They may very well be too strict.
203 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
204 We also need more rules.
206 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
207 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
208 Please try to verify or disprove rules!
209 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
211 You will find some of the rules obvious or even trivial.
212 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.
214 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
215 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
216 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
217 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
219 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
220 We plan to build tools for that and hope others will too.
222 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
223 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
225 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
227 This is a set of core guidelines for modern C++ (currently C++17) taking likely future enhancements and ISO Technical Specifications (TSs) into account.
228 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
230 Introduction summary:
232 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
233 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
234 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
235 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
236 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
237 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
239 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
241 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
243 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
245 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (currently C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
247 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.
248 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").
249 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.
250 Remember:
252 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
254 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
256 These guidelines are designed according to the "subset of superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
257 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
258 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
259 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
261 The rules emphasize static type safety and resource safety.
262 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).
263 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.
265 Many of the rules are prescriptive.
266 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
267 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
268 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
270 These guidelines address the core of C++ and its use.
271 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
272 For example, hard-real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
273 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
274 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
276 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
278 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
279 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
280 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.
282 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
284 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
285 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
286 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
287 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.
288 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
289 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
291 These rules are not meant to be read serially, like a book.
292 You can browse through them using the links.
293 However, their main intended use is to be targets for tools.
294 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
295 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
297 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
298 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
300 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
301 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
302 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
303 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to completely convert a large code base all at once.
305 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
306 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
308 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
309 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
310 They are not meant to define a single "one true C++" language.
311 We value expressiveness and uncompromised performance.
313 The rules are not value-neutral.
314 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
315 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
317 The rules are not precise to the point where a person (or machine) can follow them blindly.
318 The enforcement parts try to be that, but we would rather leave a rule or a definition a bit vague
319 and open to interpretation than specify something precisely and wrong.
320 Sometimes, precision comes only with time and experience.
321 Design is not (yet) a form of Math.
323 The rules are not perfect.
324 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
325 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
326 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforceable, or by enabling every solution to a problem.
327 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
328 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
329 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
330 Also, suggest an improvement.
332 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
334 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
335 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
337 * But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
338 * But different people have different needs.
339 * But people don't like to read lots of rules.
340 * But people can't remember many rules.
342 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
344 * But arbitrary subsetting leads to chaos.
346 We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
347 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
348 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
350 This adds up to quite a few dilemmas.
351 We try to resolve those using tools.
352 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
353 Enforcement might be done by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
354 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
355 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
356 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
357 A rule can be part of several profiles, or none.
358 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
360 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts, unions, or varargs)
361 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
362 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
364 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
365 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.
367 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
369     [[gsl::suppress(tag)]]
371 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
372 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"),
373 or a specific rule in a profile ([type.4](#Pro-type-cstylecast), or [bounds.2](#Pro-bounds-arrayindex)).
375 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
377 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
379 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
380 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
381   Since the major sections are not inherently ordered, we use letters as the first part of a rule reference "number".
382   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
383 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
384 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
385 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
386 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
387 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
388 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
389 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
390 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
392 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.
393 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
394 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
396 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
397 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
398 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
399 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
400 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
402 This is not a language manual.
403 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
404 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
406 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
408 * [In: Introduction](#S-introduction)
409 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
410 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
411 * [F: Functions](#S-functions)
412 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
413 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
414 * [R: Resource management](#S-resource)
415 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
416 * [Per: Performance](#S-performance)
417 * [CP: Concurrency and parallelism](#S-concurrency)
418 * [E: Error handling](#S-errors)
419 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
420 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
421 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
422 * [SF: Source files](#S-source)
423 * [SL: The Standard Library](#S-stdlib)
425 Supporting sections:
427 * [A: Architectural ideas](#S-A)
428 * [NR: Non-Rules and myths](#S-not)
429 * [RF: References](#S-references)
430 * [Pro: Profiles](#S-profile)
431 * [GSL: Guidelines support library](#S-gsl)
432 * [NL: Naming and layout rules](#S-naming)
433 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
434 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
435 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
436 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
437 * [Appendix D: Supporting tools](#S-tools)
438 * [Glossary](#S-glossary)
439 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
441 These sections are not orthogonal.
443 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.
444 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
446 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
448 The rules in this section are very general.
450 Philosophy rules summary:
452 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
453 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
454 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
455 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
456 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
457 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
458 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
459 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
460 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
461 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
462 * [P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code](#Rp-library)
463 * [P.12: Use supporting tools as appropriate](#Rp-tools)
464 * [P.13: Use support libraries as appropriate](#Rp-lib)
466 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
467 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
468 Without a philosophical basis, the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
470 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
472 ##### Reason
474 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
475 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
477 ##### Example
479     class Date {
480         // ...
481     public:
482         Month month() const;  // do
483         int month();          // don't
484         // ...
485     };
487 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
488 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
490 ##### Example, bad
492 This loop is a restricted form of `std::find`:
494     void f(vector<string>& v)
495     {
496         string val;
497         cin >> val;
498         // ...
499         int index = -1;                    // bad, plus should use gsl::index
500         for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
501             if (v[i] == val) {
502                 index = i;
503                 break;
504             }
505         }
506         // ...
507     }
509 ##### Example, good
511 A much clearer expression of intent would be:
513     void f(vector<string>& v)
514     {
515         string val;
516         cin >> val;
517         // ...
518         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
519         // ...
520     }
522 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.
524 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
525 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
526 Any programmer using these guidelines should know the [guidelines support library](#S-gsl), and use it appropriately.
528 ##### Example
530     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
531     // ...
532     change_speed(2.3);
534 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
536     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
537     // ...
538     change_speed(2.3);        // error: no unit
539     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
541 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
542 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
544 ##### Enforcement
546 Very hard in general.
548 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
549 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
550 * detect code that mimics the standard library (hard)
552 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
554 ##### Reason
556 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
558 ##### Note
560 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
561 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.
563 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
564 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
565 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
566 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
567 portability will be impacted.
569 ##### Note
571 Using valid ISO C++ does not guarantee portability (let alone correctness).
572 Avoid dependence on undefined behavior (e.g., [undefined order of evaluation](#Res-order))
573 and be aware of constructs with implementation defined meaning (e.g., `sizeof(int)`).
575 ##### Note
577 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.
578 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
580 ##### Enforcement
582 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++17, C++14, or C++11) with a set of options that do not accept extensions.
584 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
586 ##### Reason
588 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.
590 ##### Example
592     gsl::index i = 0;
593     while (i < v.size()) {
594         // ... do something with v[i] ...
595     }
597 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.
599 Better:
601     for (const auto& x : v) { /* do something with the value of x */ }
603 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:
605     for (auto& x : v) { /* modify x */ }
607 For more details about for-statements, see [ES.71](#Res-for-range).
608 Sometimes better still, use a named algorithm. This example uses the `for_each` from the Ranges TS because it directly expresses the intent:
610     for_each(v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
611     for_each(par, v, [](int x) { /* do something with the value of x */ });
613 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
615 A programmer should be familiar with
617 * [The guidelines support library](#S-gsl)
618 * [The ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
619 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
621 ##### Note
623 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
625 ##### Note
627 Some language constructs express intent better than others.
629 ##### Example
631 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
633     draw_line(int, int, int, int);  // obscure
634     draw_line(Point, Point);        // clearer
636 ##### Enforcement
638 Look for common patterns for which there are better alternatives
640 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
641 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
642 * loop variables in too large a scope
643 * naked `new` and `delete`
644 * functions with many parameters of built-in types
646 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
648 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
650 ##### Reason
652 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
653 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
655 * unions
656 * casts
657 * array decay
658 * range errors
659 * narrowing conversions
661 ##### Note
663 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
664 We try to provide alternative techniques.
666 ##### Enforcement
668 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
669 Always suggest an alternative.
670 For example:
672 * unions -- use `variant` (in C++17)
673 * casts -- minimize their use; templates can help
674 * array decay -- use `span` (from the GSL)
675 * range errors -- use `span`
676 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` (from the GSL) where they are necessary
678 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
680 ##### Reason
682 Code clarity and performance.
683 You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
685 ##### Example
687     // Int is an alias used for integers
688     int bits = 0;         // don't: avoidable code
689     for (Int i = 1; i; i <<= 1)
690         ++bits;
691     if (bits < 32)
692         cerr << "Int too small\n";
694 This example fails to achieve what it is trying to achieve (because overflow is undefined) and should be replaced with a simple `static_assert`:
696     // Int is an alias used for integers
697     static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
699 Or better still just use the type system and replace `Int` with `int32_t`.
701 ##### Example
703     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
705     int a[100];
706     read(a, 1000);    // bad, off the end
708 better
710     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
712     int a[100];
713     read(a);        // better: let the compiler figure out the number of elements
715 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
717 ##### Enforcement
719 * Look for pointer arguments.
720 * Look for run-time checks for range violations.
722 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
724 ##### Reason
726 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
728 ##### Note
730 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).
732 ##### Example, bad
734     // separately compiled, possibly dynamically loaded
735     extern void f(int* p);
737     void g(int n)
738     {
739         // bad: the number of elements is not passed to f()
740         f(new int[n]);
741     }
743 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.
745 ##### Example, bad
747 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
749     // separately compiled, possibly dynamically loaded
750     extern void f2(int* p, int n);
752     void g2(int n)
753     {
754         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
755     }
757 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.
759 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
761 ##### Example, bad
763 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
765     // separately compiled, possibly dynamically loaded
766     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
767     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
768     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
770     void g3(int n)
771     {
772         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
773     }
775 ##### Example
777 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
779     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
780     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
781                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
782                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
784     void g3(int n)
785     {
786         vector<int> v(n);
787         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
788         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
789     }
791 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.
793 ##### Example
795 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
797     vector<int> f5(int n)    // OK: move
798     {
799         vector<int> v(n);
800         // ... initialize v ...
801         return v;
802     }
804     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
805     {
806         auto p = make_unique<int[]>(n);
807         // ... initialize *p ...
808         return p;
809     }
811     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
812     {
813         owner<int*> p = new int[n];
814         // ... initialize *p ...
815         return p;
816     }
818 ##### Example
820 * ???
821 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
822   Or strings as "free-style" options
824 ##### Enforcement
826 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
827 * ???
829 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
831 ##### Reason
833 Avoid "mysterious" crashes.
834 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
836 ##### Example
838     void increment1(int* p, int n)    // bad: error-prone
839     {
840         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
841     }
843     void use1(int m)
844     {
845         const int n = 10;
846         int a[n] = {};
847         // ...
848         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
849                             // but assume that m == 20
850         // ...
851     }
853 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
854 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
855 If we could check subscripts for out of range access, then the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
856 We could check earlier and improve the code:
858     void increment2(span<int> p)
859     {
860         for (int& x : p) ++x;
861     }
863     void use2(int m)
864     {
865         const int n = 10;
866         int a[n] = {};
867         // ...
868         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
869         // ...
870     }
872 Now, `m <= n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
873 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):
875     void use3(int m)
876     {
877         const int n = 10;
878         int a[n] = {};
879         // ...
880         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
881         // ...
882     }
884 ##### Example, bad
886 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
888     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
890     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
892     void user1(const string& date)    // manipulate date
893     {
894         auto d = extract_date(date);
895         // ...
896     }
898     void user2()
899     {
900         Date d = read_date(cin);
901         // ...
902         user1(d.to_string());
903         // ...
904     }
906 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
908 ##### Example
910 Excess checking can be costly.
911 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)`).
913     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
914         float x;
915         float y;
916         float z;
917         float e;
918     public:
919         Jet(float x, float y, float z, float e)
920             :x(x), y(y), z(z), e(e)
921         {
922             // Should I check here that the values are physically meaningful?
923         }
925         float m() const
926         {
927             // Should I handle the degenerate case here?
928             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
929         }
931         ???
932     };
934 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.
938 ##### Enforcement
940 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early and not repeatedly
941 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
942 * Look for unchecked values coming from input
943 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
944 * ???
946 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
948 ##### Reason
950 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
951 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
953 ##### Example, bad
955     void f(char* name)
956     {
957         FILE* input = fopen(name, "r");
958         // ...
959         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
960         // ...
961         fclose(input);
962     }
964 Prefer [RAII](#Rr-raii):
966     void f(char* name)
967     {
968         ifstream input {name};
969         // ...
970         if (something) return;   // OK: no leak
971         // ...
972     }
974 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
976 ##### Note
978 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."
979 The more important classification is "anything that can no longer be cleaned up."
980 For example, allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to that allocation.
981 This rule should not be taken as requiring that allocations within long-lived objects must be returned during program shutdown.
982 For example, relying on system guaranteed cleanup such as file closing and memory deallocation upon process shutdown can simplify code.
983 However, relying on abstractions that implicitly clean up can be as simple, and often safer.
985 ##### Note
987 Enforcing [the lifetime safety profile](#SS-lifetime) eliminates leaks.
988 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
989 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#SS-force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
991 ##### Enforcement
993 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
994   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
995   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
996 * Look for naked `new` and `delete`
997 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
999 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
1001 ##### Reason
1003 This is C++.
1005 ##### Note
1007 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.
1008 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
1010 ##### Example, bad
1012     struct X {
1013         char ch;
1014         int i;
1015         string s;
1016         char ch2;
1018         X& operator=(const X& a);
1019         X(const X&);
1020     };
1022     X waste(const char* p)
1023     {
1024         if (!p) throw Nullptr_error{};
1025         int n = strlen(p);
1026         auto buf = new char[n];
1027         if (!buf) throw Allocation_error{};
1028         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
1029         // ... manipulate buffer ...
1030         X x;
1031         x.ch = 'a';
1032         x.s = string(n);    // give x.s space for *p
1033         for (gsl::index i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
1034         delete[] buf;
1035         return x;
1036     }
1038     void driver()
1039     {
1040         X x = waste("Typical argument");
1041         // ...
1042     }
1044 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
1045 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) are wasted.
1046 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow
1047 (please note that the Return Value Optimization, RVO, is not guaranteed here).
1048 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
1049 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
1051 ##### Example, bad
1053     void lower(zstring s)
1054     {
1055         for (int i = 0; i < strlen(s); ++i) s[i] = tolower(s[i]);
1056     }
1058 Yes, this is an example from production code.
1059 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
1061 ##### Note
1063 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
1064 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
1065 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.
1066 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
1068 ##### Enforcement
1070 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
1072 * Flag an unused return value from a user-defined non-defaulted postfix `operator++` or `operator--` function. Prefer using the prefix form instead. (Note: "User-defined non-defaulted" is intended to reduce noise. Review this enforcement if it's still too noisy in practice.)
1075 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
1077 ##### Reason
1079 It is easier to reason about constants than about variables.
1080 Something immutable cannot change unexpectedly.
1081 Sometimes immutability enables better optimization.
1082 You can't have a data race on a constant.
1084 See [Con: Constants and immutability](#S-const)
1086 ### <a name="Rp-library"></a>P.11: Encapsulate messy constructs, rather than spreading through the code
1088 ##### Reason
1090 Messy code is more likely to hide bugs and harder to write.
1091 A good interface is easier and safer to use.
1092 Messy, low-level code breeds more such code.
1094 ##### Example
1096     int sz = 100;
1097     int* p = (int*) malloc(sizeof(int) * sz);
1098     int count = 0;
1099     // ...
1100     for (;;) {
1101         // ... read an int into x, exit loop if end of file is reached ...
1102         // ... check that x is valid ...
1103         if (count == sz)
1104             p = (int*) realloc(p, sizeof(int) * sz * 2);
1105         p[count++] = x;
1106         // ...
1107     }
1109 This is low-level, verbose, and error-prone.
1110 For example, we "forgot" to test for memory exhaustion.
1111 Instead, we could use `vector`:
1113     vector<int> v;
1114     v.reserve(100);
1115     // ...
1116     for (int x; cin >> x; ) {
1117         // ... check that x is valid ...
1118         v.push_back(x);
1119     }
1121 ##### Note
1123 The standards library and the GSL are examples of this philosophy.
1124 For example, instead of messing with the arrays, unions, cast, tricky lifetime issues, `gsl::owner`, etc.,
1125 that are needed to implement key abstractions, such as `vector`, `span`, `lock_guard`, and `future`, we use the libraries
1126 designed and implemented by people with more time and expertise than we usually have.
1127 Similarly, we can and should design and implement more specialized libraries, rather than leaving the users (often ourselves)
1128 with the challenge of repeatedly getting low-level code well.
1129 This is a variant of the [subset of superset principle](#R0) that underlies these guidelines.
1131 ##### Enforcement
1133 * Look for "messy code" such as complex pointer manipulation and casting outside the implementation of abstractions.
1136 ### <a name="Rp-tools"></a>P.12: Use supporting tools as appropriate
1138 ##### Reason
1140 There are many things that are done better "by machine".
1141 Computers don't tire or get bored by repetitive tasks.
1142 We typically have better things to do than repeatedly do routine tasks.
1144 ##### Example
1146 Run a static analyzer to verify that your code follows the guidelines you want it to follow.
1148 ##### Note
1152 * [Static analysis tools](???)
1153 * [Concurrency tools](#Rconc-tools)
1154 * [Testing tools](???)
1156 There are many other kinds of tools, such as source code repositories, build tools, etc.,
1157 but those are beyond the scope of these guidelines.
1159 ##### Note
1161 Be careful not to become dependent on over-elaborate or over-specialized tool chains.
1162 Those can make your otherwise portable code non-portable.
1165 ### <a name="Rp-lib"></a>P.13: Use support libraries as appropriate
1167 ##### Reason
1169 Using a well-designed, well-documented, and well-supported library saves time and effort;
1170 its quality and documentation are likely to be greater than what you could do
1171 if the majority of your time must be spent on an implementation.
1172 The cost (time, effort, money, etc.) of a library can be shared over many users.
1173 A widely used library is more likely to be kept up-to-date and ported to new systems than an individual application.
1174 Knowledge of a widely-used library can save time on other/future projects.
1175 So, if a suitable library exists for your application domain, use it.
1177 ##### Example
1179     std::sort(begin(v), end(v), std::greater<>());
1181 Unless you are an expert in sorting algorithms and have plenty of time,
1182 this is more likely to be correct and to run faster than anything you write for a specific application.
1183 You need a reason not to use the standard library (or whatever foundational libraries your application uses) rather than a reason to use it.
1185 ##### Note
1187 By default use
1189 * The [ISO C++ Standard Library](#S-stdlib)
1190 * The [Guidelines Support Library](#S-gsl)
1192 ##### Note
1194 If no well-designed, well-documented, and well-supported library exists for an important domain,
1195 maybe you should design and implement it, and then use it.
1198 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
1200 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.
1201 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.
1203 Interface rule summary:
1205 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
1206 * [I.2: Avoid non-`const` global variables](#Ri-global)
1207 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
1208 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
1209 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
1210 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
1211 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
1212 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
1213 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
1214 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task](#Ri-except)
1215 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)](#Ri-raw)
1216 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
1217 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
1218 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
1219 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
1220 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
1221 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
1222 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
1223 * [I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom](#Ri-pimpl)
1224 * [I.30: Encapsulate rule violations](#Ri-encapsulate)
1226 **See also**:
1228 * [F: Functions](#S-functions)
1229 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
1230 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
1231 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
1232 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
1233 * [E: Error handling](#S-errors)
1234 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
1236 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
1238 ##### Reason
1240 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
1242 ##### Example, bad
1244 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1246     int round(double d)
1247     {
1248         return (round_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1249     }
1251 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `round(7.2)` might give different results.
1253 ##### Exception
1255 Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1256 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1258 ##### Example, bad
1260 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1262     // don't: no test of printf's return value
1263     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1265 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.???.
1267 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1269 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1270 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1272 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1273 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1275 ##### Enforcement
1277 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1278 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1280 ### <a name="Ri-global"></a>I.2: Avoid non-`const` global variables
1282 ##### Reason
1284 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1286 ##### Example
1288     struct Data {
1289         // ... lots of stuff ...
1290     } data;            // non-const data
1292     void compute()     // don't
1293     {
1294         // ... use data ...
1295     }
1297     void output()     // don't
1298     {
1299         // ... use data ...
1300     }
1302 Who else might modify `data`?
1304 ##### Note
1306 Global constants are useful.
1308 ##### Note
1310 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1312 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope) data to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to `const`.
1313 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1315 **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.
1316 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1318 ##### Note
1320 You cannot have a race condition on immutable data.
1322 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1324 ##### Note
1326 The rule is "avoid", not "don't use." Of course there will be (rare) exceptions, such as `cin`, `cout`, and `cerr`.
1328 ##### Enforcement
1330 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1332 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1334 ##### Reason
1336 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1338 ##### Example
1340     class Singleton {
1341         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1342         // that it is initialized properly, etc.
1343     };
1345 There are many variants of the singleton idea.
1346 That's part of the problem.
1348 ##### Note
1350 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1352 ##### Exception
1354 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1356     X& myX()
1357     {
1358         static X my_x {3};
1359         return my_x;
1360     }
1362 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1363 In a multi-threaded environment, the initialization of the static object does not introduce a race condition
1364 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1366 Note that the initialization of a local `static` does not imply a race condition.
1367 However, if the destruction of `X` involves an operation that needs to be synchronized we must use a less simple solution.
1368 For example:
1370     X& myX()
1371     {
1372         static auto p = new X {3};
1373         return *p;  // potential leak
1374     }
1376 Now someone must `delete` that object in some suitably thread-safe way.
1377 That's error-prone, so we don't use that technique unless
1379 * `myX` is in multi-threaded code,
1380 * that `X` object needs to be destroyed (e.g., because it releases a resource), and
1381 * `X`'s destructor's code needs to be synchronized.
1383 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.
1385 ##### Enforcement
1387 Very hard in general.
1389 * Look for classes with names that include `singleton`.
1390 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1391 * 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.
1393 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1395 ##### Reason
1397 Types are the simplest and best documentation, improve legibility due to their well-defined meaning, and are checked at compile time.
1398 Also, precisely typed code is often optimized better.
1400 ##### Example, don't
1402 Consider:
1404     void pass(void* data);    // weak and under qualified type void* is suspicious
1406 Callers are unsure what types are allowed and if the data may
1407 be mutated as `const` is not specified. Note all pointer types
1408 implicitly convert to void*, so it is easy for callers to provide this value.
1410 The callee must `static_cast` data to an unverified type to use it.
1411 That is error-prone and verbose.
1413 Only use `const void*` for passing in data in designs that are indescribable in C++. Consider using a `variant` or a pointer to base instead.
1415 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1416 For generic code these `T`s can be general or concept constrained template parameters.
1418 ##### Example, bad
1420 Consider:
1422     draw_rect(100, 200, 100, 500); // what do the numbers specify?
1424     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20); // what units are 10 and 20 in?
1426 It is clear that the caller is describing a rectangle, but it is unclear what parts they relate to. Also, an `int` can carry arbitrary forms of information, including values of many units, so we must guess about the meaning of the four `int`s. Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1428 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1430     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1431     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1433     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1434     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1436 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1437 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1439 ##### Example, bad
1441 Consider:
1443     set_settings(true, false, 42); // what do the numbers specify?
1445 The parameter types and their values do not communicate what settings are being specified or what those values mean.
1447 This design is more explicit, safe and legible:
1449     alarm_settings s{};
1450     s.enabled = true;
1451     s.displayMode = alarm_settings::mode::spinning_light;
1452     s.frequency = alarm_settings::every_10_seconds;
1453     set_settings(s);
1455 For the case of a set of boolean values consider using a flags enum; a pattern that expresses a set of boolean values.
1457     enable_lamp_options(lamp_option::on | lamp_option::animate_state_transitions);
1459 ##### Example, bad
1461 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1463     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1464     {
1465         // ...
1466         // do something with time_to_blink
1467         // ...
1468     }
1470     void use()
1471     {
1472         blink_led(2);
1473     }
1475 ##### Example, good
1477 `std::chrono::duration` types (C++11) helps making the unit of time duration explicit.
1479     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1480     {
1481         // ...
1482         // do something with time_to_blink
1483         // ...
1484     }
1486     void use()
1487     {
1488         blink_led(1500ms);
1489     }
1491 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1493     template<class rep, class period>
1494     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1495     {
1496         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1497         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1498         // ...
1499         // do something with milliseconds_to_blink
1500         // ...
1501     }
1503     void use()
1504     {
1505         blink_led(2s);
1506         blink_led(1500ms);
1507     }
1509 ##### Enforcement
1511 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1512 * (Simple) Report the use of more than one `bool` parameter.
1513 * (Hard to do well) Look for functions that use too many primitive type arguments.
1515 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1517 ##### Reason
1519 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1521 ##### Example
1523 Consider:
1525     double sqrt(double x);
1527 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1529     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1531 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1533     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1535 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).
1537 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1539 ##### Note
1541 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p);`.
1542 If that is infeasible, use English text in comments, such as `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1544 ##### Note
1546 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1547 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1548 We don't need to mention it for each member function.
1550 ##### Enforcement
1552 (Not enforceable)
1554 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1556 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1558 ##### Reason
1560 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1562 ##### Example
1564     int area(int height, int width)
1565     {
1566         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1567         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1568         // ...
1569     }
1571 ##### Note
1573 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1574 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?).
1576 ##### Note
1578 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation,
1579 but we don't yet have the language facilities to do that.
1580 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.
1582 ##### Note
1584 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1586 ##### Note
1588 No, using `unsigned` is not a good way to sidestep the problem of [ensuring that a value is nonnegative](#Res-nonnegative).
1590 ##### Enforcement
1592 (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.
1594 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1596 ##### Reason
1598 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1600 ##### Example, bad
1602 Consider:
1604     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1606 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1607 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.
1608 Overflow can happen.
1609 Consider using:
1611     int area(int height, int width)
1612     {
1613         auto res = height * width;
1614         Ensures(res > 0);
1615         return res;
1616     }
1618 ##### Example, bad
1620 Consider a famous security bug:
1622     void f()    // problematic
1623     {
1624         char buffer[MAX];
1625         // ...
1626         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1627     }
1629 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1631     void f()    // better
1632     {
1633         char buffer[MAX];
1634         // ...
1635         memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
1636         Ensures(buffer[0] == 0);
1637     }
1639 ##### Note
1641 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.
1643 ##### Note
1645 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.
1647 ##### Example
1649 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1651     mutex m;
1653     void manipulate(Record& r)    // don't
1654     {
1655         m.lock();
1656         // ... no m.unlock() ...
1657     }
1659 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.
1660 Stating the postcondition would have made it clear:
1662     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1663     {
1664         m.lock();
1665         // ... no m.unlock() ...
1666     }
1668 The bug is now obvious (but only to a human reading comments).
1670 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1672     void manipulate(Record& r)    // best
1673     {
1674         lock_guard<mutex> _ {m};
1675         // ...
1676     }
1678 ##### Note
1680 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1681 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1682 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1684 ##### Enforcement
1686 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1687 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1688 checkers) exist for many toolchains.
1690 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1692 ##### Reason
1694 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1696 ##### Example
1698     void f()
1699     {
1700         char buffer[MAX];
1701         // ...
1702         memset(buffer, 0, MAX);
1703         Ensures(buffer[0] == 0);
1704     }
1706 ##### Note
1708 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`.
1709 This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1711 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1713 ##### Note
1715 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done.
1716 For now, we place it in the definition (function body).
1717 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.
1719 ##### Enforcement
1721 (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.
1723 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1725 ##### Reason
1727 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1729 ##### Example
1731 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1733     template<typename Iter, typename Val>
1734     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1735     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1736     {
1737         // ...
1738     }
1740 ##### Note
1742 Soon (maybe in 2018), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1743 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
1745 **See also**: [Generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-concepts).
1747 ##### Enforcement
1749 (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).
1751 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1753 ##### Reason
1755 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1756 This is a major source of errors.
1758 ##### Example
1760     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1762     template <class F, class ...Args>
1763     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1764     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1766 ##### Note
1768 What is an error?
1770 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1771 Calling code that ignores an error could lead to wrong results or undefined systems state.
1772 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1773 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.
1774 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1776 ##### Exception
1778 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.
1780 ##### Alternative
1782 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:
1784     int val;
1785     int error_code;
1786     tie(val, error_code) = do_something();
1787     if (error_code) {
1788         // ... handle the error or exit ...
1789     }
1790     // ... use val ...
1792 This style unfortunately leads to uninitialized variables.
1793 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.
1795     auto [val, error_code] = do_something();
1796     if (error_code) {
1797         // ... handle the error or exit ...
1798     }
1799     // ... use val ...
1801 ##### Note
1803 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1805 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1806 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1807 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1808 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1809 * Always carefully [measure](#Rper-measure) before making performance claims.
1811 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1813 ##### Enforcement
1815 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1816 * Look for `errno`.
1818 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`)
1820 ##### Reason
1822 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1824 ##### Example
1826 Consider:
1828     X* compute(args)    // don't
1829     {
1830         X* res = new X{};
1831         // ...
1832         return res;
1833     }
1835 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if `compute` returned a reference.
1836 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1838     vector<double> compute(args)  // good
1839     {
1840         vector<double> res(10000);
1841         // ...
1842         return res;
1843     }
1845 **Alternative**: [Pass ownership](#Rr-smartptrparam) using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1846 However, that is less elegant and often less efficient than returning the object itself,
1847 so use smart pointers only if reference semantics are needed.
1849 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1850 In that case, mark owning pointers using `owner` from the [guidelines support library](#S-gsl):
1852     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1853     {
1854         owner<X*> res = new X{};
1855         // ...
1856         return res;
1857     }
1859 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1860 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1862 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1864 ##### Note
1866 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1867 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1868 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1869 so the default is "no ownership transfer."
1871 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional), [use of smart pointer arguments](#Rr-smartptrparam), and [value return](#Rf-value-return).
1873 ##### Enforcement
1875 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`. Suggest use of standard-library resource handle or use of `owner<T>`.
1876 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1877 * (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.
1879 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1881 ##### Reason
1883 To help avoid dereferencing `nullptr` errors.
1884 To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1886 ##### Example
1888     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1890     length(nullptr);                      // OK?
1892     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1894     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1896 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.
1898 ##### Note
1900 `not_null` is defined in the [guidelines support library](#S-gsl).
1902 ##### Note
1904 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*`.
1906     // we can assume that p cannot be nullptr
1907     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1908     int length(not_null<zstring> p);
1910 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1912 ##### Enforcement
1914 * (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`.
1915 * (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`.
1917 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1919 ##### Reason
1921  (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.
1923 ##### Example
1925 Consider:
1927     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1929 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1930 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1931 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1933 ##### Alternative
1935 Consider using explicit spans:
1937     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1939 ##### Example, bad
1941 Consider:
1943     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1944     Circle arr[10];
1945     // ...
1946     draw(arr, 10);
1948 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.
1950 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1952     void draw2(span<Circle>);
1953     Circle arr[10];
1954     // ...
1955     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1956     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1958     void draw3(span<Shape>);
1959     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1961 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 ???.
1963 ##### Exception
1965 Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1966 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1968 ##### Enforcement
1970 * (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.
1971 * (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.
1973 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1975 ##### Reason
1977 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1979 ##### Example
1981     // file1.c
1983     extern const X x;
1985     const Y y = f(x);   // read x; write y
1987     // file2.c
1989     extern const Y y;
1991     const X x = g(y);   // read y; write x
1993 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1994 one will access an uninitialized `const`.
1995 This shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1997 ##### Note
1999 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
2000 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
2002 ##### Enforcement
2004 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
2005 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
2007 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
2009 ##### Reason
2011 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
2013 ##### Discussion
2015 The two most common reasons why functions have too many parameters are:
2017 1. *Missing an abstraction.*
2018    There is an abstraction missing, so that a compound value is being
2019    passed as individual elements instead of as a single object that enforces an invariant.
2020    This not only expands the parameter list, but it leads to errors because the component values
2021    are no longer protected by an enforced invariant.
2023 2. *Violating "one function, one responsibility."*
2024    The function is trying to do more than one job and should probably be refactored.
2026 ##### Example
2028 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle:
2030     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
2031     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2032                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2033                          OutputIterator result, Compare comp);
2035 Note that this is because of problem 1 above -- missing abstraction. Instead of passing a range (abstraction), STL passed iterator pairs (unencapsulated component values).
2037 Here, we have four template arguments and six function arguments.
2038 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
2040     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
2041     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
2042                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
2043                          OutputIterator result);
2045 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
2046 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
2048     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
2049     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
2051 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
2053 Alternatively, we could use concepts (as defined by the ISO TS) to define the notion of three types that must be usable for merging:
2055     Mergeable{In1, In2, Out}
2056     OutputIterator merge(In1 r1, In2 r2, Out result);
2058 ##### Example
2060 The safety Profiles recommend replacing
2062     void f(int* some_ints, int some_ints_length);  // BAD: C style, unsafe
2064 with
2066     void f(gsl::span<int> some_ints);              // GOOD: safe, bounds-checked
2068 Here, using an abstraction has safety and robustness benefits, and naturally also reduces the number of parameters.
2070 ##### Note
2072 How many parameters are too many? Try to use fewer than four (4) parameters.
2073 There are functions that are best expressed with four individual parameters, but not many.
2075 **Alternative**: Use better abstraction: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
2077 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
2079 ##### Enforcement
2081 * Warn when a function declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
2082 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
2084 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
2086 ##### Reason
2088 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
2090 ##### Example, bad
2092 Consider:
2094     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2096 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
2098 Use `const` for the "from" argument:
2100     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p + n) to [q:q + n)
2102 ##### Exception
2104 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
2106     int max(int a, int b);
2108 ##### Alternative
2110 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
2112     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
2114 ##### Alternative
2116 Define a `struct` as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
2118     struct SystemParams {
2119         string config_file;
2120         string output_path;
2121         seconds timeout;
2122     };
2123     void initialize(SystemParams p);
2125 This tends to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
2126 are often filled in by name at the call site.
2128 ##### Enforcement
2130 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
2132 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
2134 ##### Reason
2136 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
2138 ##### Example, bad
2140 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
2142     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
2143     public:
2144         Point center() const { return c; }
2145         virtual void draw() const;
2146         virtual void rotate(int);
2147         // ...
2148     private:
2149         Point c;
2150         vector<Point> outline;
2151         Color col;
2152     };
2154 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:
2156     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
2157     public:
2158         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual functions
2159         virtual void draw() const = 0;
2160         virtual void rotate(int) = 0;
2161         // ...
2162         // ... no data members ...
2163         // ...
2164         virtual ~Shape() = default;
2165     };
2167 ##### Enforcement
2169 (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.
2171 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
2173 ##### Reason
2175 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
2177 ##### Exception
2179 You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
2181 ##### Exception
2183 Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
2185 ##### Note
2187 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.
2189 ##### Enforcement
2191 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2193 ### <a name="Ri-pimpl"></a>I.27: For stable library ABI, consider the Pimpl idiom
2195 ##### Reason
2197 Because private data members participate in class layout and private member functions participate in overload resolution, changes to those
2198 implementation details require recompilation of all users of a class that uses them. A non-polymorphic interface class holding a pointer to
2199 implementation (Pimpl) can isolate the users of a class from changes in its implementation at the cost of an indirection.
2201 ##### Example
2203 interface (widget.h)
2205     class widget {
2206         class impl;
2207         std::unique_ptr<impl> pimpl;
2208     public:
2209         void draw(); // public API that will be forwarded to the implementation
2210         widget(int); // defined in the implementation file
2211         ~widget();   // defined in the implementation file, where impl is a complete type
2212         widget(widget&&) = default;
2213         widget(const widget&) = delete;
2214         widget& operator=(widget&&); // defined in the implementation file
2215         widget& operator=(const widget&) = delete;
2216     };
2219 implementation (widget.cpp)
2221     class widget::impl {
2222         int n; // private data
2223     public:
2224         void draw(const widget& w) { /* ... */ }
2225         impl(int n) : n(n) {}
2226     };
2227     void widget::draw() { pimpl->draw(*this); }
2228     widget::widget(int n) : pimpl{std::make_unique<impl>(n)} {}
2229     widget::~widget() = default;
2230     widget& widget::operator=(widget&&) = default;
2232 ##### Notes
2234 See [GOTW #100](https://herbsutter.com/gotw/_100/) and [cppreference](http://en.cppreference.com/w/cpp/language/pimpl) for the trade-offs and additional implementation details associated with this idiom.
2236 ##### Enforcement
2238 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
2240 ### <a name="Ri-encapsulate"></a>I.30: Encapsulate rule violations
2242 ##### Reason
2244 To keep code simple and safe.
2245 Sometimes, ugly, unsafe, or error-prone techniques are necessary for logical or performance reasons.
2246 If so, keep them local, rather than "infecting" interfaces so that larger groups of programmers have to be aware of the
2247 subtleties.
2248 Implementation complexity should, if at all possible, not leak through interfaces into user code.
2250 ##### Example
2252 Consider a program that, depending on some form of input (e.g., arguments to `main`), should consume input
2253 from a file, from the command line, or from standard input.
2254 We might write
2256     bool owned;
2257     owner<istream*> inp;
2258     switch (source) {
2259     case std_in:        owned = false; inp = &cin;                       break;
2260     case command_line:  owned = true;  inp = new istringstream{argv[2]}; break;
2261     case file:          owned = true;  inp = new ifstream{argv[2]};      break;
2262     }
2263     istream& in = *inp;
2265 This violated the rule [against uninitialized variables](#Res-always),
2266 the rule against [ignoring ownership](#Ri-raw),
2267 and the rule [against magic constants](#Res-magic).
2268 In particular, someone has to remember to somewhere write
2270     if (owned) delete inp;
2272 We could handle this particular example by using `unique_ptr` with a special deleter that does nothing for `cin`,
2273 but that's complicated for novices (who can easily encounter this problem) and the example is an example of a more general
2274 problem where a property that we would like to consider static (here, ownership) needs infrequently be addressed
2275 at run time.
2276 The common, most frequent, and safest examples can be handled statically, so we don't want to add cost and complexity to those.
2277 But we must also cope with the uncommon, less-safe, and necessarily more expensive cases.
2278 Such examples are discussed in [[Str15]](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf).
2280 So, we write a class
2282     class Istream { [[gsl::suppress(lifetime)]]
2283     public:
2284         enum Opt { from_line = 1 };
2285         Istream() { }
2286         Istream(zstring p) :owned{true}, inp{new ifstream{p}} {}            // read from file
2287         Istream(zstring p, Opt) :owned{true}, inp{new istringstream{p}} {}  // read from command line
2288         ~Istream() { if (owned) delete inp; }
2289         operator istream& () { return *inp; }
2290     private:
2291         bool owned = false;
2292         istream* inp = &cin;
2293     };
2295 Now, the dynamic nature of `istream` ownership has been encapsulated.
2296 Presumably, a bit of checking for potential errors would be added in real code.
2298 ##### Enforcement
2300 * Hard, it is hard to decide what rule-breaking code is essential
2301 * Flag rule suppression that enable rule-violations to cross interfaces
2303 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
2305 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.
2307 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.
2308 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
2310 Function rule summary:
2312 Function definition rules:
2314 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
2315 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
2316 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
2317 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
2318 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
2319 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
2320 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
2321 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
2322 * [F.9: Unused parameters should be unnamed](#Rf-unused)
2324 Parameter passing expression rules:
2326 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
2327 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
2328 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
2329 * [F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
2330 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
2331 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
2332 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple](#Rf-out-multi)
2333 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2335 Parameter passing semantic rules:
2337 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object](#Rf-ptr)
2338 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
2339 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
2340 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-zstring)
2341 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
2342 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
2344 <a name="Rf-value-return"></a>Value return semantic rules:
2346 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
2347 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object](#Rf-dangle)
2348 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed](#Rf-return-ref)
2349 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
2350 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
2351 * [F.47: Return `T&` from assignment operators](#Rf-assignment-op)
2352 * [F.48: Don't `return std::move(local)`](#Rf-return-move-local)
2354 Other function rules:
2356 * [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)
2357 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
2358 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
2359 * [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)
2360 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
2361 * [F.55: Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs)
2363 Functions have strong similarities to lambdas and function objects.
2365 **See also**: [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2367 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
2369 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
2371 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
2373 ##### Reason
2375 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
2376 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
2378 ##### Example, don't
2380     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
2381     {
2382         int x;
2383         if (is >> x)
2384             cout << "the int is " << x << '\n';
2385         else
2386             cerr << "no int on input\n";
2387     }
2389 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
2390 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
2391 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
2392 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
2393 mess could become hard to understand.
2395 ##### Note
2397 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.
2399 ##### Example
2401     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
2403 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
2405     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
2407     sort(a, b, lessT);
2408     find_if(a, b, lessT);
2410 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
2412 ##### Exception
2414 Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
2415 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
2416 The rule [Keep functions short and simple](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
2417 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be reusable.
2419 ##### Enforcement
2421 * See [Keep functions short and simple](#Rf-single)
2422 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
2424 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
2426 ##### Reason
2428 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
2430 ##### Example
2432 Consider:
2434     void read_and_print()    // bad
2435     {
2436         int x;
2437         cin >> x;
2438         // check for errors
2439         cout << x << "\n";
2440     }
2442 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:
2444     int read(istream& is)    // better
2445     {
2446         int x;
2447         is >> x;
2448         // check for errors
2449         return x;
2450     }
2452     void print(ostream& os, int x)
2453     {
2454         os << x << "\n";
2455     }
2457 These can now be combined where needed:
2459     void read_and_print()
2460     {
2461         auto x = read(cin);
2462         print(cout, x);
2463     }
2465 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:
2467     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
2468     {
2469         input >> value;
2470         // check for errors
2471     };
2473     auto print(auto& output, const auto& value)
2474     {
2475         output << value << "\n";
2476     }
2478 ##### Enforcement
2480 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
2481 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
2482 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
2484 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2486 ##### Reason
2488 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2489 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2491 ##### Example
2493 Consider:
2495     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2496         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2497         // given the two mode flags.
2498     {
2499         double intermediate;
2500         if (flag1 > 0) {
2501             intermediate = func1(val);
2502             if (flag2 % 2)
2503                  intermediate = sqrt(intermediate);
2504         }
2505         else if (flag1 == -1) {
2506             intermediate = func1(-val);
2507             if (flag2 % 2)
2508                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2509             flag1 = -flag1;
2510         }
2511         if (abs(flag2) > 10) {
2512             intermediate = func2(intermediate);
2513         }
2514         switch (flag2 / 10) {
2515         case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171);
2516                 break;
2517         case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2518         default: break;
2519         }
2520         return finalize(intermediate, 0.);
2521     }
2523 This is too complex.
2524 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2525 Yes, it breaks other rules also.
2527 We can refactor:
2529     double func1_muon(double val, int flag)
2530     {
2531         // ???
2532     }
2534     double func1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2535     {
2536         // ???
2537     }
2539     double simple_func(double val, int flag1, int flag2)
2540         // simple_func: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2541         // given the two mode flags.
2542     {
2543         if (flag1 > 0)
2544             return func1_muon(val, flag2);
2545         if (flag1 == -1)
2546             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2547             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2548         return 0.;
2549     }
2551 ##### Note
2553 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2554 One-to-five-line functions should be considered normal.
2556 ##### Note
2558 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2559 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2561 ##### Enforcement
2563 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2564   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2565 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2566   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2568 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2570 ##### Reason
2572  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2574 ##### Example
2576 The (in)famous factorial:
2578     constexpr int fac(int n)
2579     {
2580         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables max_exp to be used in Expects
2581         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2582         int x = 1;
2583         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2584         return x;
2585     }
2587 This is C++14.
2588 For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2590 ##### Note
2592 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2593 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.
2595     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2597     void test(int v)
2598     {
2599         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2600         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2601         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2602         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile time
2603     }
2605 ##### Note
2607 Don't try to make all functions `constexpr`.
2608 Most computation is best done at run time.
2610 ##### Note
2612 Any API that may eventually depend on high-level run-time configuration or
2613 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2614 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depended upon
2615 that API would have to be refactored or drop `constexpr`.
2617 ##### Enforcement
2619 Impossible and unnecessary.
2620 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2622 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2624 ##### Reason
2626 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2627 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2628 We are still waiting.
2629 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2631 ##### Example
2633     inline string cat(const string& s, const string& s2) { return s + s2; }
2635 ##### Exception
2637 Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are certain that it will not change.
2638 An inline function is part of the ABI.
2640 ##### Note
2642 `constexpr` implies `inline`.
2644 ##### Note
2646 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2648 ##### Exception
2650 Template functions (incl. template member functions) are normally defined in headers and therefore inline.
2652 ##### Enforcement
2654 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2656 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2658 ##### Reason
2660 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.
2662 ##### Example
2664 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2665 The C++ Standard Library does that implicitly for all functions in the C Standard Library.
2667 ##### Note
2669 `constexpr` functions can throw when evaluated at run time, so you may need `noexcept` for some of those.
2671 ##### Example
2673 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2675     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2676     {
2677         vector<string> res;
2678         for (string s; is >> s;)
2679             res.push_back(s);
2680         return res;
2681     }
2683 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2684 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2685 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2687 ##### Note
2689 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2690 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2691 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2692 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2693 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2694 However, most programs and execution environments cannot meaningfully
2695 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2696 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2697 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2698 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2700 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2701 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2702 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2703 considering whether the possible exceptions can be handled.
2705 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2706 low-level functions.
2708 ##### Note
2710 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2711 See also [C.44](#Rc-default00).
2713 ##### Enforcement
2715 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2716 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2718 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2720 ##### Reason
2722 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2723 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2724 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2726 ##### Example
2728     // accepts any int*
2729     void f(int*);
2731     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2732     void g(unique_ptr<int>);
2734     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2735     void g(shared_ptr<int>);
2737     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2738     void h(const unique_ptr<int>&);
2740     // accepts any int
2741     void h(int&);
2743 ##### Example, bad
2745     // callee
2746     void f(shared_ptr<widget>& w)
2747     {
2748         // ...
2749         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2750         // ...
2751     };
2753 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2755 ##### Note
2757 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2759 **See also**:
2761 * [Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
2762 * [Smart pointer rule summary](#Rr-summary-smartptrs)
2764 ##### Enforcement
2766 Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) for which the ownership semantics are not used;
2767 that is
2769 * copyable but never copied/moved from or movable but never moved
2770 * and that is never modified or passed along to another function that could do so.
2772 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2774 ##### Reason
2776 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2778 ##### Example
2780     template<class T>
2781     auto square(T t) { return t * t; }
2783 ##### Enforcement
2785 Not possible.
2787 ### <a name="Rf-unused"></a>F.9: Unused parameters should be unnamed
2789 ##### Reason
2791 Readability.
2792 Suppression of unused parameter warnings.
2794 ##### Example
2796     X* find(map<Blob>& m, const string& s, Hint);   // once upon a time, a hint was used
2798 ##### Note
2800 Allowing parameters to be unnamed was introduced in the early 1980 to address this problem.
2802 ##### Enforcement
2804 Flag named unused parameters.
2806 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2808 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2810 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2812 ##### Reason
2814 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2815 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.
2817 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2819 Normal parameter passing:
2821 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2823 Advanced parameter passing:
2825 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2827 Use the advanced techniques only after demonstrating need, and document that need in a comment.
2829 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2831 ##### Reason
2833 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2835 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2836 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.
2838 ##### Example
2840     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2842     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2844     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2846     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2848 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2850 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2851 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2852   add an overload that passes the parameter by `&&` (for rvalues) and in the body `std::move`s it to its destination. Essentially this overloads a "will-move-from"; see [F.18](#Rf-consume).
2853 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2855 ##### Example
2857     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2859     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2860     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2862     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and moves ownership of the widget
2864 Avoid "esoteric techniques" such as:
2866 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2867   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
2868 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2870 ##### Example
2872 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2874     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2875     {
2876         Matrix res;
2877         // ... fill res with the sum ...
2878         return res;
2879     }
2881     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2883     y = m3 + m3;         // move assignment
2885 ##### Notes
2887 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2889 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2890 There is no (legitimate) "null reference."
2891 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2893 ##### Enforcement
2895 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `2 * sizeof(void*)`.
2896   Suggest using a reference to `const` instead.
2897 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` has a size less than `2 * sizeof(void*)`. Suggest passing by value instead.
2898 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter passed by reference to `const` is `move`d.
2900 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2902 ##### Reason
2904 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2906 ##### Example
2908     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2910 ##### Note
2912 A `T&` argument can pass information into a function as well as out of it.
2913 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2915     void f(string& s)
2916     {
2917         s = "New York";  // non-obvious error
2918     }
2920     void g()
2921     {
2922         string buffer = ".................................";
2923         f(buffer);
2924         // ...
2925     }
2927 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).
2928 A bad logic error can happen if the writer of `g()` incorrectly assumes the size of the `buffer`.
2930 ##### Enforcement
2932 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions regarding reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2933 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2935 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "will-move-from" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2937 ##### Reason
2939 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.
2941 ##### Example
2943     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2944         // usually there might be const accesses of v here
2945         store_somewhere(std::move(v));
2946         // usually no more use of v here; it is moved-from
2947     }
2949 Note that the `std::move(v)` makes it possible for `store_somewhere()` to leave `v` in a moved-from state.
2950 [That could be dangerous](#Rc-move-semantic).
2953 ##### Exception
2955 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.
2957 For example:
2959     template <class T>
2960     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2961         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2962     }   // p gets destroyed
2964 ##### Enforcement
2966 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2967 * Flag access to moved-from objects.
2968 * Don't conditionally move from objects
2970 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2972 ##### Reason
2974 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.
2976 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.
2978 ##### Example
2980     template <class F, class... Args>
2981     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2982         return f(forward<Args>(args)...);
2983     }
2985     ??? calls ???
2987 ##### Enforcement
2989 * 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.
2991 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2993 ##### Reason
2995 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2997 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2999 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
3001 ##### Example
3003     // OK: return pointers to elements with the value x
3004     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
3006     // Bad: place pointers to elements with value x in-out
3007     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
3009 ##### Note
3011 A `struct` of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
3013 It is not recommended to return a `const` value.
3014 Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
3016     const vector<int> fct();    // bad: that "const" is more trouble than it is worth
3018     vector<int> g(const vector<int>& vx)
3019     {
3020         // ...
3021         fct() = vx;   // prevented by the "const"
3022         // ...
3023         return fct(); // expensive copy: move semantics suppressed by the "const"
3024     }
3026 The argument for adding `const` to a return value is that it prevents (very rare) accidental access to a temporary.
3027 The argument against is prevents (very frequent) use of move semantics.
3029 ##### Exceptions
3031 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
3032 * 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).
3033 * 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).
3035 ##### Example
3037     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
3038         char header[16];
3039         char load[2024 - 16];
3040     };
3042     Package fill();       // Bad: large return value
3043     void fill(Package&);  // OK
3045     int val();            // OK
3046     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
3048 ##### Enforcement
3050 * 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.
3051 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
3053 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a struct or tuple
3055 ##### Reason
3057 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
3058 Note that C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple` (including `pair`),
3059 possibly with the extra convenience of `tie` at the call site.
3060 Prefer using a named struct where there are semantics to the returned value. Otherwise, a nameless `tuple` is useful in generic code.
3062 ##### Example
3064     // BAD: output-only parameter documented in a comment
3065     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
3066     {
3067         // ...
3068         output_data = something();
3069         return status;
3070     }
3072     // GOOD: self-documenting
3073     tuple<int, string> f(const string& input)
3074     {
3075         // ...
3076         return make_tuple(status, something());
3077     }
3079 C++98's standard library already used this style, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
3080 For example, given a `set<string> my_set`, consider:
3082     // C++98
3083     result = my_set.insert("Hello");
3084     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
3086 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
3088     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
3089     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
3091     tie(iter, success) = my_set.insert("Hello");   // normal return value
3092     if (success) do_something_with(iter);
3094 With C++17 we are able to use "structured bindings" to declare and initialize the multiple variables:
3096     if (auto [ iter, success ] = my_set.insert("Hello"); success) do_something_with(iter);
3098 ##### Exception
3100 Sometimes, we need to pass an object to a function to manipulate its state.
3101 In such cases, passing the object by reference [`T&`](#Rf-inout) is usually the right technique.
3102 Explicitly passing an in-out parameter back out again as a return value is often not necessary.
3103 For example:
3105     istream& operator>>(istream& is, string& s);    // much like std::operator>>()
3107     for (string s; cin >> s; ) {
3108         // do something with line
3109     }
3111 Here, both `s` and `cin` are used as in-out parameters.
3112 We pass `cin` by (non-`const`) reference to be able to manipulate its state.
3113 We pass `s` to avoid repeated allocations.
3114 By reusing `s` (passed by reference), we allocate new memory only when we need to expand `s`'s capacity.
3115 This technique is sometimes called the "caller-allocated out" pattern and is particularly useful for types,
3116 such as `string` and `vector`, that needs to do free store allocations.
3118 To compare, if we passed out all values as return values, we would something like this:
3120     pair<istream&, string> get_string(istream& is);  // not recommended
3121     {
3122         string s;
3123         is >> s;
3124         return {is, s};
3125     }
3127     for (auto p = get_string(cin); p.first; ) {
3128         // do something with p.second
3129     }
3131 We consider that significantly less elegant with significantly less performance.
3133 For a truly strict reading of this rule (F.21), the exception isn't really an exception because it relies on in-out parameters,
3134 rather than the plain out parameters mentioned in the rule.
3135 However, we prefer to be explicit, rather than subtle.
3137 ##### Note
3139 In many cases, it may be useful to return a specific, user-defined type.
3140 For example:
3142     struct Distance {
3143         int value;
3144         int unit = 1;   // 1 means meters
3145     };
3147     Distance d1 = measure(obj1);        // access d1.value and d1.unit
3148     auto d2 = measure(obj2);            // access d2.value and d2.unit
3149     auto [value, unit] = measure(obj3); // access value and unit; somewhat redundant
3150                                         // to people who know measure()
3151     auto [x, y] = measure(obj4);        // don't; it's likely to be confusing
3153 The overly-generic `pair` and `tuple` should be used only when the value returned represents independent entities rather than an abstraction.
3155 Another example, use a specific type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
3157 ##### Enforcement
3159 * Output parameters should be replaced by return values.
3160   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
3162 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
3164 ##### Reason
3166 Readability: it makes the meaning of a plain pointer clear.
3167 Enables significant tool support.
3169 ##### Note
3171 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
3173 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
3174 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
3175 * Hold the `nullptr`
3176 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
3177 * Identify an array with a length specified separately
3178 * Identify a location in an array
3180 This makes it hard to understand what the code does and is supposed to do.
3181 It complicates checking and tool support.
3183 ##### Example
3185     void use(int* p, int n, char* s, int* q)
3186     {
3187         p[n - 1] = 666; // Bad: we don't know if p points to n elements;
3188                         // assume it does not or use span<int>
3189         cout << s;      // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
3190                         // assume it does not or use zstring
3191         delete q;       // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store;
3192                         // assume it does not or use owner
3193     }
3195 better
3197     void use2(span<int> p, zstring s, owner<int*> q)
3198     {
3199         p[p.size() - 1] = 666; // OK, a range error can be caught
3200         cout << s; // OK
3201         delete q;  // OK
3202     }
3204 ##### Note
3206 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
3208 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
3210 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3212 **See also**: [Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
3214 ##### Enforcement
3216 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
3218 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
3220 ##### Reason
3222 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.
3223 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`.
3225 ##### Example
3227 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
3228 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
3230 Consider:
3232     int length(Record* p);
3234 When I call `length(p)` should I check if `p` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3236     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3237     int length(not_null<Record*> p);
3239     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3240     int length(Record* p);
3242 ##### Note
3244 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).
3246 ##### Note
3248 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
3250 ##### Enforcement
3252 * (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.
3253 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
3254 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
3256 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
3258 ##### Reason
3260 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
3262 ##### Example
3264     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
3266     vector<X> vec;
3267     // ...
3268     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
3270 ##### Note
3272 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
3273 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array `[p:p+n)`,
3274 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
3275 `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.
3277 ##### Example
3279 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
3281     void f(span<int> s)
3282     {
3283         // range traversal (guaranteed correct)
3284         for (int x : s) cout << x << '\n';
3286         // C-style traversal (potentially checked)
3287         for (gsl::index i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
3289         // random access (potentially checked)
3290         s[7] = 9;
3292         // extract pointers (potentially checked)
3293         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
3294     }
3296 ##### Note
3298 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
3300 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.
3302 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3304 ##### Enforcement
3306 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
3308 ### <a name="Rf-zstring"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
3310 ##### Reason
3312 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
3313 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
3315 ##### Example
3317 Consider:
3319     int length(const char* p);
3321 When I call `length(s)` should I check if `s` is `nullptr` first? Should the implementation of `length()` check if `p` is `nullptr`?
3323     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
3324     int length(zstring p);
3326     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
3327     int length(not_null<zstring> p);
3329 ##### Note
3331 `zstring` does not represent ownership.
3333 **See also**: [Support library](#S-gsl)
3335 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
3337 ##### Reason
3339 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
3341 **See also**: [C.50](#Rc-factory) regarding when to return a `shared_ptr` from a factory.
3343 ##### Example
3345     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
3346     {
3347         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
3348         switch (kind) {
3349         case kCircle:
3350             return make_unique<Circle>(is);
3351         case kTriangle:
3352             return make_unique<Triangle>(is);
3353         // ...
3354         }
3355     }
3357 ##### Note
3359 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).
3361 ##### Enforcement
3363 (Simple) Warn if a function returns a locally allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
3365 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
3367 ##### Reason
3369 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
3371 ##### Example
3373     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
3375     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
3376     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
3377     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
3378     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
3380     // detach threads
3381     // last thread to finish deletes the image
3383 ##### Note
3385 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
3386 `shared_ptr` is for shared ownership.
3388 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
3390 ##### Alternative
3392 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
3394 ##### Enforcement
3396 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
3398 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
3400 ##### Reason
3402 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
3403 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.
3405 ##### Example
3407     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
3408     {
3409         if (!p) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
3410         return string{p};
3411     }
3413     void print(const vector<int>& r)
3414     {
3415         // r refers to a vector<int>; no check needed
3416     }
3418 ##### Note
3420 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;`).
3421 That error is very uncommon.
3423 ##### Note
3425 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
3427 ##### Enforcement
3429 * Flag ???
3431 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
3433 ##### Reason
3435 That's what pointers are good for.
3436 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
3438 ##### Example
3440     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
3441     {
3442         if (!t || t->name == s) return t;
3443         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
3444         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
3445         return nullptr;
3446     }
3448 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
3449 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
3451 ##### Note
3453 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
3454 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](???).
3456 ##### Note
3458 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
3460 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???)
3462 ##### Enforcement
3464 * Flag `delete`, `std::free()`, etc. applied to a plain `T*`.
3465 Only owners should be deleted.
3466 * Flag `new`, `malloc()`, etc. assigned to a plain `T*`.
3467 Only owners should be responsible for deletion.
3469 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer or a reference to a local object
3471 ##### Reason
3473 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
3475 ##### Example, bad
3477 After the return from a function its local objects no longer exist:
3479     int* f()
3480     {
3481         int fx = 9;
3482         return &fx;  // BAD
3483     }
3485     void g(int* p)   // looks innocent enough
3486     {
3487         int gx;
3488         cout << "*p == " << *p << '\n';
3489         *p = 999;
3490         cout << "gx == " << gx << '\n';
3491     }
3493     void h()
3494     {
3495         int* p = f();
3496         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
3497         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
3498     }
3500 Here on one popular implementation I got the output:
3502     *p == 999
3503     gx == 999
3505 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`.
3507 * Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
3508 * Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
3509 * Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
3510 * Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
3512 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
3514 ##### Note
3516 This applies to references as well:
3518     int& f()
3519     {
3520         int x = 7;
3521         // ...
3522         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
3523     }
3525 ##### Note
3527 This applies only to non-`static` local variables.
3528 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
3530 ##### Example, bad
3532 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
3534     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
3536     template<class T>
3537     void steal(T x)
3538     {
3539         glob = x();  // BAD
3540     }
3542     void f()
3543     {
3544         int i = 99;
3545         steal([&] { return &i; });
3546     }
3548     int main()
3549     {
3550         f();
3551         cout << *glob << '\n';
3552     }
3554 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
3555 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
3557 ##### Note
3559 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.
3561 ##### Note
3563 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
3564 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
3566 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
3568 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
3569 It can be detected/prevented with similar techniques.
3571 ##### Enforcement
3573 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
3574 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
3576 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
3578 ##### Reason
3580 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3582 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3583 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3585 ##### Example
3587     class Car
3588     {
3589         array<wheel, 4> w;
3590         // ...
3591     public:
3592         wheel& get_wheel(int i) { Expects(i < w.size()); return w[i]; }
3593         // ...
3594     };
3596     void use()
3597     {
3598         Car c;
3599         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3600     }
3602 ##### Enforcement
3604 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3606 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3608 ##### Reason
3610 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object.
3611 A `&&` is a magnet for temporary objects.
3613 ##### Example
3615 A returned rvalue reference goes out of scope at the end of the full expression to which it is returned:
3617     auto&& x = max(0, 1);   // OK, so far
3618     foo(x);                 // Undefined behavior
3620 This kind of use is a frequent source of bugs, often incorrectly reported as a compiler bug.
3621 An implementer of a function should avoid setting such traps for users.
3623 The [lifetime safety profile](#SS-lifetime) will (when completely implemented) catch such problems.
3626 ##### Example
3628 Returning an rvalue reference is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee;
3629 then, the temporary is guaranteed to outlive the function call (see [F.18](#Rf-consume) and [F.19](#Rf-forward)).
3630 However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope.
3631 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&&`).
3633 Assume that `F` returns by value:
3635     template<class F>
3636     auto&& wrapper(F f)
3637     {
3638         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3639         return f();          // BAD: returns a reference to a temporary
3640     }
3642 Better:
3644     template<class F>
3645     auto wrapper(F f)
3646     {
3647         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3648         return f();          // OK
3649     }
3652 ##### Exception
3654 `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 `&&`.
3656 ##### Enforcement
3658 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3660 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3662 ##### Reason
3664 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3665 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3667 ##### Example
3669         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3671         int main()
3672         {
3673             std::cout << "This is the way to do it\n";
3674         }
3676 ##### Note
3678 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3680 ##### Enforcement
3682 * The compiler should do it
3683 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3685 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3687 ##### Reason
3689 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3690 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-`const`)
3691 `*this`.  This ensures consistency with standard-library types and follows the
3692 principle of "do as the ints do."
3694 ##### Note
3696 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3697 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.
3699 ##### Example
3701     class Foo
3702     {
3703      public:
3704         ...
3705         Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3706           // Copy members.
3707           ...
3708           return *this;
3709         }
3710     };
3712 ##### Enforcement
3714 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3715 value) of any assignment operator.
3718 ### <a name="Rf-return-move-local"></a>F.48: Don't `return std::move(local)`
3720 ##### Reason
3722 With guaranteed copy elision, it is now almost always a pessimization to expressly use `std::move` in a return statement.
3724 ##### Example, bad
3726     S f()
3727     {
3728       S result;
3729       return std::move(result);
3730     }
3732 ##### Example, good
3734     S f()
3735     {
3736       S result;
3737       return result;
3738     }
3740 ##### Enforcement
3742 This should be enforced by tooling by checking the return expression .
3745 ### <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)
3747 ##### Reason
3749 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.
3751 ##### Example
3753     // writing a function that should only take an int or a string
3754     // -- overloading is natural
3755     void f(int);
3756     void f(const string&);
3758     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3759     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3760     vector<work> v = lots_of_work();
3761     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3762         pool.run([=, &v]{
3763             /*
3764             ...
3765             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3766             ...
3767             */
3768         });
3769     }
3770     pool.join();
3772 ##### Exception
3774 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.
3776 ##### Enforcement
3778 * 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.
3780 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3782 ##### Reason
3784 Default arguments simply provide alternative interfaces to a single implementation.
3785 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3786 The use of default arguments can avoid code replication.
3788 ##### Note
3790 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3791 For example:
3793     void print(const string& s, format f = {});
3795 as opposed to
3797     void print(const string& s);  // use default format
3798     void print(const string& s, format f);
3800 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:
3802     void print(const char&);
3803     void print(int);
3804     void print(zstring);
3806 ##### See also
3809 [Default arguments for virtual functions](#Rh-virtual-default-arg)
3811 ##### Enforcement
3813 * Warn on an overload set where the overloads have a common prefix of parameters (e.g., `f(int)`, `f(int, const string&)`, `f(int, const string&, double)`). (Note: Review this enforcement if it's too noisy in practice.)
3815 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3817 ##### Reason
3819 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.
3821 ##### Discussion
3823 The efficiency consideration is that most types are cheaper to pass by reference than by value.
3825 The correctness consideration is that many calls want to perform side effects on the original object at the call site (see example below). Passing by value prevents this.
3827 ##### Note
3829 Unfortunately, there is no simple way to capture by reference to `const` to get the efficiency for a local call but also prevent side effects.
3831 ##### Example
3833 Here, a large object (a network message) is passed to an iterative algorithm, and is it not efficient or correct to copy the message (which may not be copyable):
3835     std::for_each(begin(sockets), end(sockets), [&message](auto& socket)
3836     {
3837         socket.send(message);
3838     });
3840 ##### Example
3842 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.
3844     void send_packets(buffers& bufs)
3845     {
3846         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3847         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3848         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3849         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3850     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3852 ##### Enforcement
3854 Flag a lambda that captures by reference, but is used other than locally within the function scope or passed to a function by reference. (Note: This rule is an approximation, but does flag passing by pointer as those are more likely to be stored by the callee, writing to a heap location accessed via a parameter, returning the lambda, etc. The Lifetime rules will also provide general rules that flag escaping pointers and references including via lambdas.)
3856 ### <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
3858 ##### Reason
3860 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.
3862 ##### Example, bad
3864     int local = 42;
3866     // Want a reference to local.
3867     // Note, that after program exits this scope,
3868     // local no longer exists, therefore
3869     // process() call will have undefined behavior!
3870     thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3872 ##### Example, good
3874     int local = 42;
3875     // Want a copy of local.
3876     // Since a copy of local is made, it will
3877     // always be available for the call.
3878     thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3880 ##### Enforcement
3882 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3883 * (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
3885 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3887 ##### Reason
3889 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.
3891 ##### Example
3893     class My_class {
3894         int x = 0;
3895         // ...
3897         void f() {
3898             int i = 0;
3899             // ...
3901             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3902             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3903             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3905             x = 42;
3906             lambda(); // calls use(0, 42);
3907             x = 43;
3908             lambda(); // calls use(0, 43);
3910             // ...
3912             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3914             // ...
3915         }
3916     };
3918 ##### Note
3920 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.
3922 ##### Enforcement
3924 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3926 ### <a name="F-varargs"></a>F.55: Don't use `va_arg` arguments
3928 ##### Reason
3930 Reading from a `va_arg` assumes that the correct type was actually passed.
3931 Passing to varargs assumes the correct type will be read.
3932 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.
3934 ##### Example
3936     int sum(...) {
3937         // ...
3938         while (/*...*/)
3939             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
3940         // ...
3941     }
3943     sum(3, 2); // ok
3944     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
3946     template<class ...Args>
3947     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
3948         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
3949     }
3951     sum(3, 2); // ok: 5
3952     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
3954 ##### Alternatives
3956 * overloading
3957 * variadic templates
3958 * `variant` arguments
3959 * `initializer_list` (homogeneous)
3961 ##### Note
3963 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.
3965 ##### Enforcement
3967 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`.
3968 * 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)]]`.
3970 # <a name="S-class"></a>C: Classes and class hierarchies
3972 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3973 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3975 Class rule summary:
3977 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3978 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3979 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3980 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3981 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3982 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3983 * [C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3984 * [C.9: Minimize exposure of members](#Rc-private)
3986 Subsections:
3988 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3989 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3990 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3991 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3992 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3993 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3994 * [C.union: Unions](#SS-union)
3996 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3998 ##### Reason
4000 Ease of comprehension.
4001 If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
4003 ##### Example
4005     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
4006     void draw(Point from, Point to);          // better
4008 ##### Note
4010 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
4012 ##### Note
4014 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
4016 ##### Enforcement
4018 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
4020 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
4022 ##### Reason
4024 Readability.
4025 Ease of comprehension.
4026 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
4027 This is a useful convention.
4029 ##### Note
4031 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
4032 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
4033 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
4035 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
4037 ##### Example
4039     struct Pair {  // the members can vary independently
4040         string name;
4041         int volume;
4042     };
4044 but:
4046     class Date {
4047     public:
4048         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4049         Date(int yy, Month mm, char dd);
4050         // ...
4051     private:
4052         int y;
4053         Month m;
4054         char d;    // day
4055     };
4057 ##### Note
4059 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
4060 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
4061 This effectively means the definer need to define an invariant.
4063 **See also**:
4065 * [define a class with private data as `class`](#Rc-class)
4066 * [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order)
4067 * [minimize exposure of members](#Rc-private)
4068 * [Avoid `protected` data](#Rh-protected)
4070 ##### Enforcement
4072 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
4074 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
4076 ##### Reason
4078 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
4080 ##### Example
4082     class Date {
4083         // ... some representation ...
4084     public:
4085         Date();
4086         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
4087         Date(int yy, Month mm, char dd);
4089         int day() const;
4090         Month month() const;
4091         // ...
4092     };
4094 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
4096 ##### Note
4098 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
4099 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.
4100 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
4101 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
4103 ##### Enforcement
4107 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
4109 ##### Reason
4111 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.
4113 ##### Example
4115     class Date {
4116         // ... relatively small interface ...
4117     };
4119     // helper functions:
4120     Date next_weekday(Date);
4121     bool operator==(Date, Date);
4123 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
4125 ##### Note
4127 This rule becomes even better if C++ gets ["uniform function call"](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0251r0.pdf).
4129 ##### Exception
4131 The language requires `virtual` functions to be members, and not all `virtual` functions directly access data.
4132 In particular, members of an abstract class rarely do.
4134 Note [multi-methods](https://parasol.tamu.edu/~yuriys/papers/OMM10.pdf).
4136 ##### Exception
4138 The language requires operators `=`, `()`, `[]`, and `->` to be members.
4140 ##### Exception
4142 An overload set may have some members that do not directly access `private` data:
4144     class Foobar {
4145     public:
4146         void foo(long x)    { /* manipulate private data */ }
4147         void foo(double x) { foo(std::lround(x)); }
4148         // ...
4149     private:
4150         // ...
4151     };
4153 ##### Exception
4155 Similarly, a set of functions may be designed to be used in a chain:
4157     x.scale(0.5).rotate(45).set_color(Color::red);
4159 Typically, some but not all of such functions directly access `private` data.
4161 ##### Enforcement
4163 * Look for non-`virtual` member functions that do not touch data members directly.
4164 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
4165 * Ignore `virtual` functions.
4166 * Ignore functions that are part of an overload set out of which at least one function accesses `private` members.
4167 * Ignore functions returning `this`.
4169 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
4171 ##### Reason
4173 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.
4174 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.
4176 ##### Example
4178     namespace Chrono { // here we keep time-related services
4180         class Time { /* ... */ };
4181         class Date { /* ... */ };
4183         // helper functions:
4184         bool operator==(Date, Date);
4185         Date next_weekday(Date);
4186         // ...
4187     }
4189 ##### Note
4191 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
4193 ##### Enforcement
4195 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
4197 ### <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
4199 ##### Reason
4201 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
4203 ##### Example, bad
4205     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
4207 ##### Example, good
4209     struct Data { /*...*/ };
4210     Data data{ /*...*/ };
4212 ##### Enforcement
4214 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
4216 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: Use `class` rather than `struct` if any member is non-public
4218 ##### Reason
4220 Readability.
4221 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
4222 This is a useful convention.
4224 ##### Example, bad
4226     struct Date {
4227         int d, m;
4229         Date(int i, Month m);
4230         // ... lots of functions ...
4231     private:
4232         int y;  // year
4233     };
4235 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
4236 but nearly everything is wrong from a design perspective.
4237 The private data is hidden far from the public data.
4238 The data is split in different parts of the class declaration.
4239 Different parts of the data have different access.
4240 All of this decreases readability and complicates maintenance.
4242 ##### Note
4244 Prefer to place the interface first in a class, [see NL.16](#Rl-order).
4246 ##### Enforcement
4248 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `protected` member.
4250 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: Minimize exposure of members
4252 ##### Reason
4254 Encapsulation.
4255 Information hiding.
4256 Minimize the chance of unintended access.
4257 This simplifies maintenance.
4259 ##### Example
4261     template<typename T, typename U>
4262     struct pair {
4263         T a;
4264         U b;
4265         // ...
4266     };
4268 Whatever we do in the `//`-part, an arbitrary user of a `pair` can arbitrarily and independently change its `a` and `b`.
4269 In a large code base, we cannot easily find which code does what to the members of `pair`.
4270 This may be exactly what we want, but if we want to enforce a relation among members, we need to make them `private`
4271 and enforce that relation (invariant) through constructors and member functions.
4272 For example:
4274     class Distance {
4275     public:
4276         // ...
4277         double meters() const { return magnitude*unit; }
4278         void set_unit(double u)
4279         {
4280                 // ... check that u is a factor of 10 ...
4281                 // ... change magnitude appropriately ...
4282                 unit = u;
4283         }
4284         // ...
4285     private:
4286         double magnitude;
4287         double unit;    // 1 is meters, 1000 is kilometers, 0.001 is millimeters, etc.
4288     };
4290 ##### Note
4292 If the set of direct users of a set of variables cannot be easily determined, the type or usage of that set cannot be (easily) changed/improved.
4293 For `public` and `protected` data, that's usually the case.
4295 ##### Example
4297 A class can provide two interfaces to its users.
4298 One for derived classes (`protected`) and one for general users (`public`).
4299 For example, a derived class might be allowed to skip a run-time check because it has already guaranteed correctness:
4301     class Foo {
4302     public:
4303         int bar(int x) { check(x); return do_bar(x); }
4304         // ...
4305     protected:
4306         int do_bar(int x); // do some operation on the data
4307         // ...
4308     private:
4309         // ... data ...
4310     };
4312     class Dir : public Foo {
4313         //...
4314         int mem(int x, int y)
4315         {
4316             /* ... do something ... */
4317             return do_bar(x + y); // OK: derived class can bypass check
4318         }
4319     };
4321     void user(Foo& x)
4322     {
4323         int r1 = x.bar(1);      // OK, will check
4324         int r2 = x.do_bar(2);   // error: would bypass check
4325         // ...
4326     }
4328 ##### Note
4330 [`protected` data is a bad idea](#Rh-protected).
4332 ##### Note
4334 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
4336 ##### Enforcement
4338 * [Flag protected data](#Rh-protected).
4339 * Flag mixtures of `public` and private `data`
4341 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
4343 One ideal for a class is to be a regular type.
4344 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
4345 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.
4346 If a concrete type has both `=` and `==`, `a = b` should result in `a == b` being `true`.
4347 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
4348 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
4349 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types used as part of a hierarchy.
4351 Concrete type rule summary:
4353 * [C.10: Prefer concrete types over class hierarchies](#Rc-concrete)
4354 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
4356 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10: Prefer concrete types over class hierarchies
4358 ##### Reason
4360 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
4361 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
4362 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
4364 ##### Example
4366     class Point1 {
4367         int x, y;
4368         // ... operations ...
4369         // ... no virtual functions ...
4370     };
4372     class Point2 {
4373         int x, y;
4374         // ... operations, some virtual ...
4375         virtual ~Point2();
4376     };
4378     void use()
4379     {
4380         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
4381         Point1 p12 {p11};    // a copy
4383         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
4384         auto p22 = p21->clone();                // make a copy
4385         // ...
4386     }
4388 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.
4389 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
4391 ##### Note
4393 Concrete types can be stack-allocated and be members of other classes.
4395 ##### Note
4397 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
4398 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
4399 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
4400 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.
4403 ##### Enforcement
4407 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
4409 ##### Reason
4411 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
4413 ##### Example
4415     struct Bundle {
4416         string name;
4417         vector<Record> vr;
4418     };
4420     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
4421     {
4422         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
4423     }
4425     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
4426     Bundle b2 = b1;
4427     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
4428     b2.name = "the other bundle";
4429     if (b1 == b2) error("No!");
4431 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a = b` implies `a == b`.
4433 ##### Note
4435 Handles for resources that cannot be cloned, e.g., a `scoped_lock` for a `mutex`, resemble concrete types in that they most often are stack-allocated.
4436 However, objects of such types typically cannot be copied (instead, they can usually be moved),
4437 so they can't be `regular`; instead, they tend to be `semiregular`.
4438 Often, such types are referred to as "move-only types".
4440 ##### Enforcement
4444 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
4446 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
4447 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
4449 These are *default operations*:
4451 * a default constructor: `X()`
4452 * a copy constructor: `X(const X&)`
4453 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
4454 * a move constructor: `X(X&&)`
4455 * a move assignment: `operator=(X&&)`
4456 * a destructor: `~X()`
4458 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
4460 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
4461 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
4463 Set of default operations rules:
4465 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
4466 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
4467 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
4469 Destructor rules:
4471 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
4472 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
4473 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
4474 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
4475 * [C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual](#Rc-dtor-virtual)
4476 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
4477 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
4479 Constructor rules:
4481 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
4482 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
4483 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
4484 * [C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor](#Rc-default0)
4485 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
4486 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
4487 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
4488 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
4489 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
4490 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
4491 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
4492 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
4493 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
4495 Copy and move rules:
4497 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
4498 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
4499 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
4500 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
4501 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
4502 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
4503 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
4504 * [C.67: A polymorphic class should suppress copying](#Rc-copy-virtual)
4506 Other default operations rules:
4508 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-eqdefault)
4509 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
4510 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
4511 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
4512 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
4513 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
4514 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
4515 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
4516 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
4518 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
4520 By default, the language supplies the default operations with their default semantics.
4521 However, a programmer can disable or replace these defaults.
4523 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
4525 ##### Reason
4527 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
4529 ##### Example
4531     struct Named_map {
4532     public:
4533         // ... no default operations declared ...
4534     private:
4535         string name;
4536         map<int, int> rep;
4537     };
4539     Named_map nm;        // default construct
4540     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
4542 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
4544 ##### Note
4546 This is known as "the rule of zero".
4548 ##### Enforcement
4550 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
4551 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`.
4553 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
4555 ##### Reason
4557 The *special member functions* are the default constructor, copy constructor,
4558 copy assignment operator, move constructor, move assignment operator, and
4559 destructor.
4561 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.
4563 Declaring any special member function except a default constructor,
4564 even as `=default` or `=delete`, will suppress the implicit declaration
4565 of a move constructor and move assignment operator.
4566 Declaring a move constructor or move assignment operator, even as
4567 `=default` or `=delete`, will cause an implicitly generated copy constructor
4568 or implicitly generated copy assignment operator to be defined as deleted.
4569 So as soon as any of the special functions is declared, the others should
4570 all be declared to avoid unwanted effects like turning all potential moves
4571 into more expensive copies, or making a class move-only.
4573 ##### Example, bad
4575     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
4576     public:
4577         // ...
4578         // ... no copy or move operations ...
4579         ~M2() { delete[] rep; }
4580     private:
4581         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
4582     };
4584     void use()
4585     {
4586         M2 x;
4587         M2 y;
4588         // ...
4589         x = y;   // the default assignment
4590         // ...
4591     }
4593 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).
4595 ##### Note
4597 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
4599 ##### Note
4601 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.
4602 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
4604 ##### Example, good
4606 When a destructor needs to be declared just to make it `virtual`, it can be
4607 defined as defaulted. To avoid suppressing the implicit move operations
4608 they must also be declared, and then to avoid the class becoming move-only
4609 (and not copyable) the copy operations must be declared:
4611     class AbstractBase {
4612     public:
4613       virtual ~AbstractBase() = default;
4614       AbstractBase(const AbstractBase&) = default;
4615       AbstractBase& operator=(const AbstractBase&) = default;
4616       AbstractBase(AbstractBase&&) = default;
4617       AbstractBase& operator=(AbstractBase&&) = default;
4618     };
4620 Alternatively to prevent slicing as per [C.67](#Rc-copy-virtual),
4621 the copy and move operations can all be deleted:
4623     class ClonableBase {
4624     public:
4625       virtual unique_ptr<ClonableBase> clone() const;
4626       virtual ~ClonableBase() = default;
4627       ClonableBase(const ClonableBase&) = delete;
4628       ClonableBase& operator=(const ClonableBase&) = delete;
4629       ClonableBase(ClonableBase&&) = delete;
4630       ClonableBase& operator=(ClonableBase&&) = delete;
4631     };
4633 Defining only the move operations or only the copy operations would have the
4634 same effect here, but stating the intent explicitly for each special member
4635 makes it more obvious to the reader.
4637 ##### Note
4639 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
4641 ##### Note
4643 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
4645 ##### Note
4647 Writing the six special member functions can be error prone.
4648 Note their argument types:
4650     class X {
4651     public:
4652         // ...
4653         virtual ~X() = default;            // destructor (virtual if X is meant to be a base class)
4654         X(const X&) = default;             // copy constructor
4655         X& operator=(const X&) = default;  // copy assignment
4656         X(X&&) = default;                  // move constructor
4657         X& operator=(X&&) = default;       // move assignment
4658     };
4660 A minor mistake (such as a misspelling, leaving out a `const`, using `&` instead of `&&`, or leaving out a special function) can lead to errors or warnings.
4661 To avoid the tedium and the possibility of errors, try to follow the [rule of zero](#Rc-zero).
4663 ##### Enforcement
4665 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
4667 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
4669 ##### Reason
4671 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
4672 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.
4674 ##### Example, bad
4676     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
4677         class Impl {
4678             // ...
4679         };
4680         shared_ptr<Impl> p;
4681     public:
4682         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
4683         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
4684         // ...
4685     };
4687 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
4689 ##### Enforcement
4691 * (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.
4692 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
4693 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
4694 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
4696 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
4698 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
4699 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);
4700 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
4701 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
4703 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
4705 ##### Reason
4707 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
4708 If the default destructor is sufficient, use it.
4709 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
4711 ##### Example
4713     template<typename A>
4714     struct final_action {   // slightly simplified
4715         A act;
4716         final_action(A a) :act{a} {}
4717         ~final_action() { act(); }
4718     };
4720     template<typename A>
4721     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
4722     {
4723         return final_action<A>{act};
4724     }
4726     void test()
4727     {
4728         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
4729         // ...
4730         if (something) return;   // act done here
4731         // ...
4732     } // act done here
4734 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
4736 ##### Note
4738 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
4740 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
4741 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
4743 ##### Example, bad
4745     class Foo {   // bad; use the default destructor
4746     public:
4747         // ...
4748         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
4749     private:
4750         string s;
4751         int i;
4752         vector<int> vi;
4753     };
4755 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
4757 ##### Note
4759 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
4761 ##### Enforcement
4763 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
4765 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
4767 ##### Reason
4769 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
4771 ##### Note
4773 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
4775 ##### Example
4777     class X {
4778         ifstream f;   // may own a file
4779         // ... no default operations defined or =deleted ...
4780     };
4782 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
4784 ##### Example, bad
4786     class X2 {     // bad
4787         FILE* f;   // may own a file
4788         // ... no default operations defined or =deleted ...
4789     };
4791 `X2` may leak a file handle.
4793 ##### Note
4795 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
4796 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
4797 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4798 See [discussion](#Sd-never-fail).
4799 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4800 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
4801 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4803 ##### Note
4805 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
4806 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
4807 For example:
4809     Preprocessor pp { /* ... */ };
4810     Parser p { pp, /* ... */ };
4811     Type_checker tc { p, /* ... */ };
4813 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
4815 ##### Enforcement
4817 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
4818   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
4819 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
4820   (e.g., look into the constructors).
4822 ### <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
4824 ##### Reason
4826 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
4828 ##### Example
4830     ???
4832 ##### Note
4834 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
4835 This will aid documentation and analysis.
4837 ##### Enforcement
4839 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
4841 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
4843 ##### Reason
4845 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
4847 ##### Example
4849 A pointer member may represent a resource.
4850 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
4851 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
4853     template<typename T>
4854     class Smart_ptr {
4855         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4856         // ...
4857     public:
4858         // ... no user-defined default operations ...
4859     };
4861     void use(Smart_ptr<int> p1)
4862     {
4863         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
4864         auto p2 = p1;
4865     }
4867 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4869     template<typename T>
4870     class Smart_ptr2 {
4871         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4872         // ...
4873     public:
4874         // ... no user-defined copy operations ...
4875         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4876     };
4878     void use(Smart_ptr2<int> p1)
4879     {
4880         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4881     }
4883 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:
4885     template<typename T>
4886     class Smart_ptr3 {
4887         owner<T*> p;   // OK: explicit about ownership of *p
4888         // ...
4889     public:
4890         // ...
4891         // ... copy and move operations ...
4892         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4893     };
4895     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4896     {
4897         auto p2 = p1;   // OK: no double deletion
4898     }
4900 ##### Note
4902 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.
4904 ##### Note
4906 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4907 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4909 ##### Enforcement
4911 * A class with a pointer data member is suspect.
4912 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4915 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4917 ##### Reason
4919 To prevent undefined behavior.
4920 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.
4921 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.
4922 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4924 ##### Discussion
4926 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4928 ##### Example, bad
4930     struct Base {  // BAD: implicitly has a public nonvirtual destructor
4931         virtual void f();
4932     };
4934     struct D : Base {
4935         string s {"a resource needing cleanup"};
4936         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4937         // ...
4938     };
4940     void use()
4941     {
4942         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4943         // ...
4944     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4946 ##### Note
4948 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4949 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4951 ##### Note
4953 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type:
4955     class X {
4956         ~X();   // private destructor
4957         // ...
4958     };
4960     void use()
4961     {
4962         X a;                        // error: cannot destroy
4963         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4964     }
4966 ##### Exception
4968 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.
4971 ##### Enforcement
4973 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4975 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4977 ##### Reason
4979 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4980 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4982 ##### Example
4984     class X {
4985     public:
4986         ~X() noexcept;
4987         // ...
4988     };
4990     X::~X() noexcept
4991     {
4992         // ...
4993         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4994         // ...
4995     }
4997 ##### Note
4999 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
5000 None have succeeded to come up with a general scheme.
5001 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
5002 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
5003 See [discussion](#Sd-dtor).
5004 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
5005 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
5007 ##### Note
5009 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
5011 ##### Note
5013 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
5014 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
5015 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
5016 Consider the "my connection will not close" example.
5017 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.
5018 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
5020 ##### Note
5022 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
5023 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
5025 ##### Enforcement
5027 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5029 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
5031 ##### Reason
5033  [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.
5035 ##### Note
5037 A destructor (either user-defined or compiler-generated) is implicitly declared `noexcept` (independently of what code is in its body) if all of the members of its class have `noexcept` destructors. By explicitly marking destructors `noexcept`, an author guards against the destructor becoming implicitly `noexcept(false)` through the addition or modification of a class member.
5039 ##### Example
5041 Not all destructors are noexcept by default; one throwing member poisons the whole class hierarchy
5043     struct X {
5044         Details x;  // happens to have a throwing destructor
5045         // ...
5046         ~X() { }    // implicitly noexcept(false); aka can throw
5047     };
5049 So, if in doubt, declare a destructor noexcept.
5051 ##### Note
5053 Why not then declare all destructors noexcept?
5054 Because that would in many cases -- especially simple cases -- be distracting clutter.
5056 ##### Enforcement
5058 (Simple) A destructor should be declared `noexcept` if it could throw.
5060 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
5062 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
5064 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
5066 ##### Reason
5068 That's what constructors are for.
5070 ##### Example
5072     class Date {  // a Date represents a valid date
5073                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
5074         Date(int dd, int mm, int yy)
5075             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5076         {
5077             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
5078         }
5079         // ...
5080     private:
5081         int d, m, y;
5082     };
5084 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
5086 ##### Note
5088 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
5090     struct Rec {
5091         string s;
5092         int i {0};
5093         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
5094         Rec(int ii) :i{ii} {}
5095     };
5097     Rec r1 {7};
5098     Rec r2 {"Foo bar"};
5100 ##### Note
5102 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
5104     struct Rec2{
5105         string s;
5106         int i;
5107         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
5108     };
5110     Rec2 r1 {"Foo", 7};
5111     Rec2 r2 {"Bar"};
5113 The `Rec2` constructor is redundant.
5114 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5116 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
5118 ##### Enforcement
5120 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
5122 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
5124 ##### Reason
5126 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
5128 ##### Example, bad
5130     class X1 {
5131         FILE* f;   // call init() before any other function
5132         // ...
5133     public:
5134         X1() {}
5135         void init();   // initialize f
5136         void read();   // read from f
5137         // ...
5138     };
5140     void f()
5141     {
5142         X1 file;
5143         file.read();   // crash or bad read!
5144         // ...
5145         file.init();   // too late
5146         // ...
5147     }
5149 Compilers do not read comments.
5151 ##### Exception
5153 If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor, [use a factory function](#Rc-factory).
5155 ##### Enforcement
5157 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5158 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
5160 ##### Note
5162 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
5163 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
5165 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
5167 ##### Reason
5169 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
5171 ##### Example
5173     class X2 {
5174         FILE* f;
5175         // ...
5176     public:
5177         X2(const string& name)
5178             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
5179         {
5180             if (!f) throw runtime_error{"could not open" + name};
5181             // ...
5182         }
5184         void read();      // read from f
5185         // ...
5186     };
5188     void f()
5189     {
5190         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
5191         file.read();      // fine
5192         // ...
5193     }
5195 ##### Example, bad
5197     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
5198         FILE* f;   // call is_valid() before any other function
5199         bool valid;
5200         // ...
5201     public:
5202         X3(const string& name)
5203             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
5204         {
5205             if (f) valid = true;
5206             // ...
5207         }
5209         bool is_valid() { return valid; }
5210         void read();   // read from f
5211         // ...
5212     };
5214     void f()
5215     {
5216         X3 file {"Heraclides"};
5217         file.read();   // crash or bad read!
5218         // ...
5219         if (file.is_valid()) {
5220             file.read();
5221             // ...
5222         }
5223         else {
5224             // ... handle error ...
5225         }
5226         // ...
5227     }
5229 ##### Note
5231 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.
5232 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
5234 ##### Exception
5236 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.
5237 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
5239 ##### Alternative
5241 If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
5242 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
5244 ##### Note
5246 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
5247 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
5248 Another reason has been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
5250 ##### Enforcement
5254 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a copyable (value type) class has a default constructor
5256 ##### Reason
5258 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
5259 A default constructor often simplifies the task of defining a suitable [moved-from state](#???) for a type that is also copyable.
5261 ##### Note
5263 A [value type](#SS-concrete) is a class that is copyable (and usually also comparable).
5264 It is closely related to the notion of Regular type from [EoP](http://elementsofprogramming.com/) and [the Palo Alto TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
5266 ##### Example
5268     class Date { // BAD: no default constructor
5269     public:
5270         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5271         // ...
5272     };
5274     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
5275     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::October, 7, 1885});   // alternative
5277 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.
5278 The absence of a default value can cause surprises for users and complicate its use, so if one can be reasonably defined, it should be.
5280 `Date` is chosen to encourage thought:
5281 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.
5282 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
5283 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
5285     class Date {
5286     public:
5287         Date(int dd, int mm, int yyyy);
5288         Date() = default; // [See also](#Rc-default)
5289         // ...
5290     private:
5291         int dd = 1;
5292         int mm = 1;
5293         int yyyy = 1970;
5294         // ...
5295     };
5297     vector<Date> vd1(1000);
5299 ##### Note
5301 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
5303     struct X {
5304         string s;
5305         vector<int> v;
5306     };
5308     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
5310 Beware that built-in types are not properly default constructed:
5312     struct X {
5313         string s;
5314         int i;
5315     };
5317     void f()
5318     {
5319         X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
5321         cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
5322         ++x.i;
5323     }
5325 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
5326 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
5327 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
5328 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
5330     struct X {
5331         string s;
5332         int i {};   // default initialize (to 0)
5333     };
5335 ##### Notes
5337 Classes that don't have a reasonable default construction are usually not copyable either, so they don't fall under this guideline.
5339 For example, a base class is not a value type (base classes should not be copyable) and so does not necessarily need a default constructor:
5341     // Shape is an abstract base class, not a copyable value type.
5342     // It may or may not need a default constructor.
5343     struct Shape {
5344         virtual void draw() = 0;
5345         virtual void rotate(int) = 0;
5346         // =delete copy/move functions
5347         // ...
5348     };
5350 A class that must acquire a caller-provided resource during construction often cannot have a default constructor, but it does not fall under this guideline because such a class is usually not copyable anyway:
5352     // std::lock_guard is not a copyable value type.
5353     // It does not have a default constructor.
5354     lock_guard g {mx};  // guard the mutex mx
5355     lock_guard g2;      // error: guarding nothing
5357 A class that has a "special state" that must be handled separately from other states by member functions or users causes extra work
5358 (and most likely more errors). Such a type can naturally use the special state as a default constructed value, whether or not it is copyable:
5360     // std::ofstream is not a copyable value type.
5361     // It does happen to have a default constructor
5362     // that goes along with a special "not open" state.
5363     ofstream out {"Foobar"};
5364     // ...
5365     out << log(time, transaction);
5367 Similar special-state types that are copyable, such as copyable smart pointers that have the special state "==nullptr", should use the special state as their default constructed value.
5369 However, it is preferable to have a default constructor default to a meaningful state such as `std::string`s `""` and `std::vector`s `{}`.
5371 ##### Enforcement
5373 * Flag classes that are copyable by `=` without a default constructor
5374 * Flag classes that are comparable with `==` but not copyable
5377 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
5379 ##### Reason
5381 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
5383 ##### Example, problematic
5385     template<typename T>
5386     // elem points to space-elem element allocated using new
5387     class Vector0 {
5388     public:
5389         Vector0() :Vector0{0} {}
5390         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5391         // ...
5392     private:
5393         own<T*> elem;
5394         T* space;
5395         T* last;
5396     };
5398 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
5399 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
5400 For example, `Vector0<int> v[100]` costs 100 allocations.
5402 ##### Example
5404     template<typename T>
5405     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
5406     class Vector1 {
5407     public:
5408         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
5409         Vector1() noexcept {}
5410         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
5411         // ...
5412     private:
5413         own<T*> elem = nullptr;
5414         T* space = nullptr;
5415         T* last = nullptr;
5416     };
5418 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
5419 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
5421 ##### Enforcement
5423 * Flag throwing default constructors
5425 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
5427 ##### Reason
5429 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
5431 ##### Example, bad
5433     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
5434         string s;
5435         int i;
5436     public:
5437         X1() :s{"default"}, i{1} { }
5438         // ...
5439     };
5441 ##### Example
5443     class X2 {
5444         string s = "default";
5445         int i = 1;
5446     public:
5447         // use compiler-generated default constructor
5448         // ...
5449     };
5451 ##### Enforcement
5453 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
5455 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
5457 ##### Reason
5459 To avoid unintended conversions.
5461 ##### Example, bad
5463     class String {
5464         // ...
5465     public:
5466         String(int);   // BAD
5467         // ...
5468     };
5470     String s = 10;   // surprise: string of size 10
5472 ##### Exception
5474 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
5476     class Complex {
5477         // ...
5478     public:
5479         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
5480         // ...
5481     };
5483     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
5485 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion)
5487 ##### Note
5489 Copy and move constructors should not be made `explicit` because they do not perform conversions. Explicit copy/move constructors make passing and returning by value difficult.
5491 ##### Enforcement
5493 (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".
5495 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
5497 ##### Reason
5499 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
5501 ##### Example, bad
5503     class Foo {
5504         int m1;
5505         int m2;
5506     public:
5507         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
5508         // ...
5509     };
5511     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
5513 ##### Enforcement
5515 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
5517 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
5519 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
5521 ##### Reason
5523 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.
5525 ##### Example, bad
5527     class X {   // BAD
5528         int i;
5529         string s;
5530         int j;
5531     public:
5532         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
5533         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
5534         // ...
5535     };
5537 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.
5539 ##### Example
5541     class X2 {
5542         int i {666};
5543         string s {"qqq"};
5544         int j {0};
5545     public:
5546         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
5547         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
5548         // ...
5549     };
5551 **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:
5553     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
5554         int i;
5555         string s;
5556         int j;
5557     public:
5558         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
5559             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
5560         // ...
5561     };
5563 ##### Enforcement
5565 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
5566 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
5568 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
5570 ##### Reason
5572 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
5574 ##### Example, good
5576     class A {   // Good
5577         string s1;
5578     public:
5579         A(czstring p) : s1{p} { }    // GOOD: directly construct (and the C-string is explicitly named)
5580         // ...
5581     };
5583 ##### Example, bad
5585     class B {   // BAD
5586         string s1;
5587     public:
5588         B(const char* p) { s1 = p; }   // BAD: default constructor followed by assignment
5589         // ...
5590     };
5592     class C {   // UGLY, aka very bad
5593         int* p;
5594     public:
5595         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
5596         // ...
5597     };
5599 ##### Example, better still
5601 Instead of those `const char*`s we could use `gsl::string_span or (in C++17) `std::string_view`
5602 as [a more general way to present arguments to a function](#Rstr-view):
5604     class D {   // Good
5605         string s1;
5606     public:
5607         A(string_view v) : s1{v} { }    // GOOD: directly construct
5608         // ...
5609     };
5611 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
5613 ##### Reason
5615 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.
5617 ##### Note
5619 The return type of the factory should normally be `unique_ptr` by default; if some uses are shared, the caller can `move` the `unique_ptr` into a `shared_ptr`. However, if the factory author knows that all uses of the returned object will be shared uses, return `shared_ptr` and use `make_shared` in the body to save an allocation.
5621 ##### Example, bad
5623     class B {
5624     public:
5625         B()
5626         {
5627             // ...
5628             f();   // BAD: virtual call in constructor
5629             // ...
5630         }
5632         virtual void f() = 0;
5634         // ...
5635     };
5637 ##### Example
5639     class B {
5640     protected:
5641         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
5643         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
5644         {
5645             // ...
5646             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
5647             // ...
5648         }
5650     public:
5651         virtual void f() = 0;
5653         template<class T>
5654         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating shared objects
5655         {
5656             auto p = make_shared<T>();
5657             p->PostInitialize();
5658             return p;
5659         }
5660     };
5662     class D : public B { /* ... */ };  // some derived class
5664     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
5666 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
5667 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
5669 ##### Note
5671 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
5673 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
5675 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
5677 ##### Reason
5679 To avoid repetition and accidental differences.
5681 ##### Example, bad
5683     class Date {   // BAD: repetitive
5684         int d;
5685         Month m;
5686         int y;
5687     public:
5688         Date(int dd, Month mm, year yy)
5689             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5690             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5692         Date(int dd, Month mm)
5693             :d{dd}, m{mm} y{current_year()}
5694             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5695         // ...
5696     };
5698 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
5700 ##### Example
5702     class Date2 {
5703         int d;
5704         Month m;
5705         int y;
5706     public:
5707         Date2(int dd, Month mm, year yy)
5708             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
5709             { if (!valid(d, m, y)) throw Bad_date{}; }
5711         Date2(int dd, Month mm)
5712             :Date2{dd, mm, current_year()} {}
5713         // ...
5714     };
5716 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
5718 ##### Enforcement
5720 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
5722 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
5724 ##### Reason
5726 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error-prone.
5728 ##### Example
5730 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
5732     class Rec {
5733         // ... data and lots of nice constructors ...
5734     };
5736     class Oper : public Rec {
5737         using Rec::Rec;
5738         // ... no data members ...
5739         // ... lots of nice utility functions ...
5740     };
5742 ##### Example, bad
5744     struct Rec2 : public Rec {
5745         int x;
5746         using Rec::Rec;
5747     };
5749     Rec2 r {"foo", 7};
5750     int val = r.x;   // uninitialized
5752 ##### Enforcement
5754 Make sure that every member of the derived class is initialized.
5756 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
5758 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
5759 Resource handles may or may not be copyable.
5760 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
5762 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
5764 ##### Reason
5766 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.18](#Rf-consume)).
5768 ##### Example
5770     class Foo {
5771     public:
5772         Foo& operator=(const Foo& x)
5773         {
5774             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
5775             auto tmp = x;
5776             swap(tmp); // see C.83
5777             return *this;
5778         }
5779         // ...
5780     };
5782     Foo a;
5783     Foo b;
5784     Foo f();
5786     a = b;    // assign lvalue: copy
5787     a = f();  // assign rvalue: potentially move
5789 ##### Note
5791 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](#Abrahams01).
5793 ##### Example
5795 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:
5797     template<typename T>
5798     class Vector {
5799     public:
5800         Vector& operator=(const Vector&);
5801         // ...
5802     private:
5803         T* elem;
5804         int sz;
5805     };
5807     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
5808     {
5809         if (a.sz > sz) {
5810             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
5811             return *this
5812         }
5813         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
5814         if (a.sz < sz) {
5815             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
5816         }
5817         return *this;
5818     }
5820 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#Abrahams01) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self-assignment](#Rc-copy-self).
5822 **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&)`.
5823 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
5825 ##### Enforcement
5827 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5828 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5829 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
5830   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
5832 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
5834 ##### Reason
5836 That is the generally assumed semantics. After `x = y`, we should have `x == y`.
5837 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).
5839 ##### Example
5841     class X {   // OK: value semantics
5842     public:
5843         X();
5844         X(const X&);     // copy X
5845         void modify();   // change the value of X
5846         // ...
5847         ~X() { delete[] p; }
5848     private:
5849         T* p;
5850         int sz;
5851     };
5853     bool operator==(const X& a, const X& b)
5854     {
5855         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
5856     }
5858     X::X(const X& a)
5859         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
5860     {
5861         copy(a.p, a.p + sz, p);
5862     }
5864     X x;
5865     X y = x;
5866     if (x != y) throw Bad{};
5867     x.modify();
5868     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
5870 ##### Example
5872     class X2 {  // OK: pointer semantics
5873     public:
5874         X2();
5875         X2(const X2&) = default; // shallow copy
5876         ~X2() = default;
5877         void modify();          // change the pointed-to value
5878         // ...
5879     private:
5880         T* p;
5881         int sz;
5882     };
5884     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
5885     {
5886         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
5887     }
5889     X2 x;
5890     X2 y = x;
5891     if (x != y) throw Bad{};
5892     x.modify();
5893     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
5895 ##### Note
5897 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.
5899 ##### Enforcement
5901 (Not enforceable)
5903 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5905 ##### Reason
5907 If `x = x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5909 ##### Example
5911 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5913     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5914     v = v;
5915     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5917 ##### Note
5919 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5921     struct Bar {
5922         vector<pair<int, int>> v;
5923         map<string, int> m;
5924         string s;
5925     };
5927     Bar b;
5928     // ...
5929     b = b;   // correct and efficient
5931 ##### Note
5933 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)).
5935     class Foo {
5936         string s;
5937         int i;
5938     public:
5939         Foo& operator=(const Foo& a);
5940         // ...
5941     };
5943     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5944     {
5945         if (this == &a) return *this;
5946         s = a.s;
5947         i = a.i;
5948         return *this;
5949     }
5951 This is obviously safe and apparently efficient.
5952 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5953 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).
5954 Consider:
5956     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5957     {
5958         s = a.s;
5959         i = a.i;
5960         return *this;
5961     }
5963 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5965 ##### Enforcement
5967 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5969 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5971 ##### Reason
5973 It is simple and efficient.
5975 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5977 ##### Enforcement
5979 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5981 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5982 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5983 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5985 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state
5987 ##### Reason
5989 That is the generally assumed semantics.
5990 After `y = std::move(x)` the value of `y` should be the value `x` had and `x` should be in a valid state.
5992 ##### Example
5994     template<typename T>
5995     class X {   // OK: value semantics
5996     public:
5997         X();
5998         X(X&& a) noexcept;  // move X
5999         void modify();     // change the value of X
6000         // ...
6001         ~X() { delete[] p; }
6002     private:
6003         T* p;
6004         int sz;
6005     };
6008     X::X(X&& a)
6009         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
6010     {
6011         a.p = nullptr;     // set to "empty"
6012         a.sz = 0;
6013     }
6015     void use()
6016     {
6017         X x{};
6018         // ...
6019         X y = std::move(x);
6020         x = X{};   // OK
6021     } // OK: x can be destroyed
6023 ##### Note
6025 Ideally, that moved-from should be the default value of the type.
6026 Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to.
6027 However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive.
6028 The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
6029 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it is possible to assign to a moved-from object.
6030 Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
6032 ##### Note
6034 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
6036 ##### Enforcement
6038 (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.
6040 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
6042 ##### Reason
6044 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.
6046 ##### Example
6048     class Foo {
6049         string s;
6050         int i;
6051     public:
6052         Foo& operator=(Foo&& a);
6053         // ...
6054     };
6056     Foo& Foo::operator=(Foo&& a) noexcept  // OK, but there is a cost
6057     {
6058         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
6059         s = std::move(a.s);
6060         i = a.i;
6061         return *this;
6062     }
6064 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.
6066 ##### Note
6068 There is no known general way of avoiding an `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x = x` the value of `x` is unchanged).
6070 ##### Note
6072 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.
6074 ##### Example
6076 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
6078     // move from other.ptr to this->ptr
6079     T* temp = other.ptr;
6080     other.ptr = nullptr;
6081     delete ptr;
6082     ptr = temp;
6084 ##### Enforcement
6086 * (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`.
6087 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
6089 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
6091 ##### Reason
6093 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
6094 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
6096 ##### Example
6098     template<typename T>
6099     class Vector {
6100         // ...
6101         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6102         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
6103         // ...
6104     public:
6105         T* elem;
6106         int sz;
6107     };
6109 These operations do not throw.
6111 ##### Example, bad
6113     template<typename T>
6114     class Vector2 {
6115         // ...
6116         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
6117         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
6118         // ...
6119     public:
6120         T* elem;
6121         int sz;
6122     };
6124 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
6126 ##### Enforcement
6128 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
6130 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A polymorphic class should suppress copying
6132 ##### Reason
6134 A *polymorphic class* is a class that defines or inherits at least one virtual function. It is likely that it will be used as a base class for other derived classes with polymorphic behavior. If it is accidentally passed by value, with the implicitly generated copy constructor and assignment, we risk slicing: only the base portion of a derived object will be copied, and the polymorphic behavior will be corrupted.
6136 ##### Example, bad
6138     class B { // BAD: polymorphic base class doesn't suppress copying
6139     public:
6140         virtual char m() { return 'B'; }
6141         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
6142     };
6144     class D : public B {
6145     public:
6146         char m() override { return 'D'; }
6147         // ...
6148     };
6150     void f(B& b) {
6151         auto b2 = b; // oops, slices the object; b2.m() will return 'B'
6152     }
6154     D d;
6155     f(d);
6157 ##### Example
6159     class B { // GOOD: polymorphic class suppresses copying
6160     public:
6161         B(const B&) = delete;
6162         B& operator=(const B&) = delete;
6163         virtual char m() { return 'B'; }
6164         // ...
6165     };
6167     class D : public B {
6168     public:
6169         char m() override { return 'D'; }
6170         // ...
6171     };
6173     void f(B& b) {
6174         auto b2 = b; // ok, compiler will detect inadvertent copying, and protest
6175     }
6177     D d;
6178     f(d);
6180 ##### Note
6182 If you need to create deep copies of polymorphic objects, use `clone()` functions: see [C.130](#Rh-copy).
6184 ##### Exception
6186 Classes that represent exception objects need both to be polymorphic and copy-constructible.
6188 ##### Enforcement
6190 * Flag a polymorphic class with a non-deleted copy operation.
6191 * Flag an assignment of polymorphic class objects.
6193 ## C.other: Other default operation rules
6195 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
6196 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
6197 comparisons, `swap`, and `hash`.
6199 ### <a name="Rc-eqdefault"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
6201 ##### Reason
6203 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these functions better than the compiler.
6205 ##### Example
6207     class Tracer {
6208         string message;
6209     public:
6210         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6211         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6213         Tracer(const Tracer&) = default;
6214         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
6215         Tracer(Tracer&&) = default;
6216         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
6217     };
6219 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `= default` is the best and simplest way of doing that.
6221 ##### Example, bad
6223     class Tracer2 {
6224         string message;
6225     public:
6226         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
6227         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
6229         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
6230         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; return *this; }
6231         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
6232         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; return *this; }
6233     };
6235 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
6237 ##### Enforcement
6239 (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
6241 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
6243 ##### Reason
6245 In a few cases, a default operation is not desirable.
6247 ##### Example
6249     class Immortal {
6250     public:
6251         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
6252         // ...
6253     };
6255     void use()
6256     {
6257         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
6258         Immortal* p = new Immortal{};
6259         delete p;       // error: cannot destroy *p
6260     }
6262 ##### Example
6264 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:
6266     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
6267     public:
6268         // ...
6269         constexpr unique_ptr() noexcept;
6270         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
6271         // ...
6272         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
6273         // ...
6274         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
6275         // ...
6276     };
6278     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
6280     void f()
6281     {
6282         unique_ptr<int> pi {};
6283         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
6284         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
6285     }
6287 Note that deleted functions should be public.
6289 ##### Enforcement
6291 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.
6293 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
6295 ##### Reason
6297 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
6298 This can be most confusing.
6299 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
6301 ##### Example, bad
6303     class Base {
6304     public:
6305         virtual void f() = 0;   // not implemented
6306         virtual void g();       // implemented with Base version
6307         virtual void h();       // implemented with Base version
6308     };
6310     class Derived : public Base {
6311     public:
6312         void g() override;   // provide Derived implementation
6313         void h() final;      // provide Derived implementation
6315         Derived()
6316         {
6317             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
6318             f();
6320             // BAD: will call Derived::g, not dispatch further virtually
6321             g();
6323             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
6324             Derived::g();
6326             // ok, no qualification needed, h is final
6327             h();
6328         }
6329     };
6331 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
6333 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
6335 ##### Note
6337 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
6338 The semantics of such calls is type safe.
6339 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
6341 ##### Enforcement
6343 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
6345 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
6347 ##### Reason
6349 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).
6351 ##### Example, good
6353     class Foo {
6354         // ...
6355     public:
6356         void swap(Foo& rhs) noexcept
6357         {
6358             m1.swap(rhs.m1);
6359             std::swap(m2, rhs.m2);
6360         }
6361     private:
6362         Bar m1;
6363         int m2;
6364     };
6366 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
6368     void swap(Foo& a, Foo& b)
6369     {
6370         a.swap(b);
6371     }
6373 ##### Enforcement
6375 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
6376 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6378 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
6380 ##### Reason
6382  `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.
6384 ##### Example, bad
6386     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
6387     {
6388         auto tmp = x;   // copy elements
6389         x = y;
6390         y = tmp;
6391     }
6393 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.
6395 ##### Enforcement
6397 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6399 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
6401 ##### Reason
6403  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
6404 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
6406 ##### Enforcement
6408 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
6410 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
6412 ##### Reason
6414 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
6415 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
6417 ##### Example
6419     struct X {
6420         string name;
6421         int number;
6422     };
6424     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept {
6425         return a.name == b.name && a.number == b.number;
6426     }
6428 ##### Example, bad
6430     class B {
6431         string name;
6432         int number;
6433         bool operator==(const B& a) const {
6434             return name == a.name && number == a.number;
6435         }
6436         // ...
6437     };
6439 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6441 ##### Note
6443 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
6444 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
6446 ##### Note
6448 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6450 ##### Enforcement
6452 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6453 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6455 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
6457 ##### Reason
6459 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
6461 ##### Example, bad
6463     class B {
6464         string name;
6465         int number;
6466         virtual bool operator==(const B& a) const
6467         {
6468              return name == a.name && number == a.number;
6469         }
6470         // ...
6471     };
6473 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
6475     class D :B {
6476         char character;
6477         virtual bool operator==(const D& a) const
6478         {
6479             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
6480         }
6481         // ...
6482     };
6484     B b = ...
6485     D d = ...
6486     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
6487     d == b;    // error: no == defined
6488     D d2;
6489     d == d2;   // compares name, number, and character
6490     B& b2 = d2;
6491     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
6493 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
6495 ##### Note
6497 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6499 ##### Enforcement
6501 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
6503 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
6505 ##### Reason
6507 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
6508 It's a standard-library requirement.
6510 ##### Example, bad
6512     template<>
6513     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
6514         using result_type = size_t;
6515         using argument_type = My_type;
6517         size_t operator() (const My_type & x) const
6518         {
6519             size_t xs = x.s.size();
6520             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
6521             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
6522         }
6523     };
6525     int main()
6526     {
6527         unordered_map<My_type, int> m;
6528         My_type mt{ "asdfg" };
6529         m[mt] = 7;
6530         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
6531     }
6533 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
6534 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
6536 ##### Enforcement
6538 * Flag throwing `hash`es.
6540 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
6542 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
6543 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
6545 Summary of container rules:
6547 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
6548 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
6549 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
6550 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
6551 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
6552 * ???
6553 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#Rcon-ptr)
6555 **See also**: [Resources](#S-resource)
6558 ### <a name="Rcon-stl"></a>C.100: Follow the STL when defining a container
6560 ##### Reason
6562 The STL containers are familiar to most C++ programmers and a fundamentally sound design.
6564 ##### Note
6566 There are of course other fundamentally sound design styles and sometimes reasons to depart from
6567 the style of the standard library, but in the absence of a solid reason to differ, it is simpler
6568 and easier for both implementers and users to follow the standard.
6570 In particular, `std::vector` and `std::map` provide useful relatively simple models.
6572 ##### Example
6574     // simplified (e.g., no allocators):
6576     template<typename T>
6577     class Sorted_vector {
6578         using value_type = T;
6579         // ... iterator types ...
6581         Sorted_vector() = default;
6582         Sorted_vector(initializer_list<T>);    // initializer-list constructor: sort and store
6583         Sorted_vector(const Sorted_vector&) = default;
6584         Sorted_vector(Sorted_vector&&) = default;
6585         Sorted_vector& operator=(const Sorted_vector&) = default;   // copy assignment
6586         Sorted_vector& operator=(Sorted_vector&&) = default;        // move assignment
6587         ~Sorted_vector() = default;
6589         Sorted_vector(const std::vector<T>& v);   // store and sort
6590         Sorted_vector(std::vector<T>&& v);        // sort and "steal representation"
6592         const T& operator[](int i) const { return rep[i]; }
6593         // no non-const direct access to preserve order
6595         void push_back(const T&);   // insert in the right place (not necessarily at back)
6596         void push_back(T&&);        // insert in the right place (not necessarily at back)
6598         // ... cbegin(), cend() ...
6599     private:
6600         std::vector<T> rep;  // use a std::vector to hold elements
6601     };
6603     template<typename T> bool operator==(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6604     template<typename T> bool operator!=(const Sorted_vector<T>&, const Sorted_vector<T>&);
6605     // ...
6607 Here, the STL style is followed, but incompletely.
6608 That's not uncommon.
6609 Provide only as much functionality as makes sense for a specific container.
6610 The key is to define the conventional constructors, assignments, destructors, and iterators
6611 (as meaningful for the specific container) with their conventional semantics.
6612 From that base, the container can be expanded as needed.
6613 Here, special constructors from `std::vector` were added.
6615 ##### Enforcement
6619 ### <a name="Rcon-val"></a>C.101: Give a container value semantics
6621 ##### Reason
6623 Regular objects are simpler to think and reason about than irregular ones.
6624 Familiarity.
6626 ##### Note
6628 If meaningful, make a container `Regular` (the concept).
6629 In particular, ensure that an object compares equal to its copy.
6631 ##### Example
6633     void f(const Sorted_vector<string>& v)
6634     {
6635         Sorted_vector<string> v2 {v};
6636         if (v != v2)
6637             cout << "insanity rules!\n";
6638         // ...
6639     }
6641 ##### Enforcement
6645 ### <a name="Rcon-move"></a>C.102: Give a container move operations
6647 ##### Reason
6649 Containers tend to get large; without a move constructor and a copy constructor an object can be
6650 expensive to move around, thus tempting people to pass pointers to it around and getting into
6651 resource management problems.
6653 ##### Example
6655     Sorted_vector<int> read_sorted(istream& is)
6656     {
6657         vector<int> v;
6658         cin >> v;   // assume we have a read operation for vectors
6659         Sorted_vector<int> sv = v;  // sorts
6660         return sv;
6661     }
6663     A user can reasonably assume that returning a standard-like container is cheap.
6665 ##### Enforcement
6669 ### <a name="Rcon-init"></a>C.103: Give a container an initializer list constructor
6671 ##### Reason
6673 People expect to be able to initialize a container with a set of values.
6674 Familiarity.
6676 ##### Example
6678     Sorted_vector<int> sv {1, 3, -1, 7, 0, 0}; // Sorted_vector sorts elements as needed
6680 ##### Enforcement
6684 ### <a name="Rcon-empty"></a>C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty
6686 ##### Reason
6688 To make it `Regular`.
6690 ##### Example
6692     vector<Sorted_sequence<string>> vs(100);    // 100 Sorted_sequences each with the value ""
6694 ##### Enforcement
6698 ### <a name="Rcon-ptr"></a>C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`
6700 ##### Reason
6702 That's what is expected from pointers.
6703 Familiarity.
6705 ##### Example
6707     ???
6709 ##### Enforcement
6713 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
6715 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
6716 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
6717 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
6719 Summary:
6721 * [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)
6722 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
6723 * [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)
6724 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
6726 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
6728 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
6729 Typically base classes act as interfaces.
6730 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
6732 Class hierarchy rule summary:
6734 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)](#Rh-domain)
6735 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
6736 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
6738 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
6740 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
6741 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
6742 * [C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`](#Rh-override)
6743 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
6744 * [C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment](#Rh-copy)
6745 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
6746 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
6747 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
6748 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
6749 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
6750 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
6751 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
6752 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
6753 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
6754 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
6756 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
6758 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
6759 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
6760 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ref-cast)
6761 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ptr-cast)
6762 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
6763 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
6764 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
6765 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
6766 * [C.153: Prefer virtual function to casting](#Rh-use-virtual)
6768 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
6770 ##### Reason
6772 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.
6774 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.
6776 ##### Example
6778     class DrawableUIElement {
6779     public:
6780         virtual void render() const = 0;
6781         // ...
6782     };
6784     class AbstractButton : public DrawableUIElement {
6785     public:
6786         virtual void onClick() = 0;
6787         // ...
6788     };
6790     class PushButton : public AbstractButton {
6791         virtual void render() const override;
6792         virtual void onClick() override;
6793         // ...
6794     };
6796     class Checkbox : public AbstractButton {
6797     // ...
6798     };
6800 ##### Example, bad
6802 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
6804     template<typename T>
6805     class Container {
6806     public:
6807         // list operations:
6808         virtual T& get() = 0;
6809         virtual void put(T&) = 0;
6810         virtual void insert(Position) = 0;
6811         // ...
6812         // vector operations:
6813         virtual T& operator[](int) = 0;
6814         virtual void sort() = 0;
6815         // ...
6816         // tree operations:
6817         virtual void balance() = 0;
6818         // ...
6819     };
6821 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
6822 Thus the base class becomes an implementation burden.
6823 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing meaningful operations reasonably efficiently;
6824 it may throw an exception instead.
6825 Thus users have to resort to run-time checking and/or
6826 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
6828 ##### Enforcement
6830 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
6831 * 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`.
6833 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
6835 ##### Reason
6837 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
6838 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
6840 ##### Example
6842     class My_interface {
6843     public:
6844         // ...only pure virtual functions here ...
6845         virtual ~My_interface() {}   // or =default
6846     };
6848 ##### Example, bad
6850     class Goof {
6851     public:
6852         // ...only pure virtual functions here ...
6853         // no virtual destructor
6854     };
6856     class Derived : public Goof {
6857         string s;
6858         // ...
6859     };
6861     void use()
6862     {
6863         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
6864         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6865         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
6866     } // leak
6868 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
6869 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
6872 ##### Enforcement
6874 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
6876 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
6878 ##### Reason
6880 Such as on an ABI (link) boundary.
6882 ##### Example
6884     struct Device {
6885         virtual ~Device() = default;
6886         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
6887         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
6888     };
6890     class D1 : public Device {
6891         // ... data ...
6893         void write(span<const char> outbuf) override;
6894         void read(span<char> inbuf) override;
6895     };
6897     class D2 : public Device {
6898         // ... different data ...
6900         void write(span<const char> outbuf) override;
6901         void read(span<char> inbuf) override;
6902     };
6904 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
6905 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in ways that are not binary compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
6907 ##### Enforcement
6909     ???
6911 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
6913 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
6915 ##### Reason
6917 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
6919 ##### Example
6921     ???
6923 ##### Exception
6925 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
6926 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
6927   (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.
6929 ##### Enforcement
6931 Flag abstract classes with constructors.
6933 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
6935 ##### Reason
6937 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).
6939 ##### Example, bad
6941     struct B {
6942         virtual int f() = 0;
6943         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
6944     };
6946     // bad: derived from a class without a virtual destructor
6947     struct D : B {
6948         string s {"default"};
6949     };
6951     void use()
6952     {
6953         unique_ptr<B> p = make_unique<D>();
6954         // ...
6955     } // undefined behavior. May call B::~B only and leak the string
6957 ##### Note
6959 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`.
6961 ##### Enforcement
6963 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
6964 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
6966 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
6968 ##### Reason
6970 Readability.
6971 Detection of mistakes.
6972 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.
6974 It's simple and clear:
6976 * `virtual` means exactly and only "this is a new virtual function."
6977 * `override` means exactly and only "this is a non-final overrider."
6978 * `final` means exactly and only "this is a final overrider."
6980 If a base class destructor is declared `virtual`, one should avoid declaring derived class destructors  `virtual` or `override`. Some code base and tools might insist on `override` for destructors, but that is not the recommendation of these guidelines.
6982 ##### Example, bad
6984     struct B {
6985         void f1(int);
6986         virtual void f2(int) const;
6987         virtual void f3(int);
6988         // ...
6989     };
6991     struct D : B {
6992         void f1(int);        // bad (hope for a warning): D::f1() hides B::f1()
6993         void f2(int) const;  // bad (but conventional and valid): no explicit override
6994         void f3(double);     // bad (hope for a warning): D::f3() hides B::f3()
6995         // ...
6996     };
6998 ##### Example, good
7000     struct Better : B {
7001         void f1(int) override;        // error (caught): D::f1() hides B::f1()
7002         void f2(int) const override;
7003         void f3(double) override;     // error (caught): D::f3() hides B::f3()
7004         // ...
7005     };
7007 #### Discussion
7009 We want to eliminate two particular classes of errors:
7011 * **implicit virtual**: the programmer intended the function to be implicitly virtual and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly virtual but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be virtual but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class)
7012 * **implicit override**: the programmer intended the function to be implicitly an overrider and it is (but readers of the code can't tell); or the programmer intended the function to be implicitly an overrider but it isn't (e.g., because of a subtle parameter list mismatch); or the programmer did not intend the function to be an overrider but it is (because it happens to have the same signature as a virtual in the base class -- note this problem arises whether or not the function is explicitly declared virtual, because the programmer may have intended to create either a new virtual function or a new nonvirtual function)
7014 ##### Enforcement
7016 * Compare virtual function names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
7017 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
7018 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
7020 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
7022 ##### Reason
7024 Implementation details in an interface make the interface brittle;
7025 that is, make its users vulnerable to having to recompile after changes in the implementation.
7026 Data in a base class increases the complexity of implementing the base and can lead to replication of code.
7028 ##### Note
7030 Definition:
7032 * interface inheritance is the use of inheritance to separate users from implementations,
7033 in particular to allow derived classes to be added and changed without affecting the users of base classes.
7034 * implementation inheritance is the use of inheritance to simplify implementation of new facilities
7035 by making useful operations available for implementers of related new operations (sometimes called "programming by difference").
7037 A pure interface class is simply a set of pure virtual functions; see [I.25](#Ri-abstract).
7039 In early OOP (e.g., in the 1980s and 1990s), implementation inheritance and interface inheritance were often mixed
7040 and bad habits die hard.
7041 Even now, mixtures are not uncommon in old code bases and in old-style teaching material.
7043 The importance of keeping the two kinds of inheritance increases
7045 * with the size of a hierarchy (e.g., dozens of derived classes),
7046 * with the length of time the hierarchy is used (e.g., decades), and
7047 * with the number of distinct organizations in which a hierarchy is used
7048 (e.g., it can be difficult to distribute an update to a base class)
7051 ##### Example, bad
7053     class Shape {   // BAD, mixed interface and implementation
7054     public:
7055         Shape();
7056         Shape(Point ce = {0, 0}, Color co = none): cent{ce}, col {co} { /* ... */}
7058         Point center() const { return cent; }
7059         Color color() const { return col; }
7061         virtual void rotate(int) = 0;
7062         virtual void move(Point p) { cent = p; redraw(); }
7064         virtual void redraw();
7066         // ...
7067     private:
7068         Point cent;
7069         Color col;
7070     };
7072     class Circle : public Shape {
7073     public:
7074         Circle(Point c, int r) :Shape{c}, rad{r} { /* ... */ }
7076         // ...
7077     private:
7078         int rad;
7079     };
7081     class Triangle : public Shape {
7082     public:
7083         Triangle(Point p1, Point p2, Point p3); // calculate center
7084         // ...
7085     };
7087 Problems:
7089 * As the hierarchy grows and more data is added to `Shape`, the constructors gets harder to write and maintain.
7090 * Why calculate the center for the `Triangle`? we may never us it.
7091 * Add a data member to `Shape` (e.g., drawing style or canvas)
7092 and all derived classes and all users needs to be reviewed, possibly changes, and probably recompiled.
7094 The implementation of `Shape::move()` is an example of implementation inheritance:
7095 we have defined `move()` once and for all for all derived classes.
7096 The more code there is in such base class member function implementations and the more data is shared by placing it in the base,
7097 the more benefits we gain - and the less stable the hierarchy is.
7099 ##### Example
7101 This Shape hierarchy can be rewritten using interface inheritance:
7103     class Shape {  // pure interface
7104     public:
7105         virtual Point center() const = 0;
7106         virtual Color color() const = 0;
7108         virtual void rotate(int) = 0;
7109         virtual void move(Point p) = 0;
7111         virtual void redraw() = 0;
7113         // ...
7114     };
7116 Note that a pure interface rarely have constructors: there is nothing to construct.
7118     class Circle : public Shape {
7119     public:
7120         Circle(Point c, int r, Color c) :cent{c}, rad{r}, col{c} { /* ... */ }
7122         Point center() const override { return cent; }
7123         Color color() const override { return col; }
7125         // ...
7126     private:
7127         Point cent;
7128         int rad;
7129         Color col;
7130     };
7132 The interface is now less brittle, but there is more work in implementing the member functions.
7133 For example, `center` has to be implemented by every class derived from `Shape`.
7135 ##### Example, dual hierarchy
7137 How can we gain the benefit of the stable hierarchies from implementation hierarchies and the benefit of implementation reuse from implementation inheritance.
7138 One popular technique is dual hierarchies.
7139 There are many ways of implementing the idea of dual hierarchies; here, we use a multiple-inheritance variant.
7141 First we devise a hierarchy of interface classes:
7143     class Shape {   // pure interface
7144     public:
7145         virtual Point center() const = 0;
7146         virtual Color color() const = 0;
7148         virtual void rotate(int) = 0;
7149         virtual void move(Point p) = 0;
7151         virtual void redraw() = 0;
7153         // ...
7154     };
7156     class Circle : public virtual Shape {   // pure interface
7157     public:
7158         virtual int radius() = 0;
7159         // ...
7160     };
7162 To make this interface useful, we must provide its implementation classes (here, named equivalently, but in the `Impl` namespace):
7164     class Impl::Shape : public virtual ::Shape { // implementation
7165     public:
7166         // constructors, destructor
7167         // ...
7168         Point center() const override { /* ... */ }
7169         Color color() const override { /* ... */ }
7171         void rotate(int) override { /* ... */ }
7172         void move(Point p) override { /* ... */ }
7174         void redraw() override { /* ... */ }
7176         // ...
7177     };
7179 Now `Shape` is a poor example of a class with an implementation,
7180 but bear with us because this is just a simple example of a technique aimed at more complex hierarchies.
7182     class Impl::Circle : public virtual ::Circle, public Impl::Shape {   // implementation
7183     public:
7184         // constructors, destructor
7186         int radius() override { /* ... */ }
7187         // ...
7188     };
7190 And we could extend the hierarchies by adding a Smiley class (:-)):
7192     class Smiley : public virtual Circle { // pure interface
7193     public:
7194         // ...
7195     };
7197     class Impl::Smiley : public virtual ::Smiley, public Impl::Circle {   // implementation
7198     public:
7199         // constructors, destructor
7200         // ...
7201     }
7203 There are now two hierarchies:
7205 * interface: Smiley -> Circle -> Shape
7206 * implementation: Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7208 Since each implementation is derived from its interface as well as its implementation base class we get a lattice (DAG):
7210     Smiley     ->         Circle     ->  Shape
7211       ^                     ^               ^
7212       |                     |               |
7213     Impl::Smiley -> Impl::Circle -> Impl::Shape
7215 As mentioned, this is just one way to construct a dual hierarchy.
7217 The implementation hierarchy can be used directly, rather than through the abstract interface.
7219     void work_with_shape(Shape&);
7221     int user()
7222     {
7223         Impl::Smiley my_smiley{ /* args */ };   // create concrete shape
7224         // ...
7225         my_smiley.some_member();        // use implementation class directly
7226         // ...
7227         work_with_shape(my_smiley);     // use implementation through abstract interface
7228         // ...
7229     }
7231 This can be useful when the implementation class has members that are not offered in the abstract interface
7232 or if direct use of a member offers optimization opportunities (e.g., if an implementation member function is `final`)
7234 ##### Note
7236 Another (related) technique for separating interface and implementation is [Pimpl](#Ri-pimpl).
7238 ##### Note
7240 There is often a choice between offering common functionality as (implemented) base class functions and free-standing functions
7241 (in an implementation namespace).
7242 Base classes gives a shorter notation and easier access to shared data (in the base)
7243 at the cost of the functionality being available only to users of the hierarchy.
7245 ##### Enforcement
7247 * Flag a derived to base conversion to a base with both data and virtual functions
7248 (except for calls from a derived class member to a base class member)
7249 * ???
7252 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: For making deep copies of polymorphic classes prefer a virtual `clone` function instead of copy construction/assignment
7254 ##### Reason
7256 Copying a polymorphic class is discouraged due to the slicing problem, see [C.67](#Rc-copy-virtual). If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
7258 ##### Example
7260     class B {
7261     public:
7262         virtual owner<B*> clone() = 0;
7263         virtual ~B() = 0;
7265         B(const B&) = delete;
7266         B& operator=(const B&) = delete;
7267     };
7269     class D : public B {
7270     public:
7271         owner<D*> clone() override;
7272         virtual ~D() override;
7273     };
7275 Generally, it is recommended to use smart pointers to represent ownership (see [R.20](#Rr-owner)). However, because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer: `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>` while `B::clone` returns `unique_ptr<B>`. Therefore, you either need to consistently return `unique_ptr<B>` in all overrides, or use `owner<>` utility from the [Guidelines Support Library](#SS-views).
7279 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
7281 ##### Reason
7283 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
7285 ##### Example
7287     class Point {   // Bad: verbose
7288         int x;
7289         int y;
7290     public:
7291         Point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
7292         int get_x() const { return x; }
7293         void set_x(int xx) { x = xx; }
7294         int get_y() const { return y; }
7295         void set_y(int yy) { y = yy; }
7296         // no behavioral member functions
7297     };
7299 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
7301     struct Point {
7302         int x {0};
7303         int y {0};
7304     };
7306 Note that we can put default initializers on member variables: [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize).
7308 ##### Note
7310 The key to this rule is whether the semantics of the getter/setter are trivial. While it is not a complete definition of "trivial", consider whether there would be any difference beyond syntax if the getter/setter was a public data member instead. Examples of non-trivial semantics would be: maintaining a class invariant or converting between an internal type and an interface type.
7312 ##### Enforcement
7314 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
7316 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
7318 ##### Reason
7320 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
7321 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
7322 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
7324 ##### Example, bad
7326     template<class T>
7327     class Vector {
7328     public:
7329         // ...
7330         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
7331     private:
7332         T* elem;   // the elements
7333         int sz;    // number of elements
7334     };
7336 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
7338 ##### Enforcement
7340 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
7341 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
7343 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
7345 ##### Reason
7347 `protected` data is a source of complexity and errors.
7348 `protected` data complicates the statement of invariants.
7349 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal with virtual inheritance as well.
7351 ##### Example, bad
7353     class Shape {
7354     public:
7355         // ... interface functions ...
7356     protected:
7357         // data for use in derived classes:
7358         Color fill_color;
7359         Color edge_color;
7360         Style st;
7361     };
7363 Now it is up to every derived `Shape` to manipulate the protected data correctly.
7364 This has been popular, but also a major source of maintenance problems.
7365 In a large class hierarchy, the consistent use of protected data is hard to maintain because there can be a lot of code,
7366 spread over a lot of classes.
7367 The set of classes that can touch that data is open: anyone can derive a new class and start manipulating the protected data.
7368 Often, it is not possible to examine the complete set of classes, so any change to the representation of the class becomes infeasible.
7369 There is no enforced invariant for the protected data; it is much like a set of global variables.
7370 The protected data has de facto become global to a large body of code.
7372 ##### Note
7374 Protected data often looks tempting to enable arbitrary improvements through derivation.
7375 Often, what you get is unprincipled changes and errors.
7376 [Prefer `private` data](#Rc-private) with a well-specified and enforced invariant.
7377 Alternative, and often better, [keep data out of any class used as an interface](#Rh-abstract).
7379 ##### Note
7381 Protected member function can be just fine.
7383 ##### Enforcement
7385 Flag classes with `protected` data.
7387 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
7389 ##### Reason
7391 Prevention of logical confusion leading to errors.
7392 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
7393 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
7395 ##### Discussion
7397 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
7399 There are exactly two kinds of data members:
7401 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
7402 * 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.
7404 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.
7406 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.
7408 Most classes are either all A or all B:
7410 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
7411   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
7412 * *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.
7414 ##### Exception
7416 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`).
7418 ##### Enforcement
7420 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
7422 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
7424 ##### Reason
7426 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations.
7427 Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
7429 ##### Example
7431     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7432         // ...
7433     };
7435 `istream` provides the interface to input operations; `ostream` provides the interface to output operations.
7436 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7438 ##### Note
7440 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
7441 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
7443 ##### Note
7445 Such interfaces are typically abstract classes.
7447 ##### Enforcement
7451 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
7453 ##### Reason
7455 Some forms of mixins have state and often operations on that state.
7456 If the operations are virtual the use of inheritance is necessary, if not using inheritance can avoid boilerplate and forwarding.
7458 ##### Example
7460     class iostream : public istream, public ostream {   // very simplified
7461         // ...
7462     };
7464 `istream` provides the interface to input operations (and some data); `ostream` provides the interface to output operations (and some data).
7465 `iostream` provides the union of the `istream` and `ostream` interfaces and the synchronization needed to allow both on a single stream.
7467 ##### Note
7469 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
7471 ##### Example
7473 Sometimes, an "implementation attribute" is more like a "mixin" that determine the behavior of an implementation and inject
7474 members to enable the implementation of the policies it requires.
7475 For example, see `std::enable_shared_from_this`
7476 or various bases from boost.intrusive (e.g. `list_base_hook` or `intrusive_ref_counter`).
7478 ##### Enforcement
7482 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
7484 ##### Reason
7486  Allow separation of shared data and interface.
7487  To avoid all shared data to being put into an ultimate base class.
7489 ##### Example
7491     struct Interface {
7492         virtual void f();
7493         virtual int g();
7494         // ... no data here ...
7495     };
7497     class Utility {  // with data
7498         void utility1();
7499         virtual void utility2();    // customization point
7500     public:
7501         int x;
7502         int y;
7503     };
7505     class Derive1 : public Interface, virtual protected Utility {
7506         // override Interface functions
7507         // Maybe override Utility virtual functions
7508         // ...
7509     };
7511     class Derive2 : public Interface, virtual protected Utility {
7512         // override Interface functions
7513         // Maybe override Utility virtual functions
7514         // ...
7515     };
7517 Factoring out `Utility` makes sense if many derived classes share significant "implementation details."
7520 ##### Note
7522 Obviously, the example is too "theoretical", but it is hard to find a *small* realistic example.
7523 `Interface` is the root of an [interface hierarchy](#Rh-abstract)
7524 and `Utility` is the root of an [implementation hierarchy](#Rh-kind).
7525 Here is [a slightly more realistic example](https://www.quora.com/What-are-the-uses-and-advantages-of-virtual-base-class-in-C%2B%2B/answer/Lance-Diduck) with an explanation.
7527 ##### Note
7529 Often, linearization of a hierarchy is a better solution.
7531 ##### Enforcement
7533 Flag mixed interface and implementation hierarchies.
7535 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
7537 ##### Reason
7539 Without a using declaration, member functions in the derived class hide the entire inherited overload sets.
7541 ##### Example, bad
7543     #include <iostream>
7544     class B {
7545     public:
7546         virtual int f(int i) { std::cout << "f(int): "; return i; }
7547         virtual double f(double d) { std::cout << "f(double): "; return d; }
7548     };
7549     class D: public B {
7550     public:
7551         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7552     };
7553     int main()
7554     {
7555         D d;
7556         std::cout << d.f(2) << '\n';   // prints "f(int): 3"
7557         std::cout << d.f(2.3) << '\n'; // prints "f(int): 3"
7558     }
7560 ##### Example, good
7562     class D: public B {
7563     public:
7564         int f(int i) override { std::cout << "f(int): "; return i + 1; }
7565         using B::f; // exposes f(double)
7566     };
7568 ##### Note
7570 This issue affects both virtual and nonvirtual member functions
7572 For variadic bases, C++17 introduced a variadic form of the using-declaration,
7574     template <class... Ts>
7575     struct Overloader : Ts... {
7576         using Ts::operator()...; // exposes operator() from every base
7577     };
7579 ##### Enforcement
7581 Diagnose name hiding
7583 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
7585 ##### Reason
7587 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
7589 ##### Example, bad
7591     class Widget { /* ... */ };
7593     // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
7594     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };
7596     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
7598 ##### Note
7600 Not every class is meant to be a base class.
7601 Most standard-library classes are examples of that (e.g., `std::vector` and `std::string` are not designed to be derived from).
7602 This rule is about using `final` on classes with virtual functions meant to be interfaces for a class hierarchy.
7604 ##### Note
7606 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
7607 Fortunately, the compiler catches such mistakes: You cannot re-declare/re-open a `final` member in a derived class.
7609 ##### Note
7611 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
7612 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
7614 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
7615 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
7616 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
7617 However, misuses are (or at least have been) far more common.
7619 ##### Enforcement
7621 Flag uses of `final`.
7624 ### <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
7626 ##### Reason
7628 That can cause confusion: An overrider does not inherit default arguments.
7630 ##### Example, bad
7632     class Base {
7633     public:
7634         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
7635     };
7637     class Derived : public Base {
7638     public:
7639         int multiply(int value, int factor = 10) override;
7640     };
7642     Derived d;
7643     Base& b = d;
7645     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
7646     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
7648 ##### Enforcement
7650 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
7652 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
7654 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
7656 ##### Reason
7658 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
7660 ##### Example
7662     struct B { int a; virtual int f(); };
7663     struct D : B { int b; int f() override; };
7665     void use(B b)
7666     {
7667         D d;
7668         B b2 = d;   // slice
7669         B b3 = b;
7670     }
7672     void use2()
7673     {
7674         D d;
7675         use(d);   // slice
7676     }
7678 Both `d`s are sliced.
7680 ##### Exception
7682 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
7684     void use3()
7685     {
7686         D d;
7687         d.f();   // OK
7688     }
7690 ##### Enforcement
7692 Flag all slicing.
7694 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
7696 ##### Reason
7698 `dynamic_cast` is checked at run time.
7700 ##### Example
7702     struct B {   // an interface
7703         virtual void f();
7704         virtual void g();
7705     };
7707     struct D : B {   // a wider interface
7708         void f() override;
7709         virtual void h();
7710     };
7712     void user(B* pb)
7713     {
7714         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
7715             // ... use D's interface ...
7716         }
7717         else {
7718             // ... make do with B's interface ...
7719         }
7720     }
7722 Use of the other casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`:
7724     void user2(B* pb)   // bad
7725     {
7726         D* pd = static_cast<D*>(pb);    // I know that pb really points to a D; trust me
7727         // ... use D's interface ...
7728     }
7730     void user3(B* pb)    // unsafe
7731     {
7732         if (some_condition) {
7733             D* pd = static_cast<D*>(pb);   // I know that pb really points to a D; trust me
7734             // ... use D's interface ...
7735         }
7736         else {
7737             // ... make do with B's interface ...
7738         }
7739     }
7741     void f()
7742     {
7743         B b;
7744         user(&b);   // OK
7745         user2(&b);  // bad error
7746         user3(&b);  // OK *if* the programmer got the some_condition check right
7747     }
7749 ##### Note
7751 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
7752 [Prefer virtual functions to casting](#Rh-use-virtual).
7753 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
7754 and reasonably convenient.
7756 ##### Note
7758 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
7759 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
7760 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
7761 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
7762 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
7763 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
7765 Consider:
7767     struct B {
7768         const char* name {"B"};
7769         // if pb1->id() == pb2->id() *pb1 is the same type as *pb2
7770         virtual const char* id() const { return name; }
7771         // ...
7772     };
7774     struct D : B {
7775         const char* name {"D"};
7776         const char* id() const override { return name; }
7777         // ...
7778     };
7780     void use()
7781     {
7782         B* pb1 = new B;
7783         B* pb2 = new D;
7785         cout << pb1->id(); // "B"
7786         cout << pb2->id(); // "D"
7789         if (pb1->id() == "D") {         // looks innocent
7790             D* pd = static_cast<D*>(pb1);
7791             // ...
7792         }
7793         // ...
7794     }
7796 The result of `pb2->id() == "D"` is actually implementation defined.
7797 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
7798 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.
7800 If you implement your own RTTI, be careful.
7802 ##### Exception
7804 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
7805 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
7806 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
7807 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)
7808 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
7810 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
7811 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).
7812 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
7814 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.
7816 ##### Exception
7818 Consider:
7820     template<typename B>
7821     class Dx : B {
7822         // ...
7823     };
7825 ##### Enforcement
7827 * Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
7828 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-downcast).
7830 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
7832 ##### Reason
7834 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.
7836 ##### Example
7838     ???
7840 ##### Enforcement
7844 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
7846 ##### Reason
7848 The `dynamic_cast` conversion allows to test whether a pointer is pointing at a polymorphic object that has a given class in its hierarchy. Since failure to find the class merely returns a null value, it can be tested during run time. This allows writing code that can choose alternative paths depending on the results.
7850 Contrast with [C.147](#Rh-ptr-cast), where failure is an error, and should not be used for conditional execution.
7852 ##### Example
7854 The example below describes the `add` function of a `Shape_owner` that takes ownership of constructed `Shape` objects. The objects are also sorted into views, according to their geometric attributes.
7855 In this example, `Shape` does not inherit from `Geometric_attributes`. Only its subclasses do.
7857     void add(Shape* const item)
7858     {
7859       // Ownership is always taken
7860       owned_shapes.emplace_back(item);
7862       // Check the Geometric_attributes and add the shape to none/one/some/all of the views
7864       if (auto even = dynamic_cast<Even_sided*>(item))
7865       {
7866         view_of_evens.emplace_back(even);
7867       }
7869       if (auto trisym = dynamic_cast<Trilaterally_symmetrical*>(item))
7870       {
7871         view_of_trisyms.emplace_back(trisym);
7872       }
7873     }
7875 ##### Notes
7877 A failure to find the required class will cause `dynamic_cast` to return a null value, and de-referencing a null-valued pointer will lead to undefined behavior.
7878 Therefore the result of the `dynamic_cast` should always be treated as if it may contain a null value, and tested.
7880 ##### Enforcement
7882 * (Complex) Unless there is a null test on the result of a `dynamic_cast` of a pointer type, warn upon dereference of the pointer.
7884 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
7886 ##### Reason
7888 Avoid resource leaks.
7890 ##### Example
7892     void use(int i)
7893     {
7894         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
7895         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory-allocated for 9
7896         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
7897         delete p;                       // too late
7898     }
7900 ##### Enforcement
7902 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
7903 * Flag `delete` of local variable
7905 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
7907 ##### Reason
7909  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
7910 It also ensures exception safety in complex expressions.
7912 ##### Example
7914     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
7916     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
7918     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
7919     //
7920     // 1. allocate memory for Foo,
7921     // 2. construct Foo,
7922     // 3. call bar,
7923     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
7924     //
7925     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory-allocated for it will leak.
7926     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
7928     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
7929     f(make_unique<Foo>(), bar());
7931 ##### Enforcement
7933 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
7934 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
7936 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
7938 ##### Reason
7940  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
7941 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.
7943 ##### Example
7945     void test() {
7946         // OK: but repetitive; and separate allocations for the Bar and shared_ptr's use count
7947         shared_ptr<Bar> p {new<Bar>{7}};
7949         auto q = make_shared<Bar>(7);   // Better: no repetition of Bar; one object
7950     }
7952 ##### Enforcement
7954 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Bar>`
7955 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Bar>`
7957 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
7959 ##### Reason
7961 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
7963 ##### Example
7965     struct B { int x; };
7966     struct D : B { int y; };
7968     void use(B*);
7970     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
7971     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7972     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
7974     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
7976 ##### Enforcement
7978 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
7979 * 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`
7982 ### <a name="Rh-use-virtual"></a>C.153: Prefer virtual function to casting
7984 ##### Reason
7986 A virtual function call is safe, whereas casting is error-prone.
7987 A virtual function call reaches the most derived function, whereas a cast may reach an intermediate class and therefore
7988 give a wrong result (especially as a hierarchy is modified during maintenance).
7990 ##### Example
7992     ???
7994 ##### Enforcement
7996 See [C.146](#Rh-dynamic_cast) and ???
7998 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
8000 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
8001 You cannot overload function objects.
8003 Overload rule summary:
8005 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
8006 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
8007 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
8008 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
8009 * [C.164: Avoid implicit conversion operators](#Ro-conversion)
8010 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
8011 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
8012 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
8013 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
8014 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
8016 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
8018 ##### Reason
8020 Minimize surprises.
8022 ##### Example
8024     class X {
8025     public:
8026         // ...
8027         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
8028         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
8029                                                     // after a = b we have a == b
8030         // ...
8031     };
8033 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
8035 ##### Example, bad
8037     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
8039 ##### Note
8041 Nonmember operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
8042 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
8044 ##### Enforcement
8046 Possibly impossible.
8048 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
8050 ##### Reason
8052 If you use member functions, you need two.
8053 Unless you use a nonmember function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
8055 ##### Example
8057     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
8059 ##### Enforcement
8061 Flag member operator functions.
8063 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
8065 ##### Reason
8067 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.
8069 ##### Example
8071 Consider:
8073     void print(int a);
8074     void print(int a, int base);
8075     void print(const string&);
8077 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
8079     void print_int(int a);
8080     void print_based(int a, int base);
8081     void print_string(const string&);
8083 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
8085 ##### Enforcement
8089 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
8091 ##### Reason
8093 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
8095 ##### Example
8097 Consider:
8099     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8100     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
8102 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
8104     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
8105     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
8107 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
8108 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
8110 ##### Note
8112 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
8114 ##### Enforcement
8118 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid implicit conversion operators
8120 ##### Reason
8122 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
8124 ##### Note
8126 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
8127 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
8128 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
8129 just to gain a minor convenience.
8131 ##### Example
8133     struct S1 {
8134         string s;
8135         // ...
8136         operator char*() { return s.data(); }  // BAD, likely to cause surprises
8137     };
8139     struct S2 {
8140         string s;
8141         // ...
8142         explicit operator char*() { return s.data(); }
8143     };
8145     void f(S1 s1, S2 s2)
8146     {
8147         char* x1 = s1;     // OK, but can cause surprises in many contexts
8148         char* x2 = s2;     // error (and that's usually a good thing)
8149         char* x3 = static_cast<char*>(s2); // we can be explicit (on your head be it)
8150     }
8152 The surprising and potentially damaging implicit conversion can occur in arbitrarily hard-to spot contexts, e.g.,
8154     S1 ff();
8156     char* g()
8157     {
8158         return ff();
8159     }
8161 The string returned by `ff()` is destroyed before the returned pointer into it can be used.
8163 ##### Enforcement
8165 Flag all conversion operators.
8167 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
8169 ##### Reason
8171 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
8173 ##### Example
8175 Consider `swap`. It is a general (standard-library) function with a definition that will work for just about any type.
8176 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
8177 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.
8179     namespace N {
8180         My_type X { /* ... */ };
8181         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
8182         // ...
8183     }
8185     void f1(N::X& a, N::X& b)
8186     {
8187         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
8188     }
8190 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
8191 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
8192 How do we get `N::X` considered?
8194     void f2(N::X& a, N::X& b)
8195     {
8196         swap(a, b);   // calls N::swap
8197     }
8199 But that may not be what we wanted for generic code.
8200 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
8201 This is done by including the general function in the lookup for the function:
8203     void f3(N::X& a, N::X& b)
8204     {
8205         using std::swap;  // make std::swap available
8206         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
8207     }
8209 ##### Enforcement
8211 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
8212 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
8214 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
8216 ##### Reason
8218 The `&` operator is fundamental in C++.
8219 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
8221 ##### Example
8223     class Ptr { // a somewhat smart pointer
8224         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
8225         X* operator->() { /* check */ return p; }
8226         X operator[](int i);
8227         X operator*();
8228     private:
8229         T* p;
8230     };
8232     class X {
8233         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
8234         // ...
8235     };
8237 ##### Note
8239 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
8240 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
8241 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
8242 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
8244 ##### Enforcement
8246 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
8248 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
8250 ##### Reason
8252 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
8254 ##### Example
8256     void cout_my_class(const My_class& c) // confusing, not conventional,not generic
8257     {
8258         std::cout << /* class members here */;
8259     }
8261     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) // OK
8262     {
8263         return os << /* class members here */;
8264     }
8266 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
8268     My_class var { /* ... */ };
8269     // ...
8270     cout << "var = " << var << '\n';
8272 ##### Note
8274 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
8276 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
8277 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
8278 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
8279 * assignment (`=`)
8281 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
8283 ##### Enforcement
8285 Tricky. Requires semantic insight.
8287 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
8289 ##### Reason
8291 Readability.
8292 Ability for find operators using ADL.
8293 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
8295 ##### Example
8297     struct S { };
8298     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8299     S s;
8301     bool x = (s == s);
8303 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
8305 ##### Example
8307     namespace N {
8308         struct S { };
8309         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
8310     }
8312     N::S s;
8314     bool x = (s == s);  // finds N::operator==() by ADL
8316 ##### Example, bad
8318     struct S { };
8319     S s;
8321     namespace N {
8322         S::operator!(S a) { return true; }
8323         S not_s = !s;
8324     }
8326     namespace M {
8327         S::operator!(S a) { return false; }
8328         S not_s = !s;
8329     }
8331 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
8332 This can be most confusing.
8333 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
8335 ##### Note
8337 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
8338 For example:
8340     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
8342 This may be something best avoided.
8344 ##### See also
8346 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
8348 ##### Enforcement
8350 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
8352 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
8354 ##### Reason
8356 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
8358 ##### Example
8360     void f(int);
8361     void f(double);
8362     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
8364     auto g = [](int) { /* ... */ };
8365     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
8367     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
8369 ##### Enforcement
8371 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
8373 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
8375 A `union` is a `struct` where all members start at the same address so that it can hold only one member at a time.
8376 A `union` does not keep track of which member is stored so the programmer has to get it right;
8377 this is inherently error-prone, but there are ways to compensate.
8379 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*.
8381 Union rule summary:
8383 * [C.180: Use `union`s to save Memory](#Ru-union)
8384 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8385 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
8386 * [C.183: Don't use a `union` for type punning](#Ru-pun)
8387 * ???
8389 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to save memory
8391 ##### Reason
8393 A `union` allows a single piece of memory to be used for different types of objects at different times.
8394 Consequently, it can be used to save memory when we have several objects that are never used at the same time.
8396 ##### Example
8398     union Value {
8399         int x;
8400         double d;
8401     };
8403     Value v = { 123 };  // now v holds an int
8404     cout << v.x << '\n';    // write 123
8405     v.d = 987.654;  // now v holds a double
8406     cout << v.d << '\n';    // write 987.654
8408 But heed the warning: [Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
8410 ##### Example
8412     // Short-string optimization
8414     constexpr size_t buffer_size = 16; // Slightly larger than the size of a pointer
8416     class Immutable_string {
8417     public:
8418         Immutable_string(const char* str) :
8419             size(strlen(str))
8420         {
8421             if (size < buffer_size)
8422                 strcpy_s(string_buffer, buffer_size, str);
8423             else {
8424                 string_ptr = new char[size + 1];
8425                 strcpy_s(string_ptr, size + 1, str);
8426             }
8427         }
8429         ~Immutable_string()
8430         {
8431             if (size >= buffer_size)
8432                 delete string_ptr;
8433         }
8435         const char* get_str() const
8436         {
8437             return (size < buffer_size) ? string_buffer : string_ptr;
8438         }
8440     private:
8441         // If the string is short enough, we store the string itself
8442         // instead of a pointer to the string.
8443         union {
8444             char* string_ptr;
8445             char string_buffer[buffer_size];
8446         };
8448         const size_t size;
8449     };
8451 ##### Enforcement
8455 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
8457 ##### Reason
8459 A *naked union* is a union without an associated indicator which member (if any) it holds,
8460 so that the programmer has to keep track.
8461 Naked unions are a source of type errors.
8463 ##### Example, bad
8465     union Value {
8466         int x;
8467         double d;
8468     };
8470     Value v;
8471     v.d = 987.654;  // v holds a double
8473 So far, so good, but we can easily misuse the `union`:
8475     cout << v.x << '\n';    // BAD, undefined behavior: v holds a double, but we read it as an int
8477 Note that the type error happened without any explicit cast.
8478 When we tested that program the last value printed was `1683627180` which it the integer value for the bit pattern for `987.654`.
8479 What we have here is an "invisible" type error that happens to give a result that could easily look innocent.
8481 And, talking about "invisible", this code produced no output:
8483     v.x = 123;
8484     cout << v.d << '\n';    // BAD: undefined behavior
8486 ##### Alternative
8488 Wrap a `union` in a class together with a type field.
8490 The C++17 `variant` type (found in `<variant>`) does that for you:
8492     variant<int, double> v;
8493     v = 123;        // v holds an int
8494     int x = get<int>(v);
8495     v = 123.456;    // v holds a double
8496     w = get<double>(v);
8498 ##### Enforcement
8502 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
8504 ##### Reason
8506 A well-designed tagged union is type safe.
8507 An *anonymous* union simplifies the definition of a class with a (tag, union) pair.
8509 ##### Example
8511 This example is mostly borrowed from TC++PL4 pp216-218.
8512 You can look there for an explanation.
8514 The code is somewhat elaborate.
8515 Handling a type with user-defined assignment and destructor is tricky.
8516 Saving programmers from having to write such code is one reason for including `variant` in the standard.
8518     class Value { // two alternative representations represented as a union
8519     private:
8520         enum class Tag { number, text };
8521         Tag type; // discriminant
8523         union { // representation (note: anonymous union)
8524             int i;
8525             string s; // string has default constructor, copy operations, and destructor
8526         };
8527     public:
8528         struct Bad_entry { }; // used for exceptions
8530         ~Value();
8531         Value& operator=(const Value&);   // necessary because of the string variant
8532         Value(const Value&);
8533         // ...
8534         int number() const;
8535         string text() const;
8537         void set_number(int n);
8538         void set_text(const string&);
8539         // ...
8540     };
8542     int Value::number() const
8543     {
8544         if (type != Tag::number) throw Bad_entry{};
8545         return i;
8546     }
8548     string Value::text() const
8549     {
8550         if (type != Tag::text) throw Bad_entry{};
8551         return s;
8552     }
8554     void Value::set_number(int n)
8555     {
8556         if (type == Tag::text) {
8557             s.~string();      // explicitly destroy string
8558             type = Tag::number;
8559         }
8560         i = n;
8561     }
8563     void Value::set_text(const string& ss)
8564     {
8565         if (type == Tag::text)
8566             s = ss;
8567         else {
8568             new(&s) string{ss};   // placement new: explicitly construct string
8569             type = Tag::text;
8570         }
8571     }
8573     Value& Value::operator=(const Value& e)   // necessary because of the string variant
8574     {
8575         if (type == Tag::text && e.type == Tag::text) {
8576             s = e.s;    // usual string assignment
8577             return *this;
8578         }
8580         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8582         switch (e.type) {
8583         case Tag::number:
8584             i = e.i;
8585             break;
8586         case Tag::text:
8587             new(&s) string(e.s);   // placement new: explicit construct
8588         }
8590         type = e.type;
8591         return *this;
8592     }
8594     Value::~Value()
8595     {
8596         if (type == Tag::text) s.~string(); // explicit destroy
8597     }
8599 ##### Enforcement
8603 ### <a name="Ru-pun"></a>C.183: Don't use a `union` for type punning
8605 ##### Reason
8607 It is undefined behavior to read a `union` member with a different type from the one with which it was written.
8608 Such punning is invisible, or at least harder to spot than using a named cast.
8609 Type punning using a `union` is a source of errors.
8611 ##### Example, bad
8613     union Pun {
8614         int x;
8615         unsigned char c[sizeof(int)];
8616     };
8618 The idea of `Pun` is to be able to look at the character representation of an `int`.
8620     void bad(Pun& u)
8621     {
8622         u.x = 'x';
8623         cout << u.c[0] << '\n';     // undefined behavior
8624     }
8626 If you wanted to see the bytes of an `int`, use a (named) cast:
8628     void if_you_must_pun(int& x)
8629     {
8630         auto p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&x);
8631         cout << p[0] << '\n';     // OK; better
8632         // ...
8633     }
8635 Accessing the result of an `reinterpret_cast` to a different type from the objects declared type is defined behavior (even though `reinterpret_cast` is discouraged),
8636 but at least we can see that something tricky is going on.
8638 ##### Note
8640 Unfortunately, `union`s are commonly used for type punning.
8641 We don't consider "sometimes, it works as expected" a strong argument.
8643 C++17 introduced a distinct type `std::byte` to facilitate operations on raw object representation.  Use that type instead of `unsigned char` or `char` for these operations.
8645 ##### Enforcement
8651 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
8653 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values.
8654 There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
8656 Enumeration rule summary:
8658 * [Enum.1: Prefer enumerations over macros](#Renum-macro)
8659 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants](#Renum-set)
8660 * [Enum.3: Prefer `enum class`es over "plain" `enum`s](#Renum-class)
8661 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
8662 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
8663 * [Enum.6: Avoid unnamed enumerations](#Renum-unnamed)
8664 * [Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary](#Renum-underlying)
8665 * [Enum.8: Specify enumerator values only when necessary](#Renum-value)
8667 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enumerations over macros
8669 ##### Reason
8671 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.
8673 ##### Example
8675 First some bad old code:
8677     // webcolors.h (third party header)
8678     #define RED   0xFF0000
8679     #define GREEN 0x00FF00
8680     #define BLUE  0x0000FF
8682     // productinfo.h
8683     // The following define product subtypes based on color
8684     #define RED    0
8685     #define PURPLE 1
8686     #define BLUE   2
8688     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
8690 Instead use an `enum`:
8692     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8693     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8695     int webby = blue;   // error: be specific
8696     Web_color webby = Web_color::blue;
8698 We used an `enum class` to avoid name clashes.
8700 ##### Enforcement
8702 Flag macros that define integer values.
8705 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of related named constants
8707 ##### Reason
8709 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type.
8713 ##### Example
8715     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8718 ##### Note
8720 Switching on an enumeration is common and the compiler can warn against unusual patterns of case labels. For example:
8722     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8724     void print(Product_info inf)
8725     {
8726         switch (inf) {
8727         case Product_info::red: cout << "red"; break;
8728         case Product_info::purple: cout << "purple"; break;
8729         }
8730     }
8732 Such off-by-one switch`statements are often the results of an added enumerator and insufficient testing.
8734 ##### Enforcement
8736 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover most but not all enumerators of an enumeration.
8737 * Flag `switch`-statements where the `case`s cover a few enumerators of an enumeration, but has no `default`.
8740 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
8742 ##### Reason
8744 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
8746 ##### Example
8748     void Print_color(int color);
8750     enum Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8751     enum Product_info { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
8753     Web_color webby = Web_color::blue;
8755     // Clearly at least one of these calls is buggy.
8756     Print_color(webby);
8757     Print_color(Product_info::Blue);
8759 Instead use an `enum class`:
8761     void Print_color(int color);
8763     enum class Web_color { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
8764     enum class Product_info { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
8766     Web_color webby = Web_color::blue;
8767     Print_color(webby);  // Error: cannot convert Web_color to int.
8768     Print_color(Product_info::Red);  // Error: cannot convert Product_info to int.
8770 ##### Enforcement
8772 (Simple) Warn on any non-class `enum` definition.
8774 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
8776 ##### Reason
8778 Convenience of use and avoidance of errors.
8780 ##### Example
8782     enum Day { mon, tue, wed, thu, fri, sat, sun };
8784     Day& operator++(Day& d)
8785     {
8786         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : static_cast<Day>(static_cast<int>(d)+1);
8787     }
8789     Day today = Day::sat;
8790     Day tomorrow = ++today;
8792 The use of a `static_cast` is not pretty, but
8794     Day& operator++(Day& d)
8795     {
8796         return d = (d == Day::sun) ? Day::mon : Day{++d};    // error
8797     }
8799 is an infinite recursion, and writing it without a cast, using a `switch` on all cases is long-winded.
8802 ##### Enforcement
8804 Flag repeated expressions cast back into an enumeration.
8807 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
8809 ##### Reason
8811 Avoid clashes with macros.
8813 ##### Example, bad
8815      // webcolors.h (third party header)
8816     #define RED   0xFF0000
8817     #define GREEN 0x00FF00
8818     #define BLUE  0x0000FF
8820     // productinfo.h
8821     // The following define product subtypes based on color
8823     enum class Product_info { RED, PURPLE, BLUE };   // syntax error
8825 ##### Enforcement
8827 Flag ALL_CAPS enumerators.
8829 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Avoid unnamed enumerations
8831 ##### Reason
8833 If you can't name an enumeration, the values are not related
8835 ##### Example, bad
8837     enum { red = 0xFF0000, scale = 4, is_signed = 1 };
8839 Such code is not uncommon in code written before there were convenient alternative ways of specifying integer constants.
8841 ##### Alternative
8843 Use `constexpr` values instead. For example:
8845     constexpr int red = 0xFF0000;
8846     constexpr short scale = 4;
8847     constexpr bool is_signed = true;
8849 ##### Enforcement
8851 Flag unnamed enumerations.
8854 ### <a name="Renum-underlying"></a>Enum.7: Specify the underlying type of an enumeration only when necessary
8856 ##### Reason
8858 The default is the easiest to read and write.
8859 `int` is the default integer type.
8860 `int` is compatible with C `enum`s.
8862 ##### Example
8864     enum class Direction : char { n, s, e, w,
8865                                   ne, nw, se, sw };  // underlying type saves space
8867     enum class Web_color : int32_t { red   = 0xFF0000,
8868                                      green = 0x00FF00,
8869                                      blue  = 0x0000FF };  // underlying type is redundant
8871 ##### Note
8873 Specifying the underlying type is necessary in forward declarations of enumerations:
8875     enum Flags : char;
8877     void f(Flags);
8879     // ....
8881     enum flags : char { /* ... */ };
8884 ##### Enforcement
8886 ????
8889 ### <a name="Renum-value"></a>Enum.8: Specify enumerator values only when necessary
8891 ##### Reason
8893 It's the simplest.
8894 It avoids duplicate enumerator values.
8895 The default gives a consecutive set of values that is good for `switch`-statement implementations.
8897 ##### Example
8899     enum class Col1 { red, yellow, blue };
8900     enum class Col2 { red = 1, yellow = 2, blue = 2 }; // typo
8901     enum class Month { jan = 1, feb, mar, apr, may, jun,
8902                        jul, august, sep, oct, nov, dec }; // starting with 1 is conventional
8903     enum class Base_flag { dec = 1, oct = dec << 1, hex = dec << 2 }; // set of bits
8905 Specifying values is necessary to match conventional values (e.g., `Month`)
8906 and where consecutive values are undesirable (e.g., to get separate bits as in `Base_flag`).
8908 ##### Enforcement
8910 * Flag duplicate enumerator values
8911 * Flag explicitly specified all-consecutive enumerator values
8914 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
8916 This section contains rules related to resources.
8917 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
8918 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
8919 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.
8920 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
8922 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
8923 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.
8924 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.
8925 Here, we ignore such cases.
8927 * Resource management rule summary:
8929   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
8930   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
8931   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
8932   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
8933   * [R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily](#Rr-scoped)
8934   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
8936 * Allocation and deallocation rule summary:
8938   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
8939   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
8940   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
8941   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
8942   * [R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`](#Rr-ap)
8943   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
8945 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
8947   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
8948   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
8949   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
8950   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
8951   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
8952   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
8953   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
8954   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
8955   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
8956   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
8957   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
8958   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
8959   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
8961 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
8963 ##### Reason
8965 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
8966 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`.
8967 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.
8969 ##### Example, bad
8971 Consider:
8973     void send(X* x, cstring_span destination)
8974     {
8975         auto port = open_port(destination);
8976         my_mutex.lock();
8977         // ...
8978         send(port, x);
8979         // ...
8980         my_mutex.unlock();
8981         close_port(port);
8982         delete x;
8983     }
8985 In this code, you have to remember to `unlock`, `close_port`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
8986 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
8988 ##### Example
8990 Consider:
8992     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
8993     {
8994         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
8995         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
8996         // ...
8997         send(port, x);
8998         // ...
8999     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
9001 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.
9003 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
9005     class Port {
9006         PortHandle port;
9007     public:
9008         Port(cstring_span destination) : port{open_port(destination)} { }
9009         ~Port() { close_port(port); }
9010         operator PortHandle() { return port; }
9012         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
9013         Port(const Port&) = delete;
9014         Port& operator=(const Port&) = delete;
9015     };
9017 ##### Note
9019 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#Re-finally)
9021 **See also**: [RAII](#Rr-raii)
9023 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
9025 ##### Reason
9027 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
9028 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
9030 ##### Example, bad
9032     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
9033     {
9034         // ...
9035         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
9036         // ...
9037     }
9039 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
9040 Use a `span` instead.
9042 ##### Example
9044     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
9045     {
9046         // ... uses *p and p[0] only ...
9047     }
9049 ##### Exception
9051 C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
9052 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
9054 ##### Note
9056 Many current uses of pointers to a single element could be references.
9057 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be a reasonable alternative.
9059 ##### Enforcement
9061 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
9062   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
9063 * Flag array names passed as simple pointers
9065 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
9067 ##### Reason
9069 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
9070 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9072 ##### Example
9074     void f()
9075     {
9076         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
9077         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
9078         // ...
9079     }
9081 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
9083 ##### Example
9085     template<typename T>
9086     class X {
9087         // ...
9088     public:
9089         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
9090         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
9091     };
9093 We can fix that problem by making ownership explicit:
9095     template<typename T>
9096     class X2 {
9097         // ...
9098     public:
9099         owner<T*> p;  // OK: p is owning
9100         T* q;         // OK: q is not owning
9101     };
9103 ##### Exception
9105 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.
9106 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
9107 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
9108 we encourage the development, deployment and use of such tools,
9109 we hope the guidelines will help the development of such tools,
9110 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
9111 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.
9113 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
9114 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
9115 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
9116 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
9117 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
9118 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
9119 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
9121 ##### Note
9123 `owner<T*>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
9124 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
9125 For example, if an `owner<T*>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
9127 ##### Example, bad
9129 Returning a (raw) pointer imposes a lifetime management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
9131     Gadget* make_gadget(int n)
9132     {
9133         auto p = new Gadget{n};
9134         // ...
9135         return p;
9136     }
9138     void caller(int n)
9139     {
9140         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
9141         // ...
9142         delete p;
9143     }
9145 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)):
9147     Gadget make_gadget(int n)
9148     {
9149         Gadget g{n};
9150         // ...
9151         return g;
9152     }
9154 ##### Note
9156 This rule applies to factory functions.
9158 ##### Note
9160 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."
9162 ##### Enforcement
9164 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
9165 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
9166 * (Simple) Warn if the return value of `new` is assigned to a raw pointer.
9167 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
9168   Suggest considering returning it by value instead.
9170 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
9172 ##### Reason
9174 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
9175 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
9177 ##### Example
9179     void f()
9180     {
9181         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
9182         // ...
9183         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
9184     }
9186 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
9188 ##### Enforcement
9190 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
9192 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Prefer scoped objects, don't heap-allocate unnecessarily
9194 ##### Reason
9196 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
9197 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
9198 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
9200 ##### Example
9202 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:
9204     void f(int n)
9205     {
9206         auto p = new Gadget{n};
9207         // ...
9208         delete p;
9209     }
9211 Instead, use a local variable:
9213     void f(int n)
9214     {
9215         Gadget g{n};
9216         // ...
9217     }
9219 ##### Enforcement
9221 * (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.
9222 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
9224 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
9226 ##### Reason
9228 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
9229 They are a notable source of errors.
9231 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
9232 If you use a global object initialize it with a constant.
9233 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
9235 ##### Exception
9237 A global object is often better than a singleton.
9239 ##### Exception
9241 An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
9243 ##### Enforcement
9245 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
9247 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
9249 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
9251 ##### Reason
9253  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
9255 ##### Example
9257     class Record {
9258         int id;
9259         string name;
9260         // ...
9261     };
9263     void use()
9264     {
9265         // p1 may be nullptr
9266         // *p1 is not initialized; in particular,
9267         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
9268         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
9270         auto p2 = new Record;
9272         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
9273         auto p3 = new(nothrow) Record;
9274         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
9276         // ...
9278         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
9279         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
9280     }
9282 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
9284 ##### Exception
9286 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
9287 Some of the best such examples are in life-critical hard-real-time code.
9288 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
9289 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
9290 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
9292 ##### Enforcement
9294 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
9296 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
9298 ##### Reason
9300 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
9301 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
9303 ##### Note
9305 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
9306 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?
9307 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
9308 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
9310 ##### Enforcement
9312 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
9314 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
9316 ##### Reason
9318 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
9320 ##### Example, bad
9322     void f(const string& name)
9323     {
9324         FILE* f = fopen(name, "r");            // open the file
9325         vector<char> buf(1024);
9326         auto _ = finally([f] { fclose(f); });  // remember to close the file
9327         // ...
9328     }
9330 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
9332 ##### Example
9334     void f(const string& name)
9335     {
9336         ifstream f{name};   // open the file
9337         vector<char> buf(1024);
9338         // ...
9339     }
9341 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
9343 ##### Enforcement
9345 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9347 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
9349 ##### Reason
9351 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.
9353 ##### Example
9355     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
9357 This `fun` can be called like this:
9359     // BAD: potential leak
9360     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
9362 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
9363 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
9364 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
9365 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
9367 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
9368 For example:
9370     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
9371     fun(sp1, new Widget(c, d));
9373 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
9375     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
9377 Write your own factory wrapper if there is not one already.
9379 ##### Enforcement
9381 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
9383 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: Avoid `[]` parameters, prefer `span`
9385 ##### Reason
9387 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
9388 Use `span` to preserve size information.
9390 ##### Example
9392     void f(int[]);          // not recommended
9394     void f(int*);           // not recommended for multiple objects
9395                             // (a pointer should point to a single object, do not subscript)
9397     void f(gsl::span<int>); // good, recommended
9399 ##### Enforcement
9401 Flag `[]` parameters. Use `span` instead.
9403 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
9405 ##### Reason
9407 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
9409 ##### Example
9411     class X {
9412         // ...
9413         void* operator new(size_t s);
9414         void operator delete(void*);
9415         // ...
9416     };
9418 ##### Note
9420 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
9421 Don't leave it undeclared.
9423 ##### Enforcement
9425 Flag incomplete pairs.
9427 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
9429 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
9431 ##### Reason
9433 They can prevent resource leaks.
9435 ##### Example
9437 Consider:
9439     void f()
9440     {
9441         X x;
9442         X* p1 { new X };              // see also ???
9443         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
9444         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
9445         auto p4 = make_unique<X>();   // unique_ownership, preferable to the explicit use "new"
9446         auto p5 = make_shared<X>();   // shared ownership, preferable to the explicit use "new"
9447     }
9449 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
9451 ##### Enforcement
9453 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
9455 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
9457 ##### Reason
9459 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
9461 ##### Example, bad
9463 This needlessly adds and maintains a reference count.
9465     void f()
9466     {
9467         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
9468         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
9469     } // destroy base
9471 ##### Example
9473 This is more efficient:
9475     void f()
9476     {
9477         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
9478         // use base locally
9479     } // destroy base
9481 ##### Enforcement
9483 (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.
9485 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
9487 ##### Reason
9489 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.
9491 ##### Example
9493 Consider:
9495     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
9496     auto p = make_shared<X>(2);    // good
9498 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
9500 ##### Enforcement
9502 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
9504 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
9506 ##### Reason
9508 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
9510 ##### Note
9512 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
9514 ##### Enforcement
9516 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
9518 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
9520 ##### Reason
9522  `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
9523 be able to destroy a cyclic structure.
9525 ##### Example
9527     #include <memory>
9529     class bar;
9531     class foo
9532     {
9533     public:
9534       explicit foo(const std::shared_ptr<bar>& forward_reference)
9535         : forward_reference_(forward_reference)
9536       { }
9537     private:
9538       std::shared_ptr<bar> forward_reference_;
9539     };
9541     class bar
9542     {
9543     public:
9544       explicit bar(const std::weak_ptr<foo>& back_reference)
9545         : back_reference_(back_reference)
9546       { }
9547       void do_something()
9548       {
9549         if (auto shared_back_reference = back_reference_.lock()) {
9550           // Use *shared_back_reference
9551         }
9552       }
9553     private:
9554       std::weak_ptr<foo> back_reference_;
9555     };
9557 ##### Note
9559  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
9560 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
9561 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
9563 ##### Enforcement
9565 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
9567 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
9569 ##### Reason
9571 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
9572 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
9573 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
9575 ##### Example, bad
9577     // callee
9578     void f(shared_ptr<widget>& w)
9579     {
9580         // ...
9581         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
9582         // ...
9583     };
9585     // caller
9586     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9587     f(my_widget);
9589     widget stack_widget;
9590     f(stack_widget); // error
9592 ##### Example, good
9594     // callee
9595     void f(widget& w)
9596     {
9597         // ...
9598         use(w);
9599         // ...
9600     };
9602     // caller
9603     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
9604     f(*my_widget);
9606     widget stack_widget;
9607     f(stack_widget); // ok -- now this works
9609 ##### Enforcement
9611 * (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()`.
9612   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9613 * 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.
9614   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
9616 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
9618 ##### Reason
9620 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.
9621 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
9623 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
9625 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
9626 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
9628 ##### Example
9630     // use Boost's intrusive_ptr
9631     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
9632     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
9633     {
9634         p->foo();
9635     }
9637     // use Microsoft's CComPtr
9638     #include <atlbase.h>
9639     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
9640     {
9641         p->foo();
9642     }
9644 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
9645 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
9646 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&`.
9647 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.
9649 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
9651 ##### Reason
9653 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
9655 ##### Example
9657     void sink(unique_ptr<widget>); // takes ownership of the widget
9659     void uses(widget*);            // just uses the widget
9661 ##### Example, bad
9663     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9665 ##### Enforcement
9667 * (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.
9668 * (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.
9670 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
9672 ##### Reason
9674 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
9676 ##### Note
9678 "reseat" means "making a pointer or a smart pointer refer to a different object."
9680 ##### Example
9682     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
9684 ##### Example, bad
9686     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
9688 ##### Enforcement
9690 * (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.
9691 * (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.
9693 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
9695 ##### Reason
9697 This makes the function's ownership sharing explicit.
9699 ##### Example, good
9701     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9703     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9705     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9707 ##### Enforcement
9709 * (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.
9710 * (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.
9711 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9713 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
9715 ##### Reason
9717 This makes the function's reseating explicit.
9719 ##### Note
9721 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
9723 ##### Example, good
9725     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9727     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9729     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9731 ##### Enforcement
9733 * (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.
9734 * (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.
9735 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9737 ### <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 ???
9739 ##### Reason
9741 This makes the function's ??? explicit.
9743 ##### Example, good
9745     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
9747     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
9749     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
9751 ##### Enforcement
9753 * (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.
9754 * (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.
9755 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
9757 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
9759 ##### Reason
9761 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
9762 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
9763 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
9764 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
9766 ##### Note
9768 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.
9770 ##### Example
9772 Consider this code:
9774     // global (static or heap), or aliased local ...
9775     shared_ptr<widget> g_p = ...;
9777     void f(widget& w)
9778     {
9779         g();
9780         use(w);  // A
9781     }
9783     void g()
9784     {
9785         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
9786     }
9788 The following should not pass code review:
9790     void my_code()
9791     {
9792         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
9793         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
9794         f(*g_p);
9796         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
9797         g_p->func();
9798     }
9800 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
9802     void my_code()
9803     {
9804         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
9805         auto pin = g_p;
9807         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
9808         f(*pin);
9810         // GOOD: same reason
9811         pin->func();
9812     }
9814 ##### Enforcement
9816 * (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.
9818 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and statements
9820 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
9822 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
9824 General rules:
9826 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
9827 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
9829 Declaration rules:
9831 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
9832 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
9833 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
9834 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
9835 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
9836 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
9837 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
9838 * [ES.12: Do not reuse names in nested scopes](#Res-reuse)
9839 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
9840 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
9841 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
9842 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
9843 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers](#Res-unique)
9844 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
9845 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
9846 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
9847 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
9848 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
9849 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
9850 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
9851 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
9852 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
9854 Expression rules:
9856 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
9857 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
9858 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
9859 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
9860 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
9861 * [ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
9862 * [ES.46: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
9863 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
9864 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
9865 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
9866 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
9867 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
9868 * [ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope](#Res-move)
9869 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
9870 * [ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
9871 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
9872 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
9873 * [ES.64: Use the `T{e}`notation for construction](#Res-construct)
9874 * [ES.65: Don't dereference an invalid pointer](#Res-deref)
9876 Statement rules:
9878 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
9879 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
9880 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
9881 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
9882 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement](#Res-for-init)
9883 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
9884 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
9885 * [ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops](#Res-continue)
9886 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
9887 * [ES.79: Use `default` to handle common cases (only)](#Res-default)
9888 * [ES.84: Don't try to declare a local variable with no name](#Res-noname)
9889 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
9890 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
9891 * [ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions](#Res-if)
9893 Arithmetic rules:
9895 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
9896 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
9897 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
9898 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
9899 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
9900 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
9901 * [ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`](#Res-nonnegative)
9902 * [ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`](#Res-subscripts)
9904 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
9906 ##### Reason
9908 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.
9909 The ISO C++ Standard Library is among the most widely known and best tested libraries.
9910 It is available as part of all C++ Implementations.
9912 ##### Example
9914     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
9916 a range version of `accumulate` would be even better:
9918     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
9920 but don't hand-code a well-known algorithm:
9922     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
9923     double sum = 0.0;
9924     for (int i = 0; i < max; ++i)
9925         sum = sum + v[i];
9927 ##### Exception
9929 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.
9931 ##### Enforcement
9933 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9935 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
9937 ##### Reason
9939 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.
9941 ##### Example
9943     vector<string> read1(istream& is)   // good
9944     {
9945         vector<string> res;
9946         for (string s; is >> s;)
9947             res.push_back(s);
9948         return res;
9949     }
9951 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
9953     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
9954     {
9955         auto res = new char*[maxelem];
9956         int elemcount = 0;
9957         while (is && elemcount < maxelem) {
9958             auto s = new char[maxstring];
9959             is.read(s, maxstring);
9960             res[elemcount++] = s;
9961         }
9962         nread = &elemcount;
9963         return res;
9964     }
9966 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.
9968 ##### Enforcement
9970 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
9972 ## ES.dcl: Declarations
9974 A declaration is a statement. A declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
9976 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
9978 ##### Reason
9980 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
9982 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
9984 ##### Example
9986     void use()
9987     {
9988         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
9989         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
9990         // no intended use of i here
9991         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
9993         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
9994             // ... deal with Circle ...
9995         }
9996         else {
9997             // ... handle error ...
9998         }
9999     }
10001 ##### Example, bad
10003     void use(const string& name)
10004     {
10005         string fn = name + ".txt";
10006         ifstream is {fn};
10007         Record r;
10008         is >> r;
10009         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
10010     }
10012 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`
10013 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
10014 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
10016     Record load_record(const string& name)
10017     {
10018         string fn = name + ".txt";
10019         ifstream is {fn};
10020         Record r;
10021         is >> r;
10022         return r;
10023     }
10025     void use(const string& name)
10026     {
10027         Record r = load_record(name);
10028         // ... 200 lines of code ...
10029     }
10031 ##### Enforcement
10033 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
10034 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
10036 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
10038 ##### Reason
10040 Readability. Minimize resource retention.
10042 ##### Example
10044     void use()
10045     {
10046         for (string s; cin >> s;)
10047             v.push_back(s);
10049         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
10050             // ...
10051         }
10053         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
10054             // ... deal with Circle ...
10055         }
10056         else {
10057             // ... handle error ...
10058         }
10059     }
10061 ##### Enforcement
10063 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
10064 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
10066 ##### C++17 and C++20 example
10068 Note: C++17 and C++20 also add `if`, `switch`, and range-`for` initializer statements. These require C++17 and C++20 support.
10070     map<int, string> mymap;
10072     if (auto result = mymap.insert(value); result.second) {
10073         // insert succeeded, and result is valid for this block
10074         use(result.first);  // ok
10075         // ...
10076     } // result is destroyed here
10078 ##### C++17 and C++20 enforcement (if using a C++17 or C++20 compiler)
10080 * Flag selection/loop variables declared before the body and not used after the body
10081 * (hard) Flag selection/loop variables declared before the body and used after the body for an unrelated purpose.
10085 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
10087 ##### Reason
10089 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
10091 ##### Example
10093 Conventional short, local names increase readability:
10095     template<typename T>    // good
10096     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
10097     {
10098         for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)
10099             os << v[i] << '\n';
10100     }
10102 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
10104     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
10105     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
10106     {
10107         for (gsl::index current_element_index = 0;
10108              current_element_index < current_vector.size();
10109              ++current_element_index
10110         )
10111         target_stream << current_vector[current_element_index] << '\n';
10112     }
10114 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
10116 ##### Example
10118 Unconventional and short non-local names obscure code:
10120     void use1(const string& s)
10121     {
10122         // ...
10123         tt(s);   // bad: what is tt()?
10124         // ...
10125     }
10127 Better, give non-local entities readable names:
10129     void use1(const string& s)
10130     {
10131         // ...
10132         trim_tail(s);   // better
10133         // ...
10134     }
10136 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
10138 ##### Example, bad
10140 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
10142     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
10143     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in
10144     // vi placing (name, index) pairs into out
10145     {
10146         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
10147     }
10149 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
10151 ##### Enforcement
10153 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
10155 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
10157 ##### Reason
10159 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
10161 ##### Example, bad
10163     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
10165 ##### Example, bad
10167 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.
10169     struct foo { int n; };
10170     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
10171     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
10173 ##### Exception
10175 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
10177 ##### Enforcement
10179 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
10180 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
10182 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
10184 ##### Reason
10186 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
10188 ##### Example
10190     // somewhere in some header:
10191     #define NE !=
10193     // somewhere else in some other header:
10194     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
10196     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
10197     switch (direction) {
10198     case N:
10199         // ...
10200     case NE:
10201         // ...
10202     // ...
10203     }
10205 ##### Note
10207 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
10209 ##### Enforcement
10211 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
10213 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
10215 ##### Reason
10217 One declaration per line increases readability and avoids mistakes related to
10218 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
10219 comment.
10221 ##### Example, bad
10223     char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
10225 ##### Exception
10227 A function declaration can contain several function argument declarations.
10229 ##### Exception
10231 A structured binding (C++17) is specifically designed to introduce several variables:
10233     auto [iter, inserted] = m.insert_or_assign(k, val);
10234     if (inserted) { /* new entry was inserted */ }
10236 ##### Example
10238     template <class InputIterator, class Predicate>
10239     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10241 or better using concepts:
10243     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
10245 ##### Example
10247     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10251     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
10252         double x,     // base value
10253         int n         // exponent
10254     );
10258     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
10259     double scalbn(double base, int exponent);
10261 ##### Example
10263     int a = 7, b = 9, c, d = 10, e = 3;
10265 In a long list of declarators it is easy to overlook an uninitialized variable.
10267 ##### Enforcement
10269 Flag variable and constant declarations with multiple declarators (e.g., `int* p, q;`)
10271 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
10273 ##### Reason
10275 * Simple repetition is tedious and error-prone.
10276 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
10277 * In a template function declaration the return type can be a member type.
10279 ##### Example
10281 Consider:
10283     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
10284     auto h = t.future();
10285     auto q = make_unique<int[]>(s);
10286     auto f = [](int x){ return x + 10; };
10288 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
10290 ##### Example
10292     template<class T>
10293     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
10295 ##### Exception
10297 Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
10299 ##### Example
10301     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
10302     auto x{1};   // x is an int (in C++17; initializer_list in C++11)
10304 ##### Note
10306 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
10308     // ...
10309     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
10311 ##### Example (C++17)
10313     auto [ quotient, remainder ] = div(123456, 73);   // break out the members of the div_t result
10315 ##### Enforcement
10317 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
10319 ### <a name="Res-reuse"></a>ES.12: Do not reuse names in nested scopes
10321 ##### Reason
10323 It is easy to get confused about which variable is used.
10324 Can cause maintenance problems.
10326 ##### Example, bad
10328     int d = 0;
10329     // ...
10330     if (cond) {
10331         // ...
10332         d = 9;
10333         // ...
10334     }
10335     else {
10336         // ...
10337         int d = 7;
10338         // ...
10339         d = value_to_be_returned;
10340         // ...
10341     }
10343     return d;
10345 If this is a large `if`-statement, it is easy to overlook that a new `d` has been introduced in the inner scope.
10346 This is a known source of bugs.
10347 Sometimes such reuse of a name in an inner scope is called "shadowing".
10349 ##### Note
10351 Shadowing is primarily a problem when functions are too large and too complex.
10353 ##### Example
10355 Shadowing of function arguments in the outermost block is disallowed by the language:
10357     void f(int x)
10358     {
10359         int x = 4;  // error: reuse of function argument name
10361         if (x) {
10362             int x = 7;  // allowed, but bad
10363             // ...
10364         }
10365     }
10367 ##### Example, bad
10369 Reuse of a member name as a local variable can also be a problem:
10371     struct S {
10372         int m;
10373         void f(int x);
10374     };
10376     void S::f(int x)
10377     {
10378         m = 7;    // assign to member
10379         if (x) {
10380             int m = 9;
10381             // ...
10382             m = 99; // assign to local variable
10383             // ...
10384         }
10385     }
10387 ##### Exception
10389 We often reuse function names from a base class in a derived class:
10391     struct B {
10392         void f(int);
10393     };
10395     struct D : B {
10396         void f(double);
10397         using B::f;
10398     };
10400 This is error-prone.
10401 For example, had we forgotten the using declaration, a call `d.f(1)` would not have found the `int` version of `f`.
10403 ??? Do we need a specific rule about shadowing/hiding in class hierarchies?
10405 ##### Enforcement
10407 * Flag reuse of a name in nested local scopes
10408 * Flag reuse of a member name as a local variable in a member function
10409 * Flag reuse of a global name as a local variable or a member name
10410 * Flag reuse of a base class member name in a derived class (except for function names)
10412 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
10414 ##### Reason
10416 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
10417 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
10418 Simplify refactoring.
10420 ##### Example
10422     void use(int arg)
10423     {
10424         int i;   // bad: uninitialized variable
10425         // ...
10426         i = 7;   // initialize i
10427     }
10429 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
10431     void use(int arg)   // OK
10432     {
10433         int i = 7;   // OK: initialized
10434         string s;    // OK: default initialized
10435         // ...
10436     }
10438 ##### Note
10440 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
10441 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
10443 * It leads to less readable code
10444 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
10445 * It leads to harder to read code
10446 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
10447 * It hampers refactoring
10449 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
10451 ##### Example
10453 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
10455     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
10456     widget j;
10458     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
10459         i = f1();
10460         j = f2();
10461     }
10462     else {
10463         i = f3();
10464         j = f4();
10465     }
10467 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
10468 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
10469 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.
10471 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
10473     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
10474     {
10475         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
10476     }
10478     auto [i, j] = make_related_widgets(cond);    // C++17
10480 ##### Note
10482 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
10483 It has also been a major source of errors and complexity.
10484 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
10486 ##### Example
10488 This rule covers member variables.
10490     class X {
10491     public:
10492         X(int i, int ci) : m2{i}, cm2{ci} {}
10493         // ...
10495     private:
10496         int m1 = 7;
10497         int m2;
10498         int m3;
10500         const int cm1 = 7;
10501         const int cm2;
10502         const int cm3;
10503     };
10505 The compiler will flag the uninitialized `cm3` because it is a `const`, but it will not catch the lack of initialization of `m3`.
10506 Usually, a rare spurious member initialization is worth the absence of errors from lack of initialization and often an optimizer
10507 can eliminate a redundant initialization (e.g., an initialization that occurs immediately before an assignment).
10509 ##### Exception
10511 If you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
10512 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
10514     constexpr int max = 8 * 1024;
10515     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
10516     f.read(buf, max);
10518 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
10519 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
10521     constexpr int max = 8 * 1024;
10522     int buf[max] = {};   // zero all elements; better in some situations
10523     f.read(buf, max);
10525 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
10527     string s;   // s is default initialized to ""
10528     cin >> s;   // s expands to hold the string
10530 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
10532     int i;   // bad
10533     // ...
10534     cin >> i;
10536 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.
10538     int i2 = 0;   // better, assuming that zero is an acceptable value for i2
10539     // ...
10540     cin >> i2;
10542 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
10544 ##### Example
10546 Using a value representing "uninitialized" is a symptom of a problem and not a solution:
10548     widget i = uninit;  // bad
10549     widget j = uninit;
10551     // ...
10552     use(i);         // possibly used before set
10553     // ...
10555     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
10556         i = f1();
10557         j = f2();
10558     }
10559     else {
10560         i = f3();
10561         j = f4();
10562     }
10564 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?
10566 ##### Note
10568 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
10570     error_code ec;
10571     Value v = [&] {
10572         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10573         ec = p.first;
10574         return p.second;
10575     }();
10577 or maybe:
10579     Value v = [] {
10580         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
10581         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
10582         return p.second;
10583     }();
10585 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
10587 ##### Enforcement
10589 * Flag every uninitialized variable.
10590   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
10591 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
10592   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
10594 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
10596 ##### Reason
10598 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
10600 ##### Example
10602     int x = 7;
10603     // ... no use of x here ...
10604     ++x;
10606 ##### Enforcement
10608 Flag declarations that are distant from their first use.
10610 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
10612 ##### Reason
10614 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
10616 ##### Example, bad
10618     string s;
10619     // ... no use of s here ...
10620     s = "what a waste";
10622 ##### Example, bad
10624     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
10626     if (cond)   // some non-trivial condition
10627         Set(&var);
10628     else if (cond2 || !cond3) {
10629         var = Set2(3.14);
10630     }
10631     else {
10632         var = 0;
10633         for (auto& e : something)
10634             var += e;
10635     }
10637     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
10639 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
10640 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
10641 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
10643 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
10645 ##### Enforcement
10647 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
10648 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
10650 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
10652 ##### Reason
10654 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
10656 ##### Example
10658     int x {f(99)};
10659     vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
10661 ##### Exception
10663 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
10665     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
10666     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
10668 ##### Note
10670 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions (and that is usually a good thing).
10672 ##### Example
10674     int x {7.9};   // error: narrowing
10675     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
10676     int z = gsl::narrow_cast<int>(7.9);  // OK: you asked for it
10678 ##### Note
10680 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
10682     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
10683     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
10684         // ...
10685     };
10686     X var {};   // initialize var to be empty
10687     struct S {
10688         int m {7};   // default initializer for a member
10689         // ...
10690     };
10692 For that reason, `{}`-initialization is often called "uniform initialization"
10693 (though there unfortunately are a few irregularities left).
10695 ##### Note
10697 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until C++17.
10698 The C++17 rules are somewhat less surprising:
10700     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
10701     auto x2 = {7};  // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
10703     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
10704     auto x22 = {7, 8};  // x22 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
10706 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
10708     auto fib10 = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55};   // fib10 is a list
10710 ##### Note
10712 `={}` gives copy initialization whereas `{}` gives direct initialization.
10713 Like the distinction between copy-initialization and direct-initialization itself, this can lead to surprises.
10714 `{}` accepts `explicit` constructors; `={}` does not`. For example:
10716     struct Z { explicit Z() {} };
10718     Z z1{};     // OK: direct initialization, so we use explicit constructor
10719     Z z2 = {};  // error: copy initialization, so we cannot use the explicit constructor
10721 Use plain `{}`-initialization unless you specifically want to disable explicit constructors.
10723 ##### Note
10725 Old habits die hard, so this rule is hard to apply consistently, especially as there are so many cases where `=` is innocent.
10727 ##### Example
10729     template<typename T>
10730     void f()
10731     {
10732         T x1(1);    // T initialized with 1
10733         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
10735         T y1 {1};   // T initialized with 1
10736         T y0 {};    // default initialized T
10737         // ...
10738     }
10740 **See also**: [Discussion](#???)
10742 ##### Enforcement
10744 Tricky.
10746 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
10747 * Look for `=` after `auto` has been seen.
10749 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
10751 ##### Reason
10753 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
10754 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
10755 increases readability, and it has zero or near zero run-time cost.
10757 ##### Example
10759     void use(bool leak)
10760     {
10761         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
10762         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
10763         // ... no assignment to p2 ...
10764         if (leak) return;
10765         // ... no assignment to p2 ...
10766         vector<int> v(7);
10767         v.at(7) = 0;                    // exception thrown
10768         // ...
10769     }
10771 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
10772 The same is the case when `at()` throws.
10774 ##### Enforcement
10776 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
10778 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
10780 ##### Reason
10782 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
10784 ##### Example
10786     void f(int n)
10787     {
10788         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
10789         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
10790         // ...
10791     }
10793 ##### Enforcement
10795 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
10796 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
10797 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
10799 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
10801 ##### Reason
10803 Readability and safety.
10805 ##### Example, bad
10807     void use()
10808     {
10809         int i;
10810         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
10811         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
10812     }
10814 ##### Note
10816 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.
10818     void write_to_file() {
10819         std::string buffer;             // to avoid reallocations on every loop iteration
10820         for (auto& o : objects)
10821         {
10822             // First part of the work.
10823             generate_first_String(buffer, o);
10824             write_to_file(buffer);
10826             // Second part of the work.
10827             generate_second_string(buffer, o);
10828             write_to_file(buffer);
10830             // etc...
10831         }
10832     }
10834 ##### Enforcement
10836 Flag recycled variables.
10838 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
10840 ##### Reason
10842 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
10843 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
10845 ##### Example, bad
10847     const int n = 7;
10848     int m = 9;
10850     void f()
10851     {
10852         int a1[n];
10853         int a2[m];   // error: not ISO C++
10854         // ...
10855     }
10857 ##### Note
10859 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
10860 There is a lot of such code.
10861 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
10862 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
10863 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
10865 ##### Example
10867     const int n = 7;
10868     int m = 9;
10870     void f()
10871     {
10872         array<int, n> a1;
10873         stack_array<int> a2(m);
10874         // ...
10875     }
10877 ##### Enforcement
10879 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
10880 * Flag arrays with non-local constant bounds
10882 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
10884 ##### Reason
10886 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.
10888 ##### Example, bad
10890     widget x;   // should be const, but:
10891     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {          // this could be some
10892         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10893     }                                        // needed to initialize x
10894     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
10896 ##### Example, good
10898     const widget x = [&]{
10899         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
10900         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
10901             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
10902         }                                          // needed to initialize x
10903         return val;
10904     }();
10906 ##### Example
10908     string var = [&]{
10909         if (!in) return "";   // default
10910         string s;
10911         for (char c : in >> c)
10912             s += toupper(c);
10913         return s;
10914     }(); // note ()
10916 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.
10918 ##### Enforcement
10920 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
10922 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
10924 ##### Reason
10926 Macros are a major source of bugs.
10927 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10928 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10929 Macros complicate tool building.
10931 ##### Example, bad
10933     #define Case break; case   /* BAD */
10935 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
10937 ##### Note
10939 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
10941 In the future, modules are likely to eliminate the need for macros in configuration control.
10943 ##### Note
10945 This rule is meant to also discourage use of `#` for stringification and `##` for concatenation.
10946 As usual for macros, there are uses that are "mostly harmless", but even these can create problems for tools,
10947 such as auto completers, static analyzers, and debuggers.
10948 Often the desire to use fancy macros is a sign of an overly complex design.
10949 Also, `#` and `##` encourages the definition and use of macros:
10951     #define CAT(a, b) a ## b
10952     #define STRINGIFY(a) #a
10954     void f(int x, int y)
10955     {
10956         string CAT(x, y) = "asdf";   // BAD: hard for tools to handle (and ugly)
10957         string sx2 = STRINGIFY(x);
10958         // ...
10959     }
10961 There are workarounds for low-level string manipulation using macros. For example:
10963     string s = "asdf" "lkjh";   // ordinary string literal concatenation
10965     enum E { a, b };
10967     template<int x>
10968     constexpr const char* stringify()
10969     {
10970         switch (x) {
10971         case a: return "a";
10972         case b: return "b";
10973         }
10974     }
10976     void f(int x, int y)
10977     {
10978         string sx = stringify<x>();
10979         // ...
10980     }
10982 This is not as convenient as a macro to define, but as easy to use, has zero overhead, and is typed and scoped.
10984 In the future, static reflection is likely to eliminate the last needs for the preprocessor for program text manipulation.
10986 ##### Enforcement
10988 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
10990 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
10992 ##### Reason
10994 Macros are a major source of bugs.
10995 Macros don't obey the usual scope and type rules.
10996 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
10997 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
10998 Macros complicate tool building.
11000 ##### Example, bad
11002     #define PI 3.14
11003     #define SQUARE(a, b) (a * b)
11005 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
11007     constexpr double pi = 3.14;
11008     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
11010 ##### Enforcement
11012 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
11014 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
11016 ##### Reason
11018 Convention. Readability. Distinguishing macros.
11020 ##### Example
11022     #define forever for (;;)   /* very BAD */
11024     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
11026 ##### Enforcement
11028 Scream when you see a lower case macro.
11030 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
11032 ##### Reason
11034 Macros do not obey scope rules.
11036 ##### Example
11038     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
11040     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
11042 ##### Note
11044 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
11045 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
11046 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.
11048 ##### Enforcement
11050 Warn against short macro names.
11052 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
11054 ##### Reason
11056 Not type safe.
11057 Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
11059 ##### Example
11061     #include <cstdarg>
11063     // "severity" followed by a zero-terminated list of char*s; write the C-style strings to cerr
11064     void error(int severity ...)
11065     {
11066         va_list ap;             // a magic type for holding arguments
11067         va_start(ap, severity); // arg startup: "severity" is the first argument of error()
11069         for (;;) {
11070             // treat the next var as a char*; no checking: a cast in disguise
11071             char* p = va_arg(ap, char*);
11072             if (!p) break;
11073             cerr << p << ' ';
11074         }
11076         va_end(ap);             // arg cleanup (don't forget this)
11078         cerr << '\n';
11079         if (severity) exit(severity);
11080     }
11082     void use()
11083     {
11084         error(7, "this", "is", "an", "error", nullptr);
11085         error(7); // crash
11086         error(7, "this", "is", "an", "error");  // crash
11087         const char* is = "is";
11088         string an = "an";
11089         error(7, "this", "is", an, "error"); // crash
11090     }
11092 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
11093     #include <iostream>
11095     void error(int severity)
11096     {
11097         std::cerr << '\n';
11098         std::exit(severity);
11099     }
11101     template <typename T, typename... Ts>
11102     constexpr void error(int severity, T head, Ts... tail)
11103     {
11104         std::cerr << head;
11105         error(severity, tail...);
11106     }
11108     void use()
11109     {
11110         error(7); // No crash!
11111         error(5, "this", "is", "not", "an", "error"); // No crash!
11113         std::string an = "an";
11114         error(7, "this", "is", "not", an, "error"); // No crash!
11116         error(5, "oh", "no", nullptr); // Compile error! No need for nullptr.
11117     }
11120 ##### Note
11122 This is basically the way `printf` is implemented.
11124 ##### Enforcement
11126 * Flag definitions of C-style variadic functions.
11127 * Flag `#include <cstdarg>` and `#include <stdarg.h>`
11130 ## ES.expr: Expressions
11132 Expressions manipulate values.
11134 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
11136 ##### Reason
11138 Complicated expressions are error-prone.
11140 ##### Example
11142     // bad: assignment hidden in subexpression
11143     while ((c = getc()) != -1)
11145     // bad: two non-local variables assigned in sub-expressions
11146     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
11148     // better, but possibly still too complicated
11149     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
11151     // OK: if i and j are not aliased
11152     int x = ++i + ++j;
11154     // OK: if i != j and i != k
11155     v[i] = v[j] + v[k];
11157     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
11158     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
11160     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
11161     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
11163     // bad: undefined behavior
11164     x = x++ + x++ + ++x;
11166 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.
11168 ##### Note
11170 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation
11171 (left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified; [see ES.43](#Res-order)),
11172 but that doesn't change the fact that complicated expressions are potentially confusing.
11174 ##### Note
11176 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
11178 ##### Example
11180     x = k * y + z;             // OK
11182     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
11183     x = t1 + z;
11185     if (0 <= x && x < max)   // OK
11187     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
11188     auto t2 = x < max;
11189     if (t1 && t2)            // ...
11191 ##### Enforcement
11193 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:
11195 * 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
11196 * writes to aliased variables
11197 * more than N operators (and what should N be?)
11198 * reliance of subtle precedence rules
11199 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
11200 * implementation defined behavior?
11201 * ???
11203 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
11205 ##### Reason
11207 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
11209 ##### Example
11211     const unsigned int flag = 2;
11212     unsigned int a = flag;
11214     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
11216 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.
11218     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
11220 ##### Note
11222 You should know enough not to need parentheses for:
11224     if (a < 0 || a <= max) {
11225         // ...
11226     }
11228 ##### Enforcement
11230 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
11231 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
11232 * ???
11234 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
11236 ##### Reason
11238 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
11240 ##### Note
11242 Use `gsl::span` instead.
11243 Pointers should [only refer to single objects](#Ri-array).
11244 Pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong, the source of many, many bad bugs and security violations.
11245 `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11246 Access into an array with known bounds using a constant as a subscript can be validated by the compiler.
11248 ##### Example, bad
11250     void f(int* p, int count)
11251     {
11252         if (count < 2) return;
11254         int* q = p + 1;    // BAD
11256         ptrdiff_t d;
11257         int n;
11258         d = (p - &n);      // OK
11259         d = (q - p);       // OK
11261         int n = *p++;      // BAD
11263         if (count < 6) return;
11265         p[4] = 1;          // BAD
11267         p[count - 1] = 2;  // BAD
11269         use(&p[0], 3);     // BAD
11270     }
11272 ##### Example, good
11274     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
11275     {
11276         if (a.size() < 2) return;
11278         int n = a[0];      // OK
11280         span<int> q = a.subspan(1); // OK
11282         if (a.size() < 6) return;
11284         a[4] = 1;          // OK
11286         a[a.size() - 1] = 2;  // OK
11288         use(a.data(), 3);  // OK
11289     }
11291 ##### Note
11293 Subscripting with a variable is difficult for both tools and humans to validate as safe.
11294 `span` is a run-time bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
11295 `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked.
11296 If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
11298 ##### Example, bad
11300     void f(array<int, 10> a, int pos)
11301     {
11302         a[pos / 2] = 1; // BAD
11303         a[pos - 1] = 2; // BAD
11304         a[-1] = 3;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11305         a[10] = 4;    // BAD (but easily caught by tools) -- no replacement, just don't do this
11306     }
11308 ##### Example, good
11310 Use a `span`:
11312     void f1(span<int, 10> a, int pos) // A1: Change parameter type to use span
11313     {
11314         a[pos / 2] = 1; // OK
11315         a[pos - 1] = 2; // OK
11316     }
11318     void f2(array<int, 10> arr, int pos) // A2: Add local span and use that
11319     {
11320         span<int> a = {arr.data(), pos};
11321         a[pos / 2] = 1; // OK
11322         a[pos - 1] = 2; // OK
11323     }
11325 Use `at()`:
11327     void f3(array<int, 10> a, int pos) // ALTERNATIVE B: Use at() for access
11328     {
11329         at(a, pos / 2) = 1; // OK
11330         at(a, pos - 1) = 2; // OK
11331     }
11333 ##### Example, bad
11335     void f()
11336     {
11337         int arr[COUNT];
11338         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11339             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
11340     }
11342 ##### Example, good
11344 Use a `span`:
11346     void f1()
11347     {
11348         int arr[COUNT];
11349         span<int> av = arr;
11350         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11351             av[i] = i;
11352     }
11354 Use a `span` and range-`for`:
11356     void f1a()
11357     {
11358          int arr[COUNT];
11359          span<int, COUNT> av = arr;
11360          int i = 0;
11361          for (auto& e : av)
11362              e = i++;
11363     }
11365 Use `at()` for access:
11367     void f2()
11368     {
11369         int arr[COUNT];
11370         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
11371             at(arr, i) = i;
11372     }
11374 Use a range-`for`:
11376     void f3()
11377     {
11378         int arr[COUNT];
11379         int i = 0;
11380         for (auto& e : arr)
11381              e = i++;
11382     }
11384 ##### Note
11386 Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
11388     static int a[10];
11390     void f(int i, int j)
11391     {
11392         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
11393         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
11394     }
11396 ##### Example
11398 Turning an array into a pointer (as the language does essentially always) removes opportunities for checking, so avoid it
11400     void g(int* p);
11402     void f()
11403     {
11404         int a[5];
11405         g(a);        // BAD: are we trying to pass an array?
11406         g(&a[0]);    // OK: passing one object
11407     }
11409 If you want to pass an array, say so:
11411     void g(int* p, size_t length);  // old (dangerous) code
11413     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
11415     void f2()
11416     {
11417         int a[5];
11418         span<int> av = a;
11420         g(av.data(), av.size());   // OK, if you have no choice
11421         g1(a);                     // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
11422     }
11424 ##### Enforcement
11426 * Flag any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
11427 * Flag any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression with a value between `0` and the upper bound of the array.
11428 * Flag any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
11430 This rule is part of the [bounds-safety profile](#SS-bounds).
11433 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
11435 ##### Reason
11437 You have no idea what such code does. Portability.
11438 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.
11440 ##### Note
11442 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation:
11443 left-to-right except right-to-left in assignments, and the order of evaluation of function arguments is unspecified.
11445 However, remember that your code may be compiled with a pre-C++17 compiler (e.g., through cut-and-paste) so don't be too clever.
11447 ##### Example
11449     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
11451 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
11453 ##### Enforcement
11455 Can be detected by a good analyzer.
11457 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
11459 ##### Reason
11461 Because that order is unspecified.
11463 ##### Note
11465 C++17 tightens up the rules for the order of evaluation, but the order of evaluation of function arguments is still unspecified.
11467 ##### Example
11469     int i = 0;
11470     f(++i, ++i);
11472 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which.
11473 Technically, the behavior is undefined.
11474 In C++17, this code does not have undefined behavior, but it is still not specified which argument is evaluated first.
11476 ##### Example
11478 Overloaded operators can lead to order of evaluation problems:
11480     f1()->m(f2());          // m(f1(), f2())
11481     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
11483 In C++17, these examples work as expected (left to right) and assignments are evaluated right to left (just as ='s binding is right-to-left)
11485     f1() = f2();    // undefined behavior in C++14; in C++17, f2() is evaluated before f1()
11487 ##### Enforcement
11489 Can be detected by a good analyzer.
11491 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
11493 ##### Reason
11495 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
11497 ##### Example
11499     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
11500         cout << month[m] << '\n';
11502 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
11504     // months are indexed 1..12
11505     constexpr int first_month = 1;
11506     constexpr int last_month = 12;
11508     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)   // better
11509         cout << month[m] << '\n';
11511 Better still, don't expose constants:
11513     for (auto m : month)
11514         cout << m << '\n';
11516 ##### Enforcement
11518 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
11520 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
11522 ##### Reason
11524 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
11526 ##### Example, bad
11528 A key example is basic narrowing:
11530     double d = 7.9;
11531     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
11532     i = (int) d;  // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
11534     void f(int x, long y, double d)
11535     {
11536         char c1 = x;   // bad: narrowing
11537         char c2 = y;   // bad: narrowing
11538         char c3 = d;   // bad: narrowing
11539     }
11541 ##### Note
11543 The guidelines support library offers a `narrow_cast` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
11545     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
11546     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
11548 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
11550     double d = -7.9;
11551     unsigned u = 0;
11553     u = d;                          // BAD
11554     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
11555     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
11557 ##### Enforcement
11559 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
11561 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only `float`->`char` and `double`->`int`. Here be dragons! we need data)
11562 * flag all `long`->`char` (I suspect `int`->`char` is very common. Here be dragons! we need data)
11563 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
11565 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
11567 ##### Reason
11569 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
11570 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
11571 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
11572 or `0`.
11574 ##### Example
11576 Consider:
11578     void f(int);
11579     void f(char*);
11580     f(0);         // call f(int)
11581     f(nullptr);   // call f(char*)
11583 ##### Enforcement
11585 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
11587 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
11589 ##### Reason
11591 Casts are a well-known source of errors. Make some optimizations unreliable.
11593 ##### Example, bad
11595     double d = 2;
11596     auto p = (long*)&d;
11597     auto q = (long long*)&d;
11598     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11600 What would you think this fragment prints? The result is at best implementation defined. I got
11602     2 0 4611686018427387904
11604 Adding
11606     *q = 666;
11607     cout << d << ' ' << *p << ' ' << *q << '\n';
11609 I got
11611     3.29048e-321 666 666
11613 Surprised? I'm just glad I didn't crash the program.
11615 ##### Note
11617 Programmers who write casts typically assume that they know what they are doing,
11618 or that writing a cast makes the program "easier to read".
11619 In fact, they often disable the general rules for using values.
11620 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
11621 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
11623 ##### Note
11625 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
11626 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
11627 are seriously overused as well as a major source of errors.
11629 ##### Note
11631 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
11633 ##### Exception
11635 Casting to `(void)` is the Standard-sanctioned way to turn off `[[nodiscard]]` warnings. If you are calling a function with a `[[nodiscard]]` return and you deliberately want to discard the result, first think hard about whether that is really a good idea (there is usually a good reason the author of the function or of the return type used `[[nodiscard]]` in the first place), but if you still think it's appropriate and your code reviewer agrees, write `(void)` to turn off the warning.
11637 ##### Alternatives
11639 Casts are widely (mis) used. Modern C++ has rules and constructs that eliminate the need for casts in many contexts, such as
11641 * Use templates
11642 * Use `std::variant`
11643 * Rely on the well-defined, safe, implicit conversions between pointer types
11645 ##### Enforcement
11647 * Force the elimination of C-style casts, except on a function with a `[[nodiscard]]` return
11648 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many')
11649 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11650 * Warn against [identity casts](#Pro-type-identitycast) between pointer types, where the source and target types are the same (#Pro-type-identitycast)
11651 * Warn if a pointer cast could be [implicit](#Pro-type-implicitpointercast)
11653 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
11655 ##### Reason
11657 Readability. Error avoidance.
11658 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
11660 The named casts are:
11662 * `static_cast`
11663 * `const_cast`
11664 * `reinterpret_cast`
11665 * `dynamic_cast`
11666 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
11667 * `std::forward`      // `forward<T>(x)` is an rvalue or an lvalue reference to `x` depending on `T`
11668 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
11669 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
11671 ##### Example
11673     class B { /* ... */ };
11674     class D { /* ... */ };
11676     template<typename D> D* upcast(B* pb)
11677     {
11678         D* pd0 = pb;                        // error: no implicit conversion from B* to D*
11679         D* pd1 = (D*)pb;                    // legal, but what is done?
11680         D* pd2 = static_cast<D*>(pb);       // error: D is not derived from B
11681         D* pd3 = reinterpret_cast<D*>(pb);  // OK: on your head be it!
11682         D* pd4 = dynamic_cast<D*>(pb);      // OK: return nullptr
11683         // ...
11684     }
11686 The example was synthesized from real-world bugs where `D` used to be derived from `B`, but someone refactored the hierarchy.
11687 The C-style cast is dangerous because it can do any kind of conversion, depriving us of any protection from mistakes (now or in the future).
11689 ##### Note
11691 When converting between types with no information loss (e.g. from `float` to
11692 `double` or `int64` from `int32`), brace initialization may be used instead.
11694     double d {some_float};
11695     int64_t i {some_int32};
11697 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
11698 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
11699 compilation error to try to initialize a `float` from a `double` in this fashion,
11700 for example.)
11702 ##### Note
11704 `reinterpret_cast` can be essential, but the essential uses (e.g., turning a machine address into pointer) are not type safe:
11706     auto p = reinterpret_cast<Device_register>(0x800);  // inherently dangerous
11709 ##### Enforcement
11711 * Flag C-style and functional casts.
11712 * The [type profile](#Pro-type-reinterpretcast) bans `reinterpret_cast`.
11713 * The [type profile](#Pro-type-arithmeticcast) warns when using `static_cast` between arithmetic types.
11715 ### <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
11717 ##### Reason
11719 It makes a lie out of `const`.
11720 If the variable is actually declared `const`, the result of "casting away `const`" is undefined behavior.
11722 ##### Example, bad
11724     void f(const int& x)
11725     {
11726         const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
11727     }
11729     static int i = 0;
11730     static const int j = 0;
11732     f(i); // silent side effect
11733     f(j); // undefined behavior
11735 ##### Example
11737 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:
11739     class Bar;
11741     class Foo {
11742     public:
11743         // BAD, duplicates logic
11744         Bar& get_bar() {
11745             /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
11746         }
11748         const Bar& get_bar() const {
11749             /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
11750         }
11751     private:
11752         Bar my_bar;
11753     };
11755 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`:
11757     class Foo {
11758     public:
11759         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
11760         Bar& get_bar() {
11761             return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
11762         }
11763         const Bar& get_bar() const {
11764             /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
11765         }
11766     private:
11767         Bar my_bar;
11768     };
11770 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.
11772 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:
11774     class Foo {
11775     public:                         // good
11776               Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
11777         const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
11778     private:
11779         Bar my_bar;
11781         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
11782         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
11783             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to my_bar */ }
11784     };
11786 ##### Exception
11788 You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions.
11789 Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
11791 ##### Example
11793 Sometimes, "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
11794 Examples are caching, memoization, and precomputation.
11795 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
11797 Consider keeping previously computed results around for a costly operation:
11799     int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly
11801     class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
11802     public:
11803         pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
11804         void set(int x, int v);             // make y the value for x
11805         // ...
11806     private:
11807         // ...
11808     };
11810     class X {
11811     public:
11812         int get_val(int x)
11813         {
11814             auto p = cache.find(x);
11815             if (p.first) return p.second;
11816             int val = compute(x);
11817             cache.set(x, val); // insert value for x
11818             return val;
11819         }
11820         // ...
11821     private:
11822         Cache cache;
11823     };
11825 Here, `get_val()` is logically constant, so we would like to make it a `const` member.
11826 To do this we still need to mutate `cache`, so people sometimes resort to a `const_cast`:
11828     class X {   // Suspicious solution based on casting
11829     public:
11830         int get_val(int x) const
11831         {
11832             auto p = cache.find(x);
11833             if (p.first) return p.second;
11834             int val = compute(x);
11835             const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
11836             return val;
11837         }
11838         // ...
11839     private:
11840         Cache cache;
11841     };
11843 Fortunately, there is a better solution:
11844 State that `cache` is mutable even for a `const` object:
11846     class X {   // better solution
11847     public:
11848         int get_val(int x) const
11849         {
11850             auto p = cache.find(x);
11851             if (p.first) return p.second;
11852             int val = compute(x);
11853             cache.set(x, val);
11854             return val;
11855         }
11856         // ...
11857     private:
11858         mutable Cache cache;
11859     };
11861 An alternative solution would be to store a pointer to the `cache`:
11863     class X {   // OK, but slightly messier solution
11864     public:
11865         int get_val(int x) const
11866         {
11867             auto p = cache->find(x);
11868             if (p.first) return p.second;
11869             int val = compute(x);
11870             cache->set(x, val);
11871             return val;
11872         }
11873         // ...
11874     private:
11875         unique_ptr<Cache> cache;
11876     };
11878 That solution is the most flexible, but requires explicit construction and destruction of `*cache`
11879 (most likely in the constructor and destructor of `X`).
11881 In any variant, we must guard against data races on the `cache` in multi-threaded code, possibly using a `std::mutex`.
11883 ##### Enforcement
11885 * Flag `const_cast`s.
11886 * This rule is part of the [type-safety profile](#Pro-type-constcast) for the related Profile.
11888 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
11890 ##### Reason
11892 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
11894 ##### Example
11896     for (auto& x : v)      // print all elements of v
11897         cout << x << '\n';
11899     auto p = find(v, x);   // find x in v
11901 ##### Enforcement
11903 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
11905 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
11907 ##### Reason
11909 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
11911 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).
11913 ##### Notes
11915 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.
11917 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`.
11919 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.
11921 ##### Example, bad
11923     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
11925     void user()
11926     {
11927         X x;
11928         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
11929         sink(x);
11930         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
11931         sink(std::move(x));
11933         // ...
11935         // probably a mistake
11936         use(x);
11937     }
11939 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
11940 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.
11942     void f() {
11943         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
11945         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
11946         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
11948         // bad, if you want to keep using s1's value
11949         string s3 = move(s1);
11951         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
11952         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
11953     }
11955 ##### Example
11957     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
11959     void f() {
11960         auto w = make_unique<widget>();
11961         // ...
11962         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
11963         // ...
11964         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
11965     }
11967 ##### Notes
11969 `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.
11970 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.
11972 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
11973 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
11974 In general, don't complicate your code without reason (??)
11976 ##### Example, bad
11978     vector<int> make_vector() {
11979         vector<int> result;
11980         // ... load result with data
11981         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
11982     }
11984 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
11985 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.
11988 ##### Example, bad
11990     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
11992 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
11993 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
11995 ##### Example
11997     void mover(X&& x) {
11998         call_something(std::move(x));         // ok
11999         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
12000         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
12001     }
12003     template<class T>
12004     void forwarder(T&& t) {
12005         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
12006         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
12007         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
12008     }
12010 ##### Enforcement
12012 * 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.
12013 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
12014 * 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.
12015 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
12016 * 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.)
12017 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
12018 * 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.)
12019 * 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.
12021 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
12023 ##### Reason
12025 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
12027 ##### Note
12029 This is also known as the rule of "No naked `new`!"
12031 ##### Example, bad
12033     void f(int n)
12034     {
12035         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12036         // ...
12037         delete[] p;
12038     }
12040 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
12042 **See also**: [R: Resource management](#S-resource)
12044 ##### Enforcement
12046 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
12048 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: Delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
12050 ##### Reason
12052 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
12054 ##### Example, bad
12056     void f(int n)
12057     {
12058         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
12059         // ...
12060         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
12061     }
12063 ##### Note
12065 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
12067 ##### Enforcement
12069 * If the `new` and the `delete` are in the same scope, mistakes can be flagged.
12070 * If the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
12072 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
12074 ##### Reason
12076 The result of doing so is undefined.
12078 ##### Example, bad
12080     void f()
12081     {
12082         int a1[7];
12083         int a2[9];
12084         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
12085         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
12086     }
12088 ##### Note
12090 This example has many more problems.
12092 ##### Enforcement
12096 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
12098 ##### Reason
12100 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
12101 the object was meant to be considered as a whole.
12102 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
12104 ##### Example
12106     class Shape { /* ... */ };
12107     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
12109     Circle c {{0, 0}, 42};
12110     Shape s {c};    // copy construct only the Shape part of Circle
12111     s = c;          // or copy assign only the Shape part of Circle
12113     void assign(const Shape& src, Shape& dest) {
12114         dest = src;
12115     }
12116     Circle c2 {{1, 1}, 43};
12117     assign(c, c2);   // oops, not the whole state is transferred
12118     assert(c == c2); // if we supply copying, we should also provide comparison,
12119                      // but this will likely return false
12121 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
12122 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
12124 ##### Alternative
12126 If you mean to slice, define an explicit operation to do so.
12127 This saves readers from confusion.
12128 For example:
12130     class Smiley : public Circle {
12131         public:
12132         Circle copy_circle();
12133         // ...
12134     };
12136     Smiley sm { /* ... */ };
12137     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
12138     Circle c2 {sm.copy_circle()};
12140 ##### Enforcement
12142 Warn against slicing.
12144 ### <a name="Res-construct"></a>ES.64: Use the `T{e}`notation for construction
12146 ##### Reason
12148 The `T{e}` construction syntax makes it explicit that construction is desired.
12149 The `T{e}` construction syntax doesn't allow narrowing.
12150 `T{e}` is the only safe and general expression for constructing a value of type `T` from an expression `e`.
12151 The casts notations `T(e)` and `(T)e` are neither safe nor general.
12153 ##### Example
12155 For built-in types, the construction notation protects against narrowing and reinterpretation
12157     void use(char ch, int i, double d, char* p, long long lng)
12158     {
12159         int x1 = int{ch};     // OK, but redundant
12160         int x2 = int{d};      // error: double->int narrowing; use a cast if you need to
12161         int x3 = int{p};      // error: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12162         int x4 = int{lng};    // error: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12164         int y1 = int(ch);     // OK, but redundant
12165         int y2 = int(d);      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12166         int y3 = int(p);      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12167         int y4 = int(lng);    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12169         int z1 = (int)ch;     // OK, but redundant
12170         int z2 = (int)d;      // bad: double->int narrowing; use a cast if you need to
12171         int z3 = (int)p;      // bad: pointer to->int; use a reinterpret_cast if you really need to
12172         int z4 = (int)lng;    // bad: long long->int narrowing; use a cast if you need to
12173     }
12175 The integer to/from pointer conversions are implementation defined when using the `T(e)` or `(T)e` notations, and non-portable
12176 between platforms with different integer and pointer sizes.
12178 ##### Note
12180 [Avoid casts](#Res-casts) (explicit type conversion) and if you must [prefer named casts](#Res-casts-named).
12182 ##### Note
12184 When unambiguous, the `T` can be left out of `T{e}`.
12186     complex<double> f(complex<double>);
12188     auto z = f({2*pi, 1});
12190 ##### Note
12192 The construction notation is the most general [initializer notation](#Res-list).
12194 ##### Exception
12196 `std::vector` and other containers were defined before we had `{}` as a notation for construction.
12197 Consider:
12199     vector<string> vs {10};                           // ten empty strings
12200     vector<int> vi1 {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};  // ten elements 1..10
12201     vector<int> vi2 {10};                             // one element with the value 10
12203 How do we get a `vector` of 10 default initialized `int`s?
12205     vector<int> v3(10); // ten elements with value 0
12207 The use of `()` rather than `{}` for number of elements is conventional (going back to the early 1980s), hard to change, but still
12208 a design error: for a container where the element type can be confused with the number of elements, we have an ambiguity that
12209 must be resolved.
12210 The conventional resolution is to interpret `{10}` as a list of one element and use `(10)` to distinguish a size.
12212 This mistake need not be repeated in new code.
12213 We can define a type to represent the number of elements:
12215     struct Count { int n; };
12217     template<typename T>
12218     class Vector {
12219     public:
12220         Vector(Count n);                     // n default-initialized elements
12221         Vector(initializer_list<T> init);    // init.size() elements
12222         // ...
12223     };
12225     Vector<int> v1{10};
12226     Vector<int> v2{Count{10}};
12227     Vector<Count> v3{Count{10}};    // yes, there is still a very minor problem
12229 The main problem left is to find a suitable name for `Count`.
12231 ##### Enforcement
12233 Flag the C-style `(T)e` and functional-style `T(e)` casts.
12236 ### <a name="Res-deref"></a>ES.65: Don't dereference an invalid pointer
12238 ##### Reason
12240 Dereferencing an invalid pointer, such as `nullptr`, is undefined behavior, typically leading to immediate crashes,
12241 wrong results, or memory corruption.
12243 ##### Note
12245 This rule is an obvious and well-known language rule, but can be hard to follow.
12246 It takes good coding style, library support, and static analysis to eliminate violations without major overhead.
12247 This is a major part of the discussion of [C++'s resource- and type-safety model](#Stroustrup15).
12249 **See also**:
12251 * Use [RAII](#Rr-raii) to avoid lifetime problems.
12252 * Use [unique_ptr](#Rf-unique_ptr) to avoid lifetime problems.
12253 * Use [shared_ptr](#Rf-shared_ptr) to avoid lifetime problems.
12254 * Use [references](#Rf-ptr-ref) when `nullptr` isn't a possibility.
12255 * Use [not_null](#Rf-not_null) to catch unexpected `nullptr` early.
12256 * Use the [bounds profile](#SS-bounds) to avoid range errors.
12259 ##### Example
12261     void f()
12262     {
12263         int x = 0;
12264         int* p = &x;
12266         if (condition()) {
12267             int y = 0;
12268             p = &y;
12269         } // invalidates p
12271         *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
12272     }
12274 To resolve the problem, either extend the lifetime of the object the pointer is intended to refer to, or shorten the lifetime of the pointer (move the dereference to before the pointed-to object's lifetime ends).
12276     void f1()
12277     {
12278         int x = 0;
12279         int* p = &x;
12281         int y = 0;
12282         if (condition()) {
12283             p = &y;
12284         }
12286         *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
12287     }
12289 Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.
12291 ##### Example
12293     void f(int* p)
12294     {
12295         int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
12296     }
12298 There is a huge amount of such code.
12299 Most works -- after lots of testing -- but in isolation it is impossible to tell whether `p` could be the `nullptr`.
12300 Consequently, this is also a major source of errors.
12301 There are many approaches to dealing with this potential problem:
12303     void f1(int* p) // deal with nullptr
12304     {
12305         if (!p) {
12306             // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
12307         }
12308         int x = *p;
12309     }
12311 There are two potential problems with testing for `nullptr`:
12313 * it is not always obvious what to do what to do if we find `nullptr`
12314 * the test can be redundant and/or relatively expensive
12315 * it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
12318     void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12319     {
12320         assert(p);
12321         int x = *p;
12322     }
12324 This would carry a cost only when the assertion checking was enabled and would give a compiler/analyzer useful information.
12325 This would work even better if/when C++ gets direct support for contracts:
12327     void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
12328         [[expects: p]]
12329     {
12330         int x = *p;
12331     }
12333 Alternatively, we could use `gsl::not_null` to ensure that `p` is not the `nullptr`.
12335     void f(not_null<int*> p)
12336     {
12337         int x = *p;
12338     }
12340 These remedies take care of `nullptr` only.
12341 Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.
12343 ##### Example
12345     void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
12346     {
12347         delete p;
12348     }
12350     void g()        // old code: uses naked new
12351     {
12352         auto q = new int{7};
12353         f(q);
12354         int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
12355     }
12357 ##### Example
12359     void f()
12360     {
12361         vector<int> v(10);
12362         int* p = &v[5];
12363         v.push_back(99); // could reallocate v's elements
12364         int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
12365     }
12367 ##### Enforcement
12369 This rule is part of the [lifetime safety profile](#SS-lifetime)
12371 * Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
12372 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by assigning a `nullptr`
12373 * Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by a `delete`
12374 * Flag a dereference to a pointer to a container element that may have been invalidated by dereference
12377 ## ES.stmt: Statements
12379 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
12381 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
12383 ##### Reason
12385 * Readability.
12386 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
12387 * A `switch` enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
12389 ##### Example
12391     void use(int n)
12392     {
12393         switch (n) {   // good
12394         case 0:
12395             // ...
12396             break;
12397         case 7:
12398             // ...
12399             break;
12400         default:
12401             // ...
12402             break;
12403         }
12404     }
12406 rather than:
12408     void use2(int n)
12409     {
12410         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
12411             // ...
12412         else if (n == 7)
12413             // ...
12414     }
12416 ##### Enforcement
12418 Flag `if`-`then`-`else` chains that check against constants (only).
12420 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
12422 ##### Reason
12424 Readability. Error prevention. Efficiency.
12426 ##### Example
12428     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
12429             cout << v[i] << '\n';
12431     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
12432         cout << *p << '\n';
12434     for (auto& x : v)    // OK
12435         cout << x << '\n';
12437     for (gsl::index i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
12438         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
12440     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side effect: can't be a range-for
12441         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
12443     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
12444         if (i % 2 == 0)
12445             continue;   // skip even elements
12446         else
12447             cout << v[i] << '\n';
12448     }
12450 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.
12452 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
12454 ##### Note
12456 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
12458     for (string s : vs) // ...
12460 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
12462     for (string& s : vs) // ...
12464 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
12466     for (const string& s : vs) // ...
12468 ##### Enforcement
12470 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.
12472 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
12474 ##### Reason
12476 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
12478 ##### Example
12480     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i++) {
12481         // do work
12482     }
12484 ##### Example, bad
12486     int i = 0;
12487     while (i < vec.size()) {
12488         // do work
12489         i++;
12490     }
12492 ##### Enforcement
12496 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
12498 ##### Reason
12500 Readability.
12502 ##### Example
12504     int events = 0;
12505     for (; wait_for_event(); ++events) {  // bad, confusing
12506         // ...
12507     }
12509 The "event loop" is misleading because the `events` counter has nothing to do with the loop condition (`wait_for_event()`).
12510 Better
12512     int events = 0;
12513     while (wait_for_event()) {      // better
12514         ++events;
12515         // ...
12516     }
12518 ##### Enforcement
12520 Flag actions in `for`-initializers and `for`-increments that do not relate to the `for`-condition.
12522 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of a `for`-statement
12524 ##### Reason
12526 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
12527 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
12529 ##### Example
12531     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
12532         // ...
12533     }
12535 ##### Example, don't
12537     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
12538     for (j = 0; j < 100; ++j) {
12539         // ...
12540     }
12541     // j is still visible here and isn't needed
12543 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
12545 ##### Example
12547     for (string s; cin >> s; ) {
12548         cout << s << '\n';
12549     }
12551 ##### Enforcement
12553 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
12555 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
12556 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
12558 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
12560 ##### Reason
12562 Readability, avoidance of errors.
12563 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through.
12565 ##### Example
12567     int x;
12568     do {
12569         cin >> x;
12570         // ...
12571     } while (x < 0);
12573 ##### Note
12575 Yes, there are genuine examples where a `do`-statement is a clear statement of a solution, but also many bugs.
12577 ##### Enforcement
12579 Flag `do`-statements.
12581 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
12583 ##### Reason
12585 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
12587 ##### Exception
12589 Breaking out of a nested loop.
12590 In that case, always jump forwards.
12592     for (int i = 0; i < imax; ++i)
12593         for (int j = 0; j < jmax; ++j) {
12594             if (a[i][j] > elem_max) goto finished;
12595             // ...
12596         }
12597     finished:
12598     // ...
12600 ##### Example, bad
12602 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
12604     void f()
12605     {
12606         // ...
12607             goto exit;
12608         // ...
12609             goto exit;
12610         // ...
12611     exit:
12612         // ... common cleanup code ...
12613     }
12615 This is an ad-hoc simulation of destructors.
12616 Declare your resources with handles with destructors that clean up.
12617 If for some reason you cannot handle all cleanup with destructors for the variables used,
12618 consider `gsl::finally()` as a cleaner and more reliable alternative to `goto exit`
12620 ##### Enforcement
12622 * 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.
12624 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: Minimize the use of `break` and `continue` in loops
12626 ##### Reason
12628  In a non-trivial loop body, it is easy to overlook a `break` or a `continue`.
12630  A `break` in a loop has a dramatically different meaning than a `break` in a `switch`-statement
12631  (and you can have `switch`-statement in a loop and a loop in a `switch`-case).
12633 ##### Example
12635     ???
12637 ##### Alternative
12639 Often, a loop that requires a `break` is a good candidate for a function (algorithm), in which case the `break` becomes a `return`.
12641     ???
12643 Often, a loop that uses `continue` can equivalently and as clearly be expressed by an `if`-statement.
12645     ???
12647 ##### Note
12649 If you really need to break out a loop, a `break` is typically better than alternatives such as [modifying the loop variable](#Res-loop-counter) or a [`goto`](#Res-goto):
12652 ##### Enforcement
12656 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
12658 ##### Reason
12660 Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
12661 A deliberate fallthrough can be a maintenance hazard and should be rare and explicit.
12663 ##### Example
12665     switch (eventType) {
12666     case Information:
12667         update_status_bar();
12668         break;
12669     case Warning:
12670         write_event_log();
12671         // Bad - implicit fallthrough
12672     case Error:
12673         display_error_window();
12674         break;
12675     }
12677 Multiple case labels of a single statement is OK:
12679     switch (x) {
12680     case 'a':
12681     case 'b':
12682     case 'f':
12683         do_something(x);
12684         break;
12685     }
12687 ##### Exceptions
12689 In rare cases if fallthrough is deemed appropriate, be explicit and use the `[[fallthrough]]` annotation:
12691     switch (eventType) {
12692     case Information:
12693         update_status_bar();
12694         break;
12695     case Warning:
12696         write_event_log();
12697         [[fallthrough]];
12698     case Error:
12699         display_error_window();
12700         break;
12701     }
12703 ##### Note
12705 ##### Enforcement
12707 Flag all implicit fallthroughs from non-empty `case`s.
12710 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: Use `default` to handle common cases (only)
12712 ##### Reason
12714  Code clarity.
12715  Improved opportunities for error detection.
12717 ##### Example
12719     enum E { a, b, c , d };
12721     void f1(E x)
12722     {
12723         switch (x) {
12724         case a:
12725             do_something();
12726             break;
12727         case b:
12728             do_something_else();
12729             break;
12730         default:
12731             take_the_default_action();
12732             break;
12733         }
12734     }
12736 Here it is clear that there is a default action and that cases `a` and `b` are special.
12738 ##### Example
12740 But what if there is no default action and you mean to handle only specific cases?
12741 In that case, have an empty default or else it is impossible to know if you meant to handle all cases:
12743     void f2(E x)
12744     {
12745         switch (x) {
12746         case a:
12747             do_something();
12748             break;
12749         case b:
12750             do_something_else();
12751             break;
12752         default:
12753             // do nothing for the rest of the cases
12754             break;
12755         }
12756     }
12758 If you leave out the `default`, a maintainer and/or a compiler may reasonably assume that you intended to handle all cases:
12760     void f2(E x)
12761     {
12762         switch (x) {
12763         case a:
12764             do_something();
12765             break;
12766         case b:
12767         case c:
12768             do_something_else();
12769             break;
12770         }
12771     }
12773 Did you forget case `d` or deliberately leave it out?
12774 Forgetting a case typically happens when a case is added to an enumeration and the person doing so fails to add it to every
12775 switch over the enumerators.
12777 ##### Enforcement
12779 Flag `switch`-statements over an enumeration that don't handle all enumerators and do not have a `default`.
12780 This may yield too many false positives in some code bases; if so, flag only `switch`es that handle most but not all cases
12781 (that was the strategy of the very first C++ compiler).
12783 ### <a name="Res-noname"></a>ES.84: Don't try to declare a local variable with no name
12785 ##### Reason
12787 There is no such thing.
12788 What looks to a human like a variable without a name is to the compiler a statement consisting of a temporary that immediately goes out of scope.
12790 ##### Example, bad
12792     void f()
12793     {
12794         lock<mutex>{mx};   // Bad
12795         // ...
12796     }
12798 This declares an unnamed `lock` object that immediately goes out of scope at the point of the semicolon.
12799 This is not an uncommon mistake.
12800 In particular, this particular example can lead to hard-to find race conditions.
12802 ##### Note
12804 Unnamed function arguments are fine.
12806 ##### Enforcement
12808 Flag statements that are just a temporary.
12810 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
12812 ##### Reason
12814 Readability.
12816 ##### Example
12818     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
12819     v[i] = f(v[i]);
12821     for (auto x : v) {           // better
12822         // nothing
12823     }
12824     v[i] = f(v[i]);
12826 ##### Enforcement
12828 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
12830 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
12832 ##### Reason
12834 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.
12836 ##### Example
12838     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12839         // no updates to i -- ok
12840     }
12842     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12843         //
12844         if (/* something */) ++i; // BAD
12845         //
12846     }
12848     bool skip = false;
12849     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
12850         if (skip) { skip = false; continue; }
12851         //
12852         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variables for two concepts.
12853         //
12854     }
12856 ##### Enforcement
12858 Flag variables that are potentially updated (have a non-`const` use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
12861 ### <a name="Res-if"></a>ES.87: Don't add redundant `==` or `!=` to conditions
12863 ##### Reason
12865 Doing so avoids verbosity and eliminates some opportunities for mistakes.
12866 Helps make style consistent and conventional.
12868 ##### Example
12870 By definition, a condition in an `if`-statement, `while`-statement, or a `for`-statement selects between `true` and `false`.
12871 A numeric value is compared to `0` and a pointer value to `nullptr`.
12873     // These all mean "if `p` is not `nullptr`"
12874     if (p) { ... }            // good
12875     if (p != 0) { ... }       // redundant `!=0`; bad: don't use 0 for pointers
12876     if (p != nullptr) { ... } // redundant `!=nullptr`, not recommended
12878 Often, `if (p)` is read as "if `p` is valid" which is a direct expression of the programmers intent,
12879 whereas `if (p != nullptr)` would be a long-winded workaround.
12881 ##### Example
12883 This rule is especially useful when a declaration is used as a condition
12885     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps)) { ... } // execute if ps points to a kind of Circle, good
12887     if (auto pc = dynamic_cast<Circle>(ps); pc != nullptr) { ... } // not recommended
12889 ##### Example
12891 Note that implicit conversions to bool are applied in conditions.
12892 For example:
12894     for (string s; cin >> s; ) v.push_back(s);
12896 This invokes `istream`'s `operator bool()`.
12898 ##### Note
12900 Explicit comparison of an integer to `0` is in general not redundant.
12901 The reason is that (as opposed to pointers and Booleans) an integer often has more than two reasonable values.
12902 Furthermore `0` (zero) is often used to indicate success.
12903 Consequently, it is best to be specific about the comparison.
12905     void f(int i)
12906     {
12907         if (i)            // suspect
12908         // ...
12909         if (i == success) // possibly better
12910         // ...
12911     }
12913 Always remember that an integer can have more than two values.
12915 ##### Example, bad
12917 It has been noted that
12919     if(strcmp(p1, p2)) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
12921 is a common beginners error.
12922 If you use C-style strings, you must know the `<cstring>` functions well.
12923 Being verbose and writing
12925     if(strcmp(p1, p2) != 0) { ... }   // are the two C-style strings equal? (mistake!)
12927 would not in itself save you.
12929 ##### Note
12931 The opposite condition is most easily expressed using a negation:
12933     // These all mean "if `p` is `nullptr`"
12934     if (!p) { ... }           // good
12935     if (p == 0) { ... }       // redundant `== 0`; bad: don't use `0` for pointers
12936     if (p == nullptr) { ... } // redundant `== nullptr`, not recommended
12938 ##### Enforcement
12940 Easy, just check for redundant use of `!=` and `==` in conditions.
12944 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
12946 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
12948 ##### Reason
12950 Avoid wrong results.
12952 ##### Example
12954     int x = -3;
12955     unsigned int y = 7;
12957     cout << x - y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967286
12958     cout << x + y << '\n';  // unsigned result: 4
12959     cout << x * y << '\n';  // unsigned result, possibly 4294967275
12961 It is harder to spot the problem in more realistic examples.
12963 ##### Note
12965 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
12966 This precludes consistency. Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
12968 ##### Enforcement
12970 * Compilers already know and sometimes warn.
12971 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
12974 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
12976 ##### Reason
12978 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
12980 ##### Example
12982     unsigned char x = 0b1010'1010;
12983     unsigned char y = ~x;   // y == 0b0101'0101;
12985 ##### Note
12987 Unsigned types can also be useful for modulo arithmetic.
12988 However, if you want modulo arithmetic add
12989 comments as necessary noting the reliance on wraparound behavior, as such code
12990 can be surprising for many programmers.
12992 ##### Enforcement
12994 * Just about impossible in general because of the use of unsigned subscripts in the standard library
12995 * ???
12997 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
12999 ##### Reason
13001 Because most arithmetic is assumed to be signed;
13002 `x - y` yields a negative number when `y > x` except in the rare cases where you really want modulo arithmetic.
13004 ##### Example
13006 Unsigned arithmetic can yield surprising results if you are not expecting it.
13007 This is even more true for mixed signed and unsigned arithmetic.
13009     template<typename T, typename T2>
13010     T subtract(T x, T2 y)
13011     {
13012         return x - y;
13013     }
13015     void test()
13016     {
13017         int s = 5;
13018         unsigned int us = 5;
13019         cout << subtract(s, 7) << '\n';       // -2
13020         cout << subtract(us, 7u) << '\n';     // 4294967294
13021         cout << subtract(s, 7u) << '\n';      // -2
13022         cout << subtract(us, 7) << '\n';      // 4294967294
13023         cout << subtract(s, us + 2) << '\n';  // -2
13024         cout << subtract(us, s + 2) << '\n';  // 4294967294
13025     }
13027 Here we have been very explicit about what's happening,
13028 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`?
13030 ##### Exception
13032 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
13033 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
13034 is going to be surprising for many programmers.
13036 ##### Example
13038 The standard library uses unsigned types for subscripts.
13039 The built-in array uses signed types for subscripts.
13040 This makes surprises (and bugs) inevitable.
13042     int a[10];
13043     for (int i = 0; i < 10; ++i) a[i] = i;
13044     vector<int> v(10);
13045     // compares signed to unsigned; some compilers warn, but we should not
13046     for (gsl::index i = 0; i < v.size(); ++i) v[i] = i;
13048     int a2[-2];         // error: negative size
13050     // OK, but the number of ints (4294967294) is so large that we should get an exception
13051     vector<int> v2(-2);
13053  Use `gsl::index` for subscripts; [see ES.107](#Res-subscripts).
13055 ##### Enforcement
13057 * Flag mixed signed and unsigned arithmetic
13058 * Flag results of unsigned arithmetic assigned to or printed as signed.
13059 * Flag negative literals (e.g. `-2`) used as container subscripts.
13060 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13063 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
13065 ##### Reason
13067 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
13068 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13070 ##### Example, bad
13072     int a[10];
13073     a[10] = 7;   // bad
13075     int n = 0;
13076     while (n++ < 10)
13077         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
13079 ##### Example, bad
13081     int n = numeric_limits<int>::max();
13082     int m = n + 1;   // bad
13084 ##### Example, bad
13086     int area(int h, int w) { return h * w; }
13088     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
13090 ##### Exception
13092 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13094 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13096 ##### Enforcement
13100 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
13102 ##### Reason
13104 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
13106 ##### Example, bad
13108     int a[10];
13109     a[-2] = 7;   // bad
13111     int n = 101;
13112     while (n--)
13113         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
13115 ##### Exception
13117 Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
13119 ##### Enforcement
13123 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
13125 ##### Reason
13127 The result is undefined and probably a crash.
13129 ##### Note
13131 This also applies to `%`.
13133 ##### Example, bad
13135     double divide(int a, int b) {
13136         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
13137         return a / b;
13138     }
13140 ##### Example, good
13142     double divide(int a, int b) {
13143         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
13144         Expects(b != 0);
13145         return a / b;
13146     }
13148     double divide(int a, int b) {
13149         // good, address via check
13150         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
13151     }
13153 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
13155 ##### Enforcement
13157 * Flag division by an integral value that could be zero
13160 ### <a name="Res-nonnegative"></a>ES.106: Don't try to avoid negative values by using `unsigned`
13162 ##### Reason
13164 Choosing `unsigned` implies many changes to the usual behavior of integers, including modulo arithmetic,
13165 can suppress warnings related to overflow,
13166 and opens the door for errors related to signed/unsigned mixes.
13167 Using `unsigned` doesn't actually eliminate the possibility of negative values.
13169 ##### Example
13171     unsigned int u1 = -2;   // Valid: the value of u1 is 4294967294
13172     int i1 = -2;
13173     unsigned int u2 = i1;   // Valid: the value of u2 is 4294967294
13174     int i2 = u2;            // Valid: the value of i2 is -2
13176 These problems with such (perfectly legal) constructs are hard to spot in real code and are the source of many real-world errors.
13177 Consider:
13179     unsigned area(unsigned height, unsigned width) { return height*width; } // [see also](#Ri-expects)
13180     // ...
13181     int height;
13182     cin >> height;
13183     auto a = area(height, 2);   // if the input is -2 a becomes 4294967292
13185 Remember that `-1` when assigned to an `unsigned int` becomes the largest `unsigned int`.
13186 Also, since unsigned arithmetic is modulo arithmetic the multiplication didn't overflow, it wrapped around.
13188 ##### Example
13190     unsigned max = 100000;    // "accidental typo", I mean to say 10'000
13191     unsigned short x = 100;
13192     while (x < max) x += 100; // infinite loop
13194 Had `x` been a signed `short`, we could have warned about the undefined behavior upon overflow.
13196 ##### Alternatives
13198 * use signed integers and check for `x >= 0`
13199 * use a positive integer type
13200 * use an integer subrange type
13201 * `Assert(-1 < x)`
13203 For example
13205     struct Positive {
13206         int val;
13207         Positive(int x) :val{x} { Assert(0 < x); }
13208         operator int() { return val; }
13209     };
13211     int f(Positive arg) { return arg; }
13213     int r1 = f(2);
13214     int r2 = f(-2);  // throws
13216 ##### Note
13220 ##### Enforcement
13222 Hard: there is a lot of code using `unsigned` and we don't offer a practical positive number type.
13225 ### <a name="Res-subscripts"></a>ES.107: Don't use `unsigned` for subscripts, prefer `gsl::index`
13227 ##### Reason
13229 To avoid signed/unsigned confusion.
13230 To enable better optimization.
13231 To enable better error detection.
13232 To avoid the pitfalls with `auto` and `int`.
13234 ##### Example, bad
13236     vector<int> vec = /*...*/;
13238     for (int i = 0; i < vec.size(); i += 2)                    // may not be big enough
13239         cout << vec[i] << '\n';
13240     for (unsigned i = 0; i < vec.size(); i += 2)               // risk wraparound
13241         cout << vec[i] << '\n';
13242     for (auto i = 0; i < vec.size(); i += 2)                   // may not be big enough
13243         cout << vec[i] << '\n';
13244     for (vector<int>::size_type i = 0; i < vec.size(); i += 2) // verbose
13245         cout << vec[i] << '\n';
13246     for (auto i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                // bug
13247         cout << vec[i] << '\n';
13248     for (int i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)                 // may not be big enough
13249         cout << vec[i] << '\n';
13251 ##### Example, good
13253     vector<int> vec = /*...*/;
13255     for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); i += 2)             // ok
13256         cout << vec[i] << '\n';
13257     for (gsl::index i = vec.size()-1; i >= 0; i -= 2)          // ok
13258         cout << vec[i] << '\n';
13260 ##### Note
13262 The built-in array uses signed subscripts.
13263 The standard-library containers use unsigned subscripts.
13264 Thus, no perfect and fully compatible solution is possible (unless and until the standard-library containers change to use signed subscripts someday in the future).
13265 Given the known problems with unsigned and signed/unsigned mixtures, better stick to (signed) integers of a sufficient size, which is guaranteed by `gsl::index`.
13267 ##### Example
13269     template<typename T>
13270     struct My_container {
13271     public:
13272         // ...
13273         T& operator[](gsl::index i);    // not unsigned
13274         // ...
13275     };
13277 ##### Example
13279     ??? demonstrate improved code generation and potential for error detection ???
13281 ##### Alternatives
13283 Alternatives for users
13285 * use algorithms
13286 * use range-for
13287 * use iterators/pointers
13289 ##### Enforcement
13291 * Very tricky as long as the standard-library containers get it wrong.
13292 * (To avoid noise) Do not flag on a mixed signed/unsigned comparison where one of the arguments is `sizeof` or a call to container `.size()` and the other is `ptrdiff_t`.
13297 # <a name="S-performance"></a>Per: Performance
13299 ??? should this section be in the main guide???
13301 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
13302 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.
13303 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
13304 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
13306 Performance rule summary:
13308 * [Per.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
13309 * [Per.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
13310 * [Per.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
13311 * [Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
13312 * [Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
13313 * [Per.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
13314 * [Per.7: Design to enable optimization](#Rper-efficiency)
13315 * [Per.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
13316 * [Per.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
13317 * [Per.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
13318 * [Per.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
13319 * [Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
13320 * [Per.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
13321 * [Per.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
13322 * [Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
13323 * [Per.18: Space is time](#Rper-space)
13324 * [Per.19: Access memory predictably](#Rper-access)
13325 * [Per.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
13327 ### <a name="Rper-reason"></a>Per.1: Don't optimize without reason
13329 ##### Reason
13331 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
13333 ##### Note
13335 Some people optimize out of habit or because it's fun.
13339 ### <a name="Rper-Knuth"></a>Per.2: Don't optimize prematurely
13341 ##### Reason
13343 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
13347 ### <a name="Rper-critical"></a>Per.3: Don't optimize something that's not performance critical
13349 ##### Reason
13351 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
13353 ##### Note
13355 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
13357 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
13358 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
13359 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
13360 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">Per.1</a> and <a
13361 href="#Rper-Knuth">Per.2</a>.)
13363 ### <a name="Rper-simple"></a>Per.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
13365 ##### Reason
13367 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
13369 ##### Example, good
13371     // clear expression of intent, fast execution
13373     vector<uint8_t> v(100000);
13375     for (auto& c : v)
13376         c = ~c;
13378 ##### Example, bad
13380     // intended to be faster, but is actually slower
13382     vector<uint8_t> v(100000);
13384     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
13385     {
13386         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
13387         quad_word = ~quad_word;
13388     }
13390 ##### Note
13396 ### <a name="Rper-low"></a>Per.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
13398 ##### Reason
13400 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
13402 ##### Note
13408 ### <a name="Rper-measure"></a>Per.6: Don't make claims about performance without measurements
13410 ##### Reason
13412 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
13413 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
13415 ##### Note
13417 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
13419 ##### Note
13421 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard-library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
13422 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
13423 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
13424 Often, you will be surprised.
13428 ### <a name="Rper-efficiency"></a>Per.7: Design to enable optimization
13430 ##### Reason
13432 Because we often need to optimize the initial design.
13433 Because a design that ignores the possibility of later improvement is hard to change.
13435 ##### Example
13437 From the C (and C++) standard:
13439     void qsort (void* base, size_t num, size_t size, int (*compar)(const void*, const void*));
13441 When did you even want to sort memory?
13442 Really, we sort sequences of elements, typically stored in containers.
13443 A call to `qsort` throws away much useful information (e.g., the element type), forces the user to repeat information
13444 already known (e.g., the element size), and forces the user to write extra code (e.g., a function to compare `double`s).
13445 This implies added work for the programmer, is error-prone, and deprives the compiler of information needed for optimization.
13447     double data[100];
13448     // ... fill a ...
13450     // 100 chunks of memory of sizeof(double) starting at
13451     // address data using the order defined by compare_doubles
13452     qsort(data, 100, sizeof(double), compare_doubles);
13454 From the point of view of interface design is that `qsort` throws away useful information.
13456 We can do better (in C++98)
13458     template<typename Iter>
13459         void sort(Iter b, Iter e);  // sort [b:e)
13461     sort(data, data + 100);
13463 Here, we use the compiler's knowledge about the size of the array, the type of elements, and how to compare `double`s.
13465 With C++11 plus [concepts](#SS-concepts), we can do better still
13467     // Sortable specifies that c must be a
13468     // random-access sequence of elements comparable with <
13469     void sort(Sortable& c);
13471     sort(c);
13473 The key is to pass sufficient information for a good implementation to be chosen.
13474 In this, the `sort` interfaces shown here still have a weakness:
13475 They implicitly rely on the element type having less-than (`<`) defined.
13476 To complete the interface, we need a second version that accepts a comparison criteria:
13478     // compare elements of c using p
13479     void sort(Sortable& c, Predicate<Value_type<Sortable>> p);
13481 The standard-library specification of `sort` offers those two versions,
13482 but the semantics is expressed in English rather than code using concepts.
13484 ##### Note
13486 Premature optimization is said to be [the root of all evil](#Rper-Knuth), but that's not a reason to despise performance.
13487 It is never premature to consider what makes a design amenable to improvement, and improved performance is a commonly desired improvement.
13488 Aim to build a set of habits that by default results in efficient, maintainable, and optimizable code.
13489 In particular, when you write a function that is not a one-off implementation detail, consider
13491 * Information passing:
13492 Prefer clean [interfaces](#S-interfaces) carrying sufficient information for later improvement of implementation.
13493 Note that information flows into and out of an implementation through the interfaces we provide.
13494 * Compact data: By default, [use compact data](#Rper-compact), such as `std::vector` and [access it in a systematic fashion](#Rper-access).
13495 If you think you need a linked structure, try to craft the interface so that this structure isn't seen by users.
13496 * Function argument passing and return:
13497 Distinguish between mutable and non-mutable data.
13498 Don't impose a resource management burden on your users.
13499 Don't impose spurious run-time indirections on your users.
13500 Use [conventional ways](#Rf-conventional) of passing information through an interface;
13501 unconventional and/or "optimized" ways of passing data can seriously complicate later reimplementation.
13502 * Abstraction:
13503 Don't overgeneralize; a design that tries to cater for every possible use (and misuse) and defers every design decision for later
13504 (using compile-time or run-time indirections) is usually a complicated, bloated, hard-to-understand mess.
13505 Generalize from concrete examples, preserving performance as we generalize.
13506 Do not generalize based on mere speculation about future needs.
13507 The ideal is zero-overhead generalization.
13508 * Libraries:
13509 Use libraries with good interfaces.
13510 If no library is available build one yourself and imitate the interface style from a good library.
13511 The [standard library](#S-stdlib) is a good first place to look for inspiration.
13512 * Isolation:
13513 Isolate your code from messy and/or old-style code by providing an interface of your choosing to it.
13514 This is sometimes called "providing a wrapper" for the useful/necessary but messy code.
13515 Don't let bad designs "bleed into" your code.
13517 ##### Example
13519 Consider:
13521     template <class ForwardIterator, class T>
13522     bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13524 `binary_search(begin(c), end(c), 7)` will tell you whether `7` is in `c` or not.
13525 However, it will not tell you where that `7` is or whether there are more than one `7`.
13527 Sometimes, just passing the minimal amount of information back (here, `true` or `false`) is sufficient, but a good interface passes
13528 needed information back to the caller. Therefore, the standard library also offers
13530     template <class ForwardIterator, class T>
13531     ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13533 `lower_bound` returns an iterator to the first match if any, otherwise to the first element greater than `val`, or `last` if no such element is found.
13535 However, `lower_bound` still doesn't return enough information for all uses, so the standard library also offers
13537     template <class ForwardIterator, class T>
13538     pair<ForwardIterator, ForwardIterator>
13539     equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
13541 `equal_range` returns a `pair` of iterators specifying the first and one beyond last match.
13543     auto r = equal_range(begin(c), end(c), 7);
13544     for (auto p = r.first; p != r.second; ++p)
13545         cout << *p << '\n';
13547 Obviously, these three interfaces are implemented by the same basic code.
13548 They are simply three ways of presenting the basic binary search algorithm to users,
13549 ranging from the simplest ("make simple things simple!")
13550 to returning complete, but not always needed, information ("don't hide useful information").
13551 Naturally, crafting such a set of interfaces requires experience and domain knowledge.
13553 ##### Note
13555 Do not simply craft the interface to match the first implementation and the first use case you think of.
13556 Once your first initial implementation is complete, review it; once you deploy it, mistakes will be hard to remedy.
13558 ##### Note
13560 A need for efficiency does not imply a need for [low-level code](#Rper-low).
13561 High-level code does not imply slow or bloated.
13563 ##### Note
13565 Things have costs.
13566 Don't be paranoid about costs (modern computers really are very fast),
13567 but have a rough idea of the order of magnitude of cost of what you use.
13568 For example, have a rough idea of the cost of
13569 a memory access,
13570 a function call,
13571 a string comparison,
13572 a system call,
13573 a disk access,
13574 and a message through a network.
13576 ##### Note
13578 If you can only think of one implementation, you probably don't have something for which you can devise a stable interface.
13579 Maybe, it is just an implementation detail - not every piece of code needs a stable interface - but pause and consider.
13580 One question that can be useful is
13581 "what interface would be needed if this operation should be implemented using multiple threads? be vectorized?"
13583 ##### Note
13585 This rule does not contradict the [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth) rule.
13586 It complements it encouraging developers enable later - appropriate and non-premature - optimization, if and where needed.
13588 ##### Enforcement
13590 Tricky.
13591 Maybe looking for `void*` function arguments will find examples of interfaces that hinder later optimization.
13593 ### <a name="Rper-type"></a>Per.10: Rely on the static type system
13595 ##### Reason
13597 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.
13601 ### <a name="Rper-Comp"></a>Per.11: Move computation from run time to compile time
13603 ##### Reason
13605 To decrease code size and run time.
13606 To avoid data races by using constants.
13607 To catch errors at compile time (and thus eliminate the need for error-handling code).
13609 ##### Example
13611     double square(double d) { return d*d; }
13612     static double s2 = square(2);    // old-style: dynamic initialization
13614     constexpr double ntimes(double d, int n)   // assume 0 <= n
13615     {
13616             double m = 1;
13617             while (n--) m *= d;
13618             return m;
13619     }
13620     constexpr double s3 {ntimes(2, 3)};  // modern-style: compile-time initialization
13622 Code like the initialization of `s2` isn't uncommon, especially for initialization that's a bit more complicated than `square()`.
13623 However, compared to the initialization of `s3` there are two problems:
13625 * we suffer the overhead of a function call at run time
13626 * `s2` just might be accessed by another thread before the initialization happens.
13628 Note: you can't have a data race on a constant.
13630 ##### Example
13632 Consider a popular technique for providing a handle for storing small objects in the handle itself and larger ones on the heap.
13634     constexpr int on_stack_max = 20;
13636     template<typename T>
13637     struct Scoped {     // store a T in Scoped
13638             // ...
13639         T obj;
13640     };
13642     template<typename T>
13643     struct On_heap {    // store a T on the free store
13644             // ...
13645             T* objp;
13646     };
13648     template<typename T>
13649     using Handle = typename std::conditional<(sizeof(T) <= on_stack_max),
13650                         Scoped<T>,      // first alternative
13651                         On_heap<T>      // second alternative
13652                    >::type;
13654     void f()
13655     {
13656         Handle<double> v1;                   // the double goes on the stack
13657         Handle<std::array<double, 200>> v2;  // the array goes on the free store
13658         // ...
13659     }
13661 Assume that `Scoped` and `On_heap` provide compatible user interfaces.
13662 Here we compute the optimal type to use at compile time.
13663 There are similar techniques for selecting the optimal function to call.
13665 ##### Note
13667 The ideal is {not} to try execute everything at compile time.
13668 Obviously, most computations depend on inputs so they can't be moved to compile time,
13669 but beyond that logical constraint is the fact that complex compile-time computation can seriously increase compile times
13670 and complicate debugging.
13671 It is even possible to slow down code by compile-time computation.
13672 This is admittedly rare, but by factoring out a general computation into separate optimal sub-calculations it is possible to render the instruction cache less effective.
13674 ##### Enforcement
13676 * Look for simple functions that might be constexpr (but are not).
13677 * Look for functions called with all constant-expression arguments.
13678 * Look for macros that could be constexpr.
13680 ### <a name="Rper-alias"></a>Per.12: Eliminate redundant aliases
13684 ### <a name="Rper-indirect"></a>Per.13: Eliminate redundant indirections
13688 ### <a name="Rper-alloc"></a>Per.14: Minimize the number of allocations and deallocations
13692 ### <a name="Rper-alloc0"></a>Per.15: Do not allocate on a critical branch
13696 ### <a name="Rper-compact"></a>Per.16: Use compact data structures
13698 ##### Reason
13700 Performance is typically dominated by memory access times.
13704 ### <a name="Rper-struct"></a>Per.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
13708 ### <a name="Rper-space"></a>Per.18: Space is time
13710 ##### Reason
13712 Performance is typically dominated by memory access times.
13716 ### <a name="Rper-access"></a>Per.19: Access memory predictably
13718 ##### Reason
13720 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
13722 ##### Example
13724     int matrix[rows][cols];
13726     // bad
13727     for (int c = 0; c < cols; ++c)
13728         for (int r = 0; r < rows; ++r)
13729             sum += matrix[r][c];
13731     // good
13732     for (int r = 0; r < rows; ++r)
13733         for (int c = 0; c < cols; ++c)
13734             sum += matrix[r][c];
13736 ### <a name="Rper-context"></a>Per.30: Avoid context switches on the critical path
13740 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and parallelism
13742 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least appear to do them at the same time).
13743 The reasons for doing so vary (e.g., waiting for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
13744 and so do the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
13745 Here, we articulate principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
13747 Threads are the machine-level foundation for concurrent and parallel programming.
13748 Threads allow running multiple sections of a program independently, while sharing
13749 the same memory. Concurrent programming is tricky,
13750 because protecting shared data between threads is easier said than done.
13751 Making existing single-threaded code execute concurrently can be
13752 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can
13753 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
13754 in a thread-friendly way.
13756 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
13757 in mind:
13759 * To help in writing code that is amenable to being used in a threaded
13760   environment
13761 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
13762   standard library
13763 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
13764   the performance gains needed
13766 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
13767 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 and C++17 improved on
13768 them, and there is much interest in making the writing of
13769 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
13770 guidance here to change significantly over time.
13772 This section needs a lot of work (obviously).
13773 Please note that we start with rules for relative non-experts.
13774 Real experts must wait a bit;
13775 contributions are welcome,
13776 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
13778 Concurrency and parallelism rule summary:
13780 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
13781 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
13782 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
13783 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
13784 * [CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
13785 * [CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code](#Rconc-tools)
13787 **See also**:
13789 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
13790 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
13791 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
13792 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
13793 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
13794 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
13796 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
13798 ##### Reason
13800 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
13801 Code gets reused.
13802 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
13803 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
13804 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
13806 ##### Example
13808     double cached_computation(double x)
13809     {
13810         static double cached_x = 0.0;
13811         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
13812         double result;
13814         if (cached_x == x)
13815             return cached_result;
13816         result = computation(x);
13817         cached_x = x;
13818         cached_result = result;
13819         return result;
13820     }
13822 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.
13824 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
13826 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
13827 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
13828 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
13829 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
13830 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
13831 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
13833 ##### Exception
13835 Code that is never run in a multi-threaded environment.
13837 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
13838 was run as part of a multi-threaded program, often years later.
13839 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
13840 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.
13842 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
13844 ##### Reason
13846 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
13848 ##### Note
13850 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.
13851 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
13853 ##### Example, bad
13855 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
13856 production software at this very moment. One very simple example:
13858     int get_id() {
13859       static int id = 1;
13860       return id++;
13861     }
13863 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
13864 including:
13866 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
13867   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
13868   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
13869   `id` plus one.
13870 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
13871   same ID.
13873 Local static variables are a common source of data races.
13875 ##### Example, bad:
13877     void f(fstream&  fs, regex pattern)
13878     {
13879         array<double, max> buf;
13880         int sz = read_vec(fs, buf, max);            // read from fs into buf
13881         gsl::span<double> s {buf};
13882         // ...
13883         auto h1 = async([&]{ sort(std::execution::par, s); });     // spawn a task to sort
13884         // ...
13885         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf, sz, pattern); });   // spawn a task to find matches
13886         // ...
13887     }
13889 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
13890 All data races are nasty.
13891 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
13892 Not all data races are as easy to spot as this one.
13894 ##### Example, bad:
13896     // code not controlled by a lock
13898     unsigned val;
13900     if (val < 5) {
13901         // ... other thread can change val here ...
13902         switch (val) {
13903         case 0: // ...
13904         case 1: // ...
13905         case 2: // ...
13906         case 3: // ...
13907         case 4: // ...
13908         }
13909     }
13911 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
13912 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.
13913 Really, "all bets are off" if you get a data race.
13914 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;
13915 this can be a security risk.
13917 ##### Enforcement
13919 Some is possible, do at least something.
13920 There are commercial and open-source tools that try to address this problem,
13921 but be aware that solutions have costs and blind spots.
13922 Static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
13923 We hope for better tools.
13924 Using multiple tools can catch more problems than a single one.
13926 There are other ways you can mitigate the chance of data races:
13928 * Avoid global data
13929 * Avoid `static` variables
13930 * More use of value types on the stack (and don't pass pointers around too much)
13931 * More use of immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
13933 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
13935 ##### Reason
13937 If you don't share writable data, you can't have a data race.
13938 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchronize access (and get data races).
13939 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
13941 ##### Example
13943     bool validate(const vector<Reading>&);
13944     Graph<Temp_node> temperature_gradiants(const vector<Reading>&);
13945     Image altitude_map(const vector<Reading>&);
13946     // ...
13948     void process_readings(const vector<Reading>& surface_readings)
13949     {
13950         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings)) throw Invalid_data{}; });
13951         auto h2 = async([&] { return temperature_gradiants(surface_readings); });
13952         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
13953         // ...
13954         h1.get();
13955         auto v2 = h2.get();
13956         auto v3 = h3.get();
13957         // ...
13958     }
13960 Without those `const`s, we would have to review every asynchronously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
13961 Making `surface_readings` be `const` (with respect to this function) allow reasoning using only the function body.
13963 ##### Note
13965 Immutable data can be safely and efficiently shared.
13966 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
13967 See also [CP.mess: Message Passing](#SScp-mess) and [CP.31: prefer pass by value](#Rconc-data-by-value).
13969 ##### Enforcement
13974 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
13976 ##### Reason
13978 A `thread` is an implementation concept, a way of thinking about the machine.
13979 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
13980 Application concepts are easier to reason about.
13982 ##### Example
13984     void some_fun() {
13985         std::string msg, msg2;
13986         std::thread publisher([&] { msg = "Hello"; });       // bad: less expressive
13987                                                              //      and more error-prone
13988         auto pubtask = std::async([&] { msg2 = "Hello"; });  // OK
13989         // ...
13990         publisher.join();
13991     }
13993 ##### Note
13995 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
13996 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstraction: for productivity, for reliability, and for performance.
13997 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
13999 ##### Enforcement
14003 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8: Don't try to use `volatile` for synchronization
14005 ##### Reason
14007 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
14008 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
14009 It simply has nothing to do with concurrency.
14011 ##### Example, bad:
14013     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14015     Pool* use()
14016     {
14017         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14018     }
14020 Here we have a problem:
14021 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two threads execute this and
14022 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
14023 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
14025     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14027     Pool* use()
14028     {
14029         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14030     }
14032 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
14034 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
14036     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
14038     Pool* use()
14039     {
14040         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
14041     }
14043 Now the `--` operation is atomic,
14044 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
14046 ##### Alternative
14048 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
14049 Use a `mutex` for more complicated examples.
14051 ##### See also
14053 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
14055 ### <a name="Rconc-tools"></a>CP.9: Whenever feasible use tools to validate your concurrent code
14057 Experience shows that concurrent code is exceptionally hard to get right
14058 and that compile-time checking, run-time checks, and testing are less effective at finding concurrency errors
14059 than they are at finding errors in sequential code.
14060 Subtle concurrency errors can have dramatically bad effects, including memory corruption and deadlocks.
14062 ##### Example
14064     ???
14066 ##### Note
14068 Thread safety is challenging, often getting the better of experienced programmers: tooling is an important strategy to mitigate those risks.
14069 There are many tools "out there", both commercial and open-source tools, both research and production tools.
14070 Unfortunately people's needs and constraints differ so dramatically that we cannot make specific recommendations,
14071 but we can mention:
14073 * Static enforcement tools: both [clang](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSafetyAnalysis.html)
14074 and some older versions of [GCC](https://gcc.gnu.org/wiki/ThreadSafetyAnnotation)
14075 have some support for static annotation of thread safety properties.
14076 Consistent use of this technique turns many classes of thread-safety errors into compile-time errors.
14077 The annotations are generally local (marking a particular member variable as guarded by a particular mutex),
14078 and are usually easy to learn. However, as with many static tools, it can often present false negatives;
14079 cases that should have been caught but were allowed.
14081 * dynamic enforcement tools: Clang's [Thread Sanitizer](http://clang.llvm.org/docs/ThreadSanitizer.html) (aka TSAN)
14082 is a powerful example of dynamic tools: it changes the build and execution of your program to add bookkeeping on memory access,
14083 absolutely identifying data races in a given execution of your binary.
14084 The cost for this is both memory (5-10x in most cases) and CPU slowdown (2-20x).
14085 Dynamic tools like this are best when applied to integration tests, canary pushes, or unittests that operate on multiple threads.
14086 Workload matters: When TSAN identifies a problem, it is effectively always an actual data race,
14087 but it can only identify races seen in a given execution.
14089 ##### Enforcement
14091 It is up to an application builder to choose which support tools are valuable for a particular applications.
14093 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
14095 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
14097 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
14098 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
14099 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
14100 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
14102 Concurrency rule summary:
14104 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
14105 * [CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
14106 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
14107 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
14108 * [CP.24: Think of a `thread` as a global container](#Rconc-detach)
14109 * [CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`](#Rconc-joining_thread)
14110 * [CP.26: Don't `detach()` a thread](#Rconc-detached_thread)
14111 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer](#Rconc-data-by-value)
14112 * [CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
14113 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
14114 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
14115 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
14116 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
14117 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
14118 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible](#Rconc-mutex)
14119 * ??? when to use a spinlock
14120 * ??? when to use `try_lock()`
14121 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
14122 * ??? Time multiplexing
14123 * ??? when/how to use `new thread`
14125 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
14127 ##### Reason
14129 Avoids nasty errors from unreleased locks.
14131 ##### Example, bad
14133     mutex mtx;
14135     void do_stuff()
14136     {
14137         mtx.lock();
14138         // ... do stuff ...
14139         mtx.unlock();
14140     }
14142 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
14144     mutex mtx;
14146     void do_stuff()
14147     {
14148         unique_lock<mutex> lck {mtx};
14149         // ... do stuff ...
14150     }
14152 ##### Enforcement
14154 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
14157 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` or `std::scoped_lock` to acquire multiple `mutex`es
14159 ##### Reason
14161 To avoid deadlocks on multiple `mutex`es.
14163 ##### Example
14165 This is asking for deadlock:
14167     // thread 1
14168     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14169     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14171     // thread 2
14172     lock_guard<mutex> lck2(m2);
14173     lock_guard<mutex> lck1(m1);
14175 Instead, use `lock()`:
14177     // thread 1
14178     lock(m1, m2);
14179     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14180     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14182     // thread 2
14183     lock(m2, m1);
14184     lock_guard<mutex> lck2(m2, adopt_lock);
14185     lock_guard<mutex> lck1(m1, adopt_lock);
14187 or (better, but C++17 only):
14189     // thread 1
14190     scoped_lock<mutex, mutex> lck1(m1, m2);
14192     // thread 2
14193     scoped_lock<mutex, mutex> lck2(m2, m1);
14195 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
14197 ##### Note
14199 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
14200 In real code, `mutex`es are not always conveniently acquired on consecutive lines.
14202 In C++17 it's possible to write plain
14204     lock_guard lck1(m1, adopt_lock);
14206 and have the `mutex` type deduced.
14208 ##### Enforcement
14210 Detect the acquisition of multiple `mutex`es.
14211 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
14214 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
14216 ##### Reason
14218 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
14220 ##### Example
14222     void do_this(Foo* p)
14223     {
14224         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
14225         // ... do something ...
14226         p->act(my_data);
14227         // ...
14228     }
14230 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),
14231 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
14232 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
14234 ##### Example
14236 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.
14237 Such problem can often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
14239     recursive_mutex my_mutex;
14241     template<typename Action>
14242     void do_something(Action f)
14243     {
14244         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
14245         // ... do something ...
14246         f(this);    // f will do something to *this
14247         // ...
14248     }
14250 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.
14252 ##### Enforcement
14254 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
14255 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
14258 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
14260 ##### Reason
14262 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14263 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
14265 ##### Example
14267     void f(int* p)
14268     {
14269         // ...
14270         *p = 99;
14271         // ...
14272     }
14273     int glob = 33;
14275     void some_fct(int* p)
14276     {
14277         int x = 77;
14278         joining_thread t0(f, &x);           // OK
14279         joining_thread t1(f, p);            // OK
14280         joining_thread t2(f, &glob);        // OK
14281         auto q = make_unique<int>(99);
14282         joining_thread t3(f, q.get());      // OK
14283         // ...
14284     }
14286 A `gsl::joining_thread` is a `std::thread` with a destructor that joins and that cannot be `detached()`.
14287 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
14288 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14289 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14291 ##### Enforcement
14293 Ensure that `joining_thread`s don't `detach()`.
14294 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
14296 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a `thread` as a global container
14298 ##### Reason
14300 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers are used by a `thread`.
14301 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
14303 ##### Example
14305     void f(int* p)
14306     {
14307         // ...
14308         *p = 99;
14309         // ...
14310     }
14312     int glob = 33;
14314     void some_fct(int* p)
14315     {
14316         int x = 77;
14317         std::thread t0(f, &x);           // bad
14318         std::thread t1(f, p);            // bad
14319         std::thread t2(f, &glob);        // OK
14320         auto q = make_unique<int>(99);
14321         std::thread t3(f, q.get());      // bad
14322         // ...
14323         t0.detach();
14324         t1.detach();
14325         t2.detach();
14326         t3.detach();
14327         // ...
14328     }
14330 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
14331 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
14332 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
14333 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
14335 ##### Note
14337 Even objects with static storage duration can be problematic if used from detached threads: if the
14338 thread continues until the end of the program, it might be running concurrently with the destruction
14339 of objects with static storage duration, and thus accesses to such objects might race.
14341 ##### Note
14343 This rule is redundant if you [don't `detach()`](#Rconc-detached_thread) and [use `gsl::joining_thread`](#Rconc-joining_thread).
14344 However, converting code to follow those guidelines could be difficult and even impossible for third-party libraries.
14345 In such cases, the rule becomes essential for lifetime safety and type safety.
14348 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
14349 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;
14350 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
14352 ##### Enforcement
14354 Flag attempts to pass local variables to a thread that might `detach()`.
14356 ### <a name="Rconc-joining_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::joining_thread` over `std::thread`
14358 ##### Reason
14360 A `joining_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
14361 Detached threads are hard to monitor.
14362 It is harder to ensure absence of errors in detached threads (and potentially detached threads)
14364 ##### Example, bad
14366     void f() { std::cout << "Hello "; }
14368     struct F {
14369         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14370     };
14372     int main()
14373     {
14374         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14375         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14376     }  // spot the bugs
14378 ##### Example
14380     void f() { std::cout << "Hello "; }
14382     struct F {
14383         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
14384     };
14386     int main()
14387     {
14388         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
14389         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
14391         t1.join();
14392         t2.join();
14393     }  // one bad bug left
14396 ##### Example, bad
14398 The code determining whether to `join()` or `detach()` may be complicated and even decided in the thread of functions called from it or functions called by the function that creates a thread:
14400     void tricky(thread* t, int n)
14401     {
14402         // ...
14403         if (is_odd(n))
14404             t->detach();
14405         // ...
14406     }
14408     void use(int n)
14409     {
14410         thread t { tricky, this, n };
14411         // ...
14412         // ... should I join here? ...
14413     }
14415 This seriously complicates lifetime analysis, and in not too unlikely cases makes lifetime analysis impossible.
14416 This implies that we cannot safely refer to local objects in `use()` from the thread or refer to local objects in the thread from `use()`.
14418 ##### Note
14420 Make "immortal threads" globals, put them in an enclosing scope, or put them on the free store rather than `detach()`.
14421 [don't `detach`](#Rconc-detached_thread).
14423 ##### Note
14425 Because of old code and third party libraries using `std::thread` this rule can be hard to introduce.
14427 ##### Enforcement
14429 Flag uses of `std::thread`:
14431 * Suggest use of `gsl::joining_thread`.
14432 * Suggest ["exporting ownership"](#Rconc-detached_thread) to an enclosing scope if it detaches.
14433 * Seriously warn if it is not obvious whether if joins of detaches.
14435 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Don't `detach()` a thread
14437 ##### Reason
14439 Often, the need to outlive the scope of its creation is inherent in the `thread`s task,
14440 but implementing that idea by `detach` makes it harder to monitor and communicate with the detached thread.
14441 In particular, it is harder (though not impossible) to ensure that the thread completed as expected or lives for as long as expected.
14443 ##### Example
14445     void heartbeat();
14447     void use()
14448     {
14449         std::thread t(heartbeat);             // don't join; heartbeat is meant to run forever
14450         t.detach();
14451         // ...
14452     }
14454 This is a reasonable use of a thread, for which `detach()` is commonly used.
14455 There are problems, though.
14456 How do we monitor the detached thread to see if it is alive?
14457 Something might go wrong with the heartbeat, and losing a heartbeat can be very serious in a system for which it is needed.
14458 So, we need to communicate with the heartbeat thread
14459 (e.g., through a stream of messages or notification events using a `condition_variable`).
14461 An alternative, and usually superior solution is to control its lifetime by placing it in a scope outside its point of creation (or activation).
14462 For example:
14464     void heartbeat();
14466     gsl::joining_thread t(heartbeat);             // heartbeat is meant to run "forever"
14468 This heartbeat will (barring error, hardware problems, etc.) run for as long as the program does.
14470 Sometimes, we need to separate the point of creation from the point of ownership:
14472     void heartbeat();
14474     unique_ptr<gsl::joining_thread> tick_tock {nullptr};
14476     void use()
14477     {
14478         // heartbeat is meant to run as long as tick_tock lives
14479         tick_tock = make_unique<gsl::joining_thread>(heartbeat);
14480         // ...
14481     }
14483 #### Enforcement
14485 Flag `detach()`.
14488 ### <a name="Rconc-data-by-value"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, rather than by reference or pointer
14490 ##### Reason
14492 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
14493 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
14495 ##### Note
14497 Defining "small amount" precisely is impossible.
14499 ##### Example
14501     string modify1(string);
14502     void modify2(string&);
14504     void fct(string& s)
14505     {
14506         auto res = async(modify1, s);
14507         async(modify2, s);
14508     }
14510 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
14511 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written it for single-threaded code,
14512 whereas the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
14513 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
14514 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
14515 is probably not a good idea.
14517 Note that this argument has nothing to do with `async` as such. It applies equally to considerations about whether to use
14518 message passing or shared memory.
14520 ##### Enforcement
14525 ### <a name="Rconc-shared"></a>CP.32: To share ownership between unrelated `thread`s use `shared_ptr`
14527 ##### Reason
14529 If threads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
14530 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
14531 safe way to ensure proper deletion.
14533 ##### Example
14535     ???
14537 ##### Note
14539 * A static object (e.g. a global) can be shared because it is not owned in the sense that some thread is responsible for its deletion.
14540 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
14541 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
14543 ##### Enforcement
14548 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
14550 ##### Reason
14552 Context switches are expensive.
14554 ##### Example
14556     ???
14558 ##### Enforcement
14563 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
14565 ##### Reason
14567 Thread creation is expensive.
14569 ##### Example
14571     void worker(Message m)
14572     {
14573         // process
14574     }
14576     void master(istream& is)
14577     {
14578         for (Message m; is >> m; )
14579             run_list.push_back(new thread(worker, m));
14580     }
14582 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
14584 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
14586     Sync_queue<Message> work;
14588     void master(istream& is)
14589     {
14590         for (Message m; is >> m; )
14591             work.put(m);
14592     }
14594     void worker()
14595     {
14596         for (Message m; m = work.get(); ) {
14597             // process
14598         }
14599     }
14601     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
14602     {
14603         joining_thread w1 {worker};
14604         joining_thread w2 {worker};
14605         joining_thread w3 {worker};
14606         joining_thread w4 {worker};
14607     }
14609 ##### Note
14611 If your system has a good thread pool, use it.
14612 If your system has a good message queue, use it.
14614 ##### Enforcement
14619 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
14621 ##### Reason
14623 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
14625 ##### Example, bad
14627     std::condition_variable cv;
14628     std::mutex mx;
14630     void thread1()
14631     {
14632         while (true) {
14633             // do some work ...
14634             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14635             cv.notify_one();    // wake other thread
14636         }
14637     }
14639     void thread2()
14640     {
14641         while (true) {
14642             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
14643             cv.wait(lock);    // might block forever
14644             // do work ...
14645         }
14646     }
14648 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
14650 ##### Example
14652     template<typename T>
14653     class Sync_queue {
14654     public:
14655         void put(const T& val);
14656         void put(T&& val);
14657         void get(T& val);
14658     private:
14659         mutex mtx;
14660         condition_variable cond;    // this controls access
14661         list<T> q;
14662     };
14664     template<typename T>
14665     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
14666     {
14667         lock_guard<mutex> lck(mtx);
14668         q.push_back(val);
14669         cond.notify_one();
14670     }
14672     template<typename T>
14673     void Sync_queue<T>::get(T& val)
14674     {
14675         unique_lock<mutex> lck(mtx);
14676         cond.wait(lck, [this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
14677         val = q.front();
14678         q.pop_front();
14679     }
14681 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotten to `get()` before it),
14682 it will immediately go back to sleep, waiting.
14684 ##### Enforcement
14686 Flag all `wait`s without conditions.
14689 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
14691 ##### Reason
14693 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
14694 and `thread` suspension and resumption are expensive.
14696 ##### Example
14698     void do_something() // bad
14699     {
14700         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14701         do0();  // preparation: does not need lock
14702         do1();  // transaction: needs locking
14703         do2();  // cleanup: does not need locking
14704     }
14706 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
14707 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
14708 We could rewrite this to
14710     void do_something() // bad
14711     {
14712         do0();  // preparation: does not need lock
14713         my_lock.lock();
14714         do1();  // transaction: needs locking
14715         my_lock.unlock();
14716         do2();  // cleanup: does not need locking
14717     }
14719 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
14720 Instead, add a block for the critical section:
14722     void do_something() // OK
14723     {
14724         do0();  // preparation: does not need lock
14725         {
14726             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
14727             do1();  // transaction: needs locking
14728         }
14729         do2();  // cleanup: does not need locking
14730     }
14732 ##### Enforcement
14734 Impossible in general.
14735 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
14738 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
14740 ##### Reason
14742 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
14744 ##### Example
14746     unique_lock<mutex>(m1);
14747     lock_guard<mutex> {m2};
14748     lock(m1, m2);
14750 This looks innocent enough, but it isn't.
14752 ##### Enforcement
14754 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
14758 ### <a name="Rconc-mutex"></a>CP.50: Define a `mutex` together with the data it guards. Use `synchronized_value<T>` where possible
14760 ##### Reason
14762 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how. This decreases the chance of the wrong mutex being locked, or the mutex not being locked.
14764 Using a `synchronized_value<T>` ensures that the data has a mutex, and the right mutex is locked when the data is accessed.
14765 See the [WG21 proposal](http://wg21.link/p0290) to add `synchronized_value` to a future TS or revision of the C++ standard.
14767 ##### Example
14769     struct Record {
14770         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
14771         // ...
14772     };
14774     class MyClass {
14775         struct DataRecord {
14776            // ...
14777         };
14778         synchronized_value<DataRecord> data; // Protect the data with a mutex
14779     };
14781 ##### Enforcement
14783 ??? Possible?
14786 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
14788 By "parallelism" we refer to performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
14790 Parallelism rule summary:
14792 * ???
14793 * ???
14794 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
14795 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary dependency on linear evaluation
14799 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
14801 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.
14802 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
14803 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
14804 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
14806 Message passing rules summary:
14808 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
14809 * [CP.61: Use an `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
14810 * message queues
14811 * messaging libraries
14813 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
14815 ??? 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?
14818 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
14820 ##### Reason
14822 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14823 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14825 ##### Example
14827     ???
14829 ##### Note
14833 ##### Enforcement
14837 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use an `async()` to spawn a concurrent task
14839 ##### Reason
14841 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
14842 There is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
14844 ##### Example
14846     ???
14848 ##### Note
14850 Unfortunately, `async()` is not perfect.
14851 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
14852 In fact, most current `async()` implementations don't.
14853 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
14854 and unless you really need to optimize for many asynchronous tasks, stick with `async()`.
14856 ##### Enforcement
14861 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
14863 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
14864 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
14865 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
14866 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
14868 Vectorization rule summary:
14870 * ???
14871 * ???
14873 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
14875 Synchronization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
14876 Furthermore, it can lead to deadlock.
14877 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
14878 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
14879 Lock-free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
14881 Lock-free programming rule summary:
14883 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
14884 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
14885 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-literature)
14886 * how/when to use atomics
14887 * avoid starvation
14888 * use a lock-free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
14889 * [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double)
14890 * [CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking](#Rconc-double-pattern)
14891 * how/when to compare and swap
14894 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
14896 ##### Reason
14898 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
14900 ##### Example, bad
14902     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
14904     Link* nh = new Link(data, nullptr);    // make a link ready for insertion
14905     Link* h = head.load();                 // read the shared head of the list
14907     do {
14908         if (h->data <= data) break;        // if so, insert elsewhere
14909         nh->next = h;                      // next element is the previous head
14910     } while (!head.compare_exchange_weak(h, nh));    // write nh to head or to h
14912 Spot the bug.
14913 It would be really hard to find through testing.
14914 Read up on the ABA problem.
14916 ##### Exception
14918 [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.
14920 ##### Note
14922 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
14924 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
14927 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
14929 ##### Reason
14931 The low-level hardware interfaces used by lock-free programming are among the hardest to implement well and among
14932 the areas where the most subtle portability problems occur.
14933 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
14935 ##### Note
14937 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
14938 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
14939 Testing - often to an extreme extent - is essential.
14940 "Don't fly too close to the sun."
14942 ##### Enforcement
14944 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
14947 ### <a name="Rconc-literature"></a>CP.102: Carefully study the literature
14949 ##### Reason
14951 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
14952 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
14954 ##### References
14956 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
14957 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
14958 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
14959 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
14960 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
14961 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
14962 * 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.
14963 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
14964 * 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.
14967 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization
14969 ##### Reason
14971 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.
14973 ##### Example
14975 Example with std::call_once.
14977     void f()
14978     {
14979         static std::once_flag my_once_flag;
14980         std::call_once(my_once_flag, []()
14981         {
14982             // do this only once
14983         });
14984         // ...
14985     }
14987 Example with thread-safe static local variables of C++11.
14989     void f()
14990     {
14991         // Assuming the compiler is compliant with C++11
14992         static My_class my_object; // Constructor called only once
14993         // ...
14994     }
14996     class My_class
14997     {
14998     public:
14999         My_class()
15000         {
15001             // do this only once
15002         }
15003     };
15005 ##### Enforcement
15007 ??? Is it possible to detect the idiom?
15010 ### <a name="Rconc-double-pattern"></a>CP.111: Use a conventional pattern if you really need double-checked locking
15012 ##### Reason
15014 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.
15016 The uses of the double-checked locking pattern that are not in violation of [CP.110: Do not write your own double-checked locking for initialization](#Rconc-double) arise when a non-thread-safe action is both hard and rare, and there exists a fast thread-safe test that can be used to guarantee that the action is not needed, but cannot be used to guarantee the converse.
15018 ##### Example, bad
15020 The use of volatile does not make the first check thread-safe, see also [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15022     mutex action_mutex;
15023     volatile bool action_needed;
15025     if (action_needed) {
15026         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15027         if (action_needed) {
15028             take_action();
15029             action_needed = false;
15030         }
15031     }
15033 ##### Example, good
15035     mutex action_mutex;
15036     atomic<bool> action_needed;
15038     if (action_needed) {
15039         std::lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15040         if (action_needed) {
15041             take_action();
15042             action_needed = false;
15043         }
15044     }
15046 Fine-tuned memory order may be beneficial where acquire load is more efficient than sequentially-consistent load
15048     mutex action_mutex;
15049     atomic<bool> action_needed;
15051     if (action_needed.load(memory_order_acquire)) {
15052         lock_guard<std::mutex> lock(action_mutex);
15053         if (action_needed.load(memory_order_relaxed)) {
15054             take_action();
15055             action_needed.store(false, memory_order_release);
15056         }
15057     }
15059 ##### Enforcement
15061 ??? Is it possible to detect the idiom?
15064 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
15066 These rules defy simple categorization:
15068 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
15069 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
15071 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
15073 ##### Reason
15075 `volatile` is used to refer to objects that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
15077 ##### Example
15079     const volatile long clock;
15081 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
15082 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
15083 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:
15085     long t1 = clock;
15086     // ... no use of clock here ...
15087     long t2 = clock;
15089 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
15091 ##### Note
15093 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
15095 ##### Example
15097 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned elsewhere (hardware or another language):
15099     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
15100         // note: we get a pointer to someone else's memory here
15101         // volatile says "treat this with extra respect"
15103 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
15105     static volatile long vl;
15106     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
15108 ##### Example, bad
15110 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're ephemeral?
15111 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
15113     void f() {
15114         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
15115         // etc.
15116     }
15118     class My_type {
15119         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
15120         // etc.
15121     };
15123 ##### Note
15125 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchronization](#Rconc-volatile).
15127 ##### Enforcement
15129 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
15130 * ???
15132 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
15134 ???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")
15137 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
15139 Error handling involves:
15141 * Detecting an error
15142 * Transmitting information about an error to some handler code
15143 * Preserving a valid state of the program
15144 * Avoiding resource leaks
15146 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.
15148 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
15150 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
15151 * Resource leaks (including memory leaks)
15152 * Bounds errors
15153 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
15154 * Complexity errors (logical errors made likely by overly complex expression of ideas)
15155 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
15157 Error-handling rule summary:
15159 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
15160 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
15161 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
15162 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
15163 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
15164 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
15165 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
15166 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
15168 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
15169 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
15170 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
15171 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
15172 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
15173 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
15174 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
15175 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
15177 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](#Re-no-throw-raii)
15178 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
15179 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
15180 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
15182 * [E.30: Don't use exception specifications](#Re-specifications)
15183 * [E.31: Properly order your `catch`-clauses](#Re_catch)
15185 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
15187 ##### Reason
15189 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
15191 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
15193 ##### Reason
15195 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
15197 ##### Example
15199     struct Foo {
15200         vector<Thing> v;
15201         File_handle f;
15202         string s;
15203     };
15205     void use()
15206     {
15207         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
15208         // ...
15209     }
15211 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.
15212 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
15213 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
15214 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
15215 Note that there is no return value that could contain an error code.
15217 The `File_handle` constructor might be defined like this:
15219     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
15220         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
15221     {
15222         if (!f)
15223             throw runtime_error{"File_handle: could not open " + name + " as " + mode};
15224     }
15226 ##### Note
15228 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
15229 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
15230 Examples:
15232 * A precondition that cannot be met
15233 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
15234 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] = 7`)
15235 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
15237 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
15238 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
15240 ##### Note
15242 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
15244 ##### Exception
15246 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`.
15248 **See also**: [RAII](#Re-raii)
15250 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
15252 ##### Note
15254 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii);
15255 they have their own complexities and problems.
15256 Also, as far as possible, measure before making claims about efficiency.
15258 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
15260 ##### Reason
15262 To keep error handling separated from "ordinary code."
15263 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
15265 ##### Example, don't
15267     // don't: exception not used for error handling
15268     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
15269     {
15270         try {
15271             for (gsl::index i = 0; i < vec.size(); ++i)
15272                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
15273         } catch (int i) {
15274             return i;
15275         }
15276         return -1;   // not found
15277     }
15279 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
15280 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
15282 ##### Enforcement
15284 Would need to be heuristic.
15285 Look for exception values "leaked" out of `catch` clauses.
15287 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
15289 ##### Reason
15291 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.
15293 ##### Note
15295 An [invariant](#Rc-struct) is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
15297 ##### Enforcement
15301 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
15303 ##### Reason
15305 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
15306 Not all member functions can be called.
15308 ##### Example
15310     class Vector {  // very simplified vector of doubles
15311         // if elem != nullptr then elem points to sz doubles
15312     public:
15313         Vector() : elem{nullptr}, sz{0}{}
15314         Vector(int s) : elem{new double[s]}, sz{s} { /* initialize elements */ }
15315         ~Vector() { delete [] elem; }
15316         double& operator[](int s) { return elem[s]; }
15317         // ...
15318     private:
15319         owner<double*> elem;
15320         int sz;
15321     };
15323 The class invariant - here stated as a comment - is established by the constructors.
15324 `new` throws if it cannot allocate the required memory.
15325 The operators, notably the subscript operator, relies on the invariant.
15327 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
15329 ##### Enforcement
15331 Flag classes with `private` state without a constructor (public, protected, or private).
15333 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
15335 ##### Reason
15337 Leaks are typically unacceptable.
15338 Manual resource release is error-prone.
15339 RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
15341 ##### Example
15343     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
15344     {
15345         int* p = new int[12];
15346         // ...
15347         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15348         // ...
15349     }
15351 We could carefully release the resource before the throw:
15353     void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
15354     {
15355         int* p = new int[12];
15356         // ...
15357         if (i < 17) {
15358             delete[] p;
15359             throw Bad{"in f()", i};
15360         }
15361         // ...
15362     }
15364 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
15366     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15367     {
15368         auto p = make_unique<int[]>(12);
15369         // ...
15370         if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
15371         // ...
15372     }
15374 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
15376     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
15377     {
15378         auto p = make_unique<int[]>(12);
15379         // ...
15380         helper(i);   // may throw
15381         // ...
15382     }
15384 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
15386     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
15387     {
15388         vector<int> v(12);
15389         // ...
15390         helper(i);   // may throw
15391         // ...
15392     }
15394 That's even simpler and safer, and often more efficient.
15396 ##### Note
15398 If there is no obvious resource handle and for some reason defining a proper RAII object/handle is infeasible,
15399 as a last resort, cleanup actions can be represented by a [`final_action`](#Re-finally) object.
15401 ##### Note
15403 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
15404 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
15405 We know of only a few good reasons:
15407 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K memory.
15408 * 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.
15409 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
15410   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
15411 * Our implementation of the C++ exception mechanisms is unreasonably poor
15412 (slow, memory consuming, failing to work correctly for dynamically linked libraries, etc.).
15413 Complain to your implementation purveyor; if no user complains, no improvement will happen.
15414 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
15416 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
15417 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
15418 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
15419 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
15421     void f()
15422     {
15423         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
15424         if (!vs.valid()) {
15425             // handle error or exit
15426         }
15428         ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
15429         if (!fs.valid()) {
15430             // handle error or exit
15431         }
15433         // ...
15434     } // destructors clean up as usual
15436 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
15437 Prefer to use exceptions.
15439 **See also**: [Use of `noexcept`](#Se-noexcept)
15441 ##### Enforcement
15445 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
15447 ##### Reason
15449 To avoid interface errors.
15451 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre)
15453 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
15455 ##### Reason
15457 To avoid interface errors.
15459 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post)
15461 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
15463 ##### Reason
15465 To make error handling systematic, robust, and efficient.
15467 ##### Example
15469     double compute(double d) noexcept
15470     {
15471         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
15472     }
15474 Here, we know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw.
15475 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`.
15477 ##### Note
15479 Many standard-library functions are `noexcept` including all the standard-library functions "inherited" from the C Standard Library.
15481 ##### Example
15483     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
15484     {
15485         vector<double> v2(v.size());
15486         // ... do something ...
15487     }
15489 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`.
15490 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.
15492 ##### Note
15494 Do not use traditional [exception-specifications](#Re-specifications).
15496 ##### See also
15498 [discussion](#Sd-noexcept).
15500 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
15502 ##### Reason
15504 That would be a leak.
15506 ##### Example
15508     void leak(int x)   // don't: may leak
15509     {
15510         auto p = new int{7};
15511         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p
15512         // ...
15513         delete p;   // we may never get here
15514     }
15516 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
15518     void no_leak(int x)
15519     {
15520         auto p = make_unique<int>(7);
15521         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
15522         // ...
15523         // no need for delete p
15524     }
15526 Another solution (often better) would be to use a local variable to eliminate explicit use of pointers:
15528     void no_leak_simplified(int x)
15529     {
15530         vector<int> v(7);
15531         // ...
15532     }
15534 ##### Note
15536 If you have local "things" that requires cleanup, but is not represented by an object with a destructor, such cleanup must
15537 also be done before a `throw`.
15538 Sometimes, [`finally()`](#Re-finally) can make such unsystematic cleanup a bit more manageable.
15540 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
15542 ##### Reason
15544 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
15546 ##### Example
15548     void my_code()
15549     {
15550         // ...
15551         throw Moonphase_error{};
15552         // ...
15553     }
15555     void your_code()
15556     {
15557         try {
15558             // ...
15559             my_code();
15560             // ...
15561         }
15562         catch(const Bufferpool_exhausted&) {
15563             // ...
15564         }
15565     }
15567 ##### Example, don't
15569     void my_code()     // Don't
15570     {
15571         // ...
15572         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
15573         // ...
15574     }
15576     void your_code()   // Don't
15577     {
15578         try {
15579             // ...
15580             my_code();
15581             // ...
15582         }
15583         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
15584             // ...
15585         }
15586     }
15588 ##### Note
15590 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.
15592 ##### Example, don't
15594     void my_code()   // Don't
15595     {
15596         // ...
15597         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
15598         // ...
15599     }
15601     void your_code()   // Don't
15602     {
15603         try {
15604             // ...
15605             my_code();
15606             // ...
15607         }
15608         catch(const runtime_error&) {   // runtime_error means "input buffer too small"
15609             // ...
15610         }
15611     }
15613 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15615 ##### Enforcement
15617 Catch `throw` and `catch` of a built-in type. Maybe warn about `throw` and `catch` using a standard-library `exception` type. Obviously, exceptions derived from the `std::exception` hierarchy are fine.
15619 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
15621 ##### Reason
15623 To prevent slicing.
15625 ##### Example
15627     void f()
15628     {
15629         try {
15630             // ...
15631         }
15632         catch (exception e) {   // don't: may slice
15633             // ...
15634         }
15635     }
15637 Instead, use a reference:
15639     catch (exception& e) { /* ... */ }
15641 of - typically better still - a `const` reference:
15643     catch (const exception& e) { /* ... */ }
15645 Most handlers do not modify their exception and in general we [recommend use of `const`](#Res-const).
15647 ##### Note
15649 To rethrow a caught exception use `throw;` not `throw e;`. Using `throw e;` would throw a new copy of `e` (sliced to the static type `std::exception`) instead of rethrowing the original exception of type `std::runtime_error`. (But keep [Don't try to catch every exception in every function](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#Re-not-always) and [Minimize the use of explicit `try`/`catch`](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#Re-catch) in mind.)
15651 ##### Enforcement
15653 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
15655 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
15657 ##### Reason
15659 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.
15661 ##### Example, don't
15663     class Connection {
15664         // ...
15665     public:
15666         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
15667         {
15668             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
15669             // ...
15670         }
15671     };
15673 ##### Note
15675 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples, such as a network connection that "refuses to close".
15676 To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this.
15677 Occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup.
15678 For example, we might put a socket that does not want to close on a "bad socket" list,
15679 to be examined by a regular sweep of the system state.
15680 Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and often buggy.
15682 ##### Note
15684 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.
15686 ##### Note
15688 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`.
15689 Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
15690 Also, [make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept).
15692 ##### Enforcement
15694 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`.
15695 Catch such operations that are not `noexcept`.
15697 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
15699 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
15701 ##### Reason
15703 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
15704 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
15705 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
15707 ##### Example, don't
15709     void f()   // bad
15710     {
15711         try {
15712             // ...
15713         }
15714         catch (...) {
15715             // no action
15716             throw;   // propagate exception
15717         }
15718     }
15720 ##### Enforcement
15722 * Flag nested try-blocks.
15723 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
15725 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
15727 ##### Reason
15729  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
15730  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
15732 ##### Example, Bad
15734     void f(zstring s)
15735     {
15736         Gadget* p;
15737         try {
15738             p = new Gadget(s);
15739             // ...
15740             delete p;
15741         }
15742         catch (Gadget_construction_failure) {
15743             delete p;
15744             throw;
15745         }
15746     }
15748 This code is messy.
15749 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
15750 Not all exceptions are handled.
15751 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
15752 Better:
15754     void f2(zstring s)
15755     {
15756         Gadget g {s};
15757     }
15759 ##### Alternatives
15761 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
15762 * [`finally`](#Re-finally)
15764 ##### Enforcement
15766 ??? hard, needs a heuristic
15768 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
15770 ##### Reason
15772 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
15774 ##### Example
15776     void f(int n)
15777     {
15778         void* p = malloc(n);
15779         auto _ = finally([p] { free(p); });
15780         // ...
15781     }
15783 ##### Note
15785 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
15786 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
15787 Consider `finally` a last resort.
15789 ##### Note
15791 Use of `finally` is a systematic and reasonably clean alternative to the old [`goto exit;` technique](#Re-no-throw-codes)
15792 for dealing with cleanup where resource management is not systematic.
15794 ##### Enforcement
15796 Heuristic: Detect `goto exit;`
15798 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
15800 ##### Reason
15802 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
15804 ##### Note
15806 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
15807 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
15808 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
15809 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
15811 A lot of fear of exceptions is misguided.
15812 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
15813 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
15814 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
15815 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
15816 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.
15817 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
15818 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
15820 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
15821 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation of exceptions,
15822 or have such a rat's nest of old-style code
15823 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of error codes)
15824 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
15826 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
15827 Consider the cost and complexity of the use of error codes.
15828 If performance is your worry, measure.
15830 ##### Example
15832 Assume you wanted to write
15834     void func(zstring arg)
15835     {
15836         Gadget g {arg};
15837         // ...
15838     }
15840 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
15841 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
15843     error_indicator func(zstring arg)
15844     {
15845         Gadget g {arg};
15846         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
15847         // ...
15848         return 0;   // zero indicates "good"
15849     }
15851 The problem is of course that the caller now has to remember to test the return value.
15853 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
15855 ##### Enforcement
15857 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
15859 ### <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
15861 ##### Reason
15863 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
15865 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
15867 ##### Note
15869 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
15870 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
15871 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
15873 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
15874 say from hardware failures.
15875 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
15877 ##### Example
15879     void f(int n)
15880     {
15881         // ...
15882         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
15883         if (!p) abort();     // abort if memory is exhausted
15884         // ...
15885     }
15887 Most programs cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
15889     void f(int n)
15890     {
15891         // ...
15892         p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
15893         // ...
15894     }
15896 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
15898 ##### Enforcement
15900 Awkward
15902 ### <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
15904 ##### Reason
15906 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
15908 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
15910 ##### Note
15912 There are several issues to be addressed:
15914 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
15915 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
15916 * What do you use as an error indicator?
15918 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
15919 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
15920 or a pair of values can be returned.
15922 ##### Example
15924     Gadget make_gadget(int n)
15925     {
15926         // ...
15927     }
15929     void user()
15930     {
15931         Gadget g = make_gadget(17);
15932         if (!g.valid()) {
15933                 // error handling
15934         }
15935         // ...
15936     }
15938 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
15939 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
15941 ##### Example
15943 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
15944 In that case, we must return a pair of values.
15945 For example:
15947     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
15948     {
15949         // ...
15950     }
15952     void user()
15953     {
15954         auto r = make_gadget(17);
15955         if (!r.second) {
15956                 // error handling
15957         }
15958         Gadget& g = r.first;
15959         // ...
15960     }
15962 As shown, `std::pair` is a possible return type.
15963 Some people prefer a specific type.
15964 For example:
15966     Gval make_gadget(int n)
15967     {
15968         // ...
15969     }
15971     void user()
15972     {
15973         auto r = make_gadget(17);
15974         if (!r.err) {
15975                 // error handling
15976         }
15977         Gadget& g = r.val;
15978         // ...
15979     }
15981 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
15982 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
15984 ##### Example
15986 In general, you must clean up before an error exit.
15987 This can be messy:
15989     std::pair<int, error_indicator> user()
15990     {
15991         Gadget g1 = make_gadget(17);
15992         if (!g1.valid()) {
15993                 return {0, g1_error};
15994         }
15996         Gadget g2 = make_gadget(17);
15997         if (!g2.valid()) {
15998                 cleanup(g1);
15999                 return {0, g2_error};
16000         }
16002         // ...
16004         if (all_foobar(g1, g2)) {
16005             cleanup(g1);
16006             cleanup(g2);
16007             return {0, foobar_error};
16008         // ...
16010         cleanup(g1);
16011         cleanup(g2);
16012         return {res, 0};
16013     }
16015 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
16016 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition (note the extra scope around `g2` is undesirable but necessary to make the `goto` version compile):
16018     std::pair<int, error_indicator> user()
16019     {
16020         error_indicator err = 0;
16022         Gadget g1 = make_gadget(17);
16023         if (!g1.valid()) {
16024                 err = g1_error;
16025                 goto exit;
16026         }
16028         {
16029         Gadget g2 = make_gadget(17);
16030         if (!g2.valid()) {
16031                 err = g2_error;
16032                 goto exit;
16033         }
16035         if (all_foobar(g1, g2)) {
16036             err = foobar_error;
16037             goto exit;
16038         }
16039         // ...
16040         }
16042     exit:
16043       if (g1.valid()) cleanup(g1);
16044       if (g2.valid()) cleanup(g2);
16045       return {res, err};
16046     }
16048 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
16049 `finally` can [ease the pain a bit](#Re-finally).
16050 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error-handling strategy systematically.
16052 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
16054 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
16056 **See also**: [Returning multiple values](#Rf-out-multi)
16058 ##### Enforcement
16060 Awkward.
16062 ### <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
16064 ##### Reason
16066 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
16067 When did you last test the return value of `printf()`?
16069 **See also**: [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii)
16071 ##### Example, bad
16073     int last_err;
16075     void f(int n)
16076     {
16077         // ...
16078         p = static_cast<X*>(malloc(n * sizeof(X)));
16079         if (!p) last_err = -1;     // error if memory is exhausted
16080         // ...
16081     }
16083 ##### Note
16085 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
16087 ##### Enforcement
16089 Awkward.
16092 ### <a name="Re-specifications"></a>E.30: Don't use exception specifications
16094 ##### Reason
16096 Exception specifications make error handling brittle, impose a run-time cost, and have been removed from the C++ standard.
16098 ##### Example
16100     int use(int arg)
16101         throw(X, Y)
16102     {
16103         // ...
16104         auto x = f(arg);
16105         // ...
16106     }
16108 If `f()` throws an exception different from `X` and `Y` the unexpected handler is invoked, which by default terminates.
16109 That's OK, but say that we have checked that this cannot happen and `f` is changed to throw a new exception `Z`,
16110 we now have a crash on our hands unless we change `use()` (and re-test everything).
16111 The snag is that `f()` may be in a library we do not control and the new exception is not anything that `use()` can do
16112 anything about or is in any way interested in.
16113 We can change `use()` to pass `Z` through, but now `use()`'s callers probably needs to be modified.
16114 This quickly becomes unmanageable.
16115 Alternatively, we can add a `try`-`catch` to `use()` to map `Z` into an acceptable exception.
16116 This too, quickly becomes unmanageable.
16117 Note that changes to the set of exceptions often happens at the lowest level of a system
16118 (e.g., because of changes to a network library or some middleware), so changes "bubble up" through long call chains.
16119 In a large code base, this could mean that nobody could update to a new version of a library until the last user was modified.
16120 If `use()` is part of a library, it may not be possible to update it because a change could affect unknown clients.
16122 The policy of letting exceptions propagate until they reach a function that potentially can handle it has proven itself over the years.
16124 ##### Note
16126 No. This would not be any better had exception specifications been statically enforced.
16127 For example, see [Stroustrup94](#Stroustrup94).
16129 ##### Note
16131 If no exception may be thrown, use [`noexcept`](#Re-noexcept) or its equivalent `throw()`.
16133 ##### Enforcement
16135 Flag every exception specification.
16137 ### <a name="Re_catch"></a>E.31: Properly order your `catch`-clauses
16139 ##### Reason
16141 `catch`-clauses are evaluated in the order they appear and one clause can hide another.
16143 ##### Example
16145     void f()
16146     {
16147         // ...
16148         try {
16149                 // ...
16150         }
16151         catch (Base& b) { /* ... */ }
16152         catch (Derived& d) { /* ... */ }
16153         catch (...) { /* ... */ }
16154         catch (std::exception& e){ /* ... */ }
16155     }
16157 If `Derived`is derived from `Base` the `Derived`-handler will never be invoked.
16158 The "catch everything" handler ensured that the `std::exception`-handler will never be invoked.
16160 ##### Enforcement
16162 Flag all "hiding handlers".
16164 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and immutability
16166 You can't have a race condition on a constant.
16167 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
16168 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
16170 Constant rule summary:
16172 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
16173 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
16174 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
16175 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
16176 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
16178 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
16180 ##### Reason
16182 Immutable objects are easier to reason about, so make objects non-`const` only when there is a need to change their value.
16183 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
16185 ##### Example
16187     for (const int i : c) cout << i << '\n';    // just reading: const
16189     for (int i : c) cout << i << '\n';          // BAD: just reading
16191 ##### Exception
16193 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
16194 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
16196     void f(const char* const p); // pedantic
16197     void g(const int i);        // pedantic
16199 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
16201 ##### Enforcement
16203 * Flag non-`const` variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
16205 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
16207 ##### Reason
16209 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
16210 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
16212 ##### Example, bad
16214     class Point {
16215         int x, y;
16216     public:
16217         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
16218         // ...
16219     };
16221     void f(const Point& pt) {
16222         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
16223     }
16225 ##### Note
16227 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16228 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16229 A reader of code must assume that a function that takes a "plain" `T*` or `T&` will modify the object referred to.
16230 If it doesn't now, it might do so later without forcing recompilation.
16232 ##### Note
16234 There are code/libraries that offer functions that declare a`T*` even though
16235 those function do not modify that `T`.
16236 This is a problem for people modernizing code.
16237 You can
16239 * update the library to be `const`-correct; preferred long-term solution
16240 * "cast away `const`"; [best avoided](#Res-casts-const)
16241 * provide a wrapper function
16243 Example:
16245     void f(int* p);   // old code: f() does not modify `*p`
16246     void f(const int* p) { f(const_cast<int*>(p)); } // wrapper
16248 Note that this wrapper solution is a patch that should be used only when the declaration of `f()` cannot be modified,
16249 e.g. because it is in a library that you cannot modify.
16251 ##### Note
16253 A `const` member function can modify the value of an object that is `mutable` or accessed through a pointer member.
16254 A common use is to maintain a cache rather than repeatedly do a complicated computation.
16255 For example, here is a `Date` that caches (memoizes) its string representation to simplify repeated uses:
16257     class Date {
16258     public:
16259         // ...
16260         const string& string_ref() const
16261         {
16262             if (string_val == "") compute_string_rep();
16263             return string_val;
16264         }
16265         // ...
16266     private:
16267         void compute_string_rep() const;    // compute string representation and place it in string_val
16268         mutable string string_val;
16269         // ...
16270     };
16272 Another way of saying this is that `const`ness is not transitive.
16273 It is possible for a `const` member function to change the value of `mutable` members and the value of objects accessed
16274 through non-`const` pointers.
16275 It is the job of the class to ensure such mutation is done only when it makes sense according to the semantics (invariants)
16276 it offers to its users.
16278 **See also**: [Pimpl](#Ri-pimpl)
16280 ##### Enforcement
16282 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
16284 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
16286 ##### Reason
16288  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
16289  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
16291 ##### Example
16293     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
16294     void g(const char* p);  // g does not modify *p
16296 ##### Note
16298 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-`const`,
16299 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
16301 ##### Note
16303 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
16305 ##### Enforcement
16307 * Flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-`const`
16308 * Flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to `const`
16310 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
16312 ##### Reason
16314  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
16316 ##### Example
16318     void f()
16319     {
16320         int x = 7;
16321         const int y = 9;
16323         for (;;) {
16324             // ...
16325         }
16326         // ...
16327     }
16329 As `x` is not `const`, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
16331 ##### Enforcement
16333 * Flag unmodified non-`const` variables.
16335 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
16337 ##### Reason
16339 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
16341 ##### Example
16343     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
16344     const double y = f(2);      // possible run-time evaluation
16345     constexpr double z = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
16347 ##### Note
16349 See F.4.
16351 ##### Enforcement
16353 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
16355 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
16357 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16358 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
16360 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
16361 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
16363 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
16365 A central notion in generic programming is "concepts"; that is, requirements on template arguments presented as compile-time predicates.
16366 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16367 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)
16368 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16369 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16370 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16372 Template use rule summary:
16374 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
16375 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
16376 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
16377 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
16378 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
16380 Concept use rule summary:
16382 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16383 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16384 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
16385 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16386 * ???
16388 Concept definition rule summary:
16390 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16391 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16392 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16393 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16394 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16395 * [T.25: Avoid complementary constraints](#Rt-not)
16396 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16397 * [T.30: Use concept negation (`!C<T>`) sparingly to express a minor difference](#Rt-not)
16398 * [T.31: Use concept disjunction (`C1<T> || C2<T>`) sparingly to express alternatives](#Rt-or)
16399 * ???
16401 Template interface rule summary:
16403 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
16404 * [T.41: Require only essential properties in a template's concepts](#Rt-essential)
16405 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
16406 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
16407 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
16408 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
16409 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
16410 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
16411 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
16413 Template definition rule summary:
16415 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
16416 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
16417 * [T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
16418 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
16419 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
16420 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
16421 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
16422 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
16424 Template and hierarchy rule summary:
16426 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
16427 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
16428 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
16429 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
16430 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
16431 * [T.??: ????](#Rt-???)
16433 Variadic template rule summary:
16435 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
16436 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
16437 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
16438 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
16439 * [T.??: ????](#Rt-???)
16441 Metaprogramming rule summary:
16443 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
16444 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
16445 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
16446 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
16447 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
16448 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
16449 * [T.??: ????](#Rt-???)
16451 Other template rules summary:
16453 * [T.140: Name all operations with potential for reuse](#Rt-name)
16454 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
16455 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
16456 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
16457 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
16458 * [T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`](#Rt-check-class)
16459 * [T.??: ????](#Rt-???)
16461 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
16463 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
16465 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
16467 ##### Reason
16469 Generality. Reuse. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
16471 ##### Example, bad
16473 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":
16475     template<typename T>
16476         // requires Incrementable<T>
16477     T sum1(vector<T>& v, T s)
16478     {
16479         for (auto x : v) s += x;
16480         return s;
16481     }
16483     template<typename T>
16484         // requires Simple_number<T>
16485     T sum2(vector<T>& v, T s)
16486     {
16487         for (auto x : v) s = s + x;
16488         return s;
16489     }
16491 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
16492 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
16494 ##### Example
16496     template<typename T>
16497         // requires Arithmetic<T>
16498     T sum(vector<T>& v, T s)
16499     {
16500         for (auto x : v) s += x;
16501         return s;
16502     }
16504 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
16505 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
16506 can be used for a wide variety of algorithms.
16508 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
16510 ##### Note
16512 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
16513 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
16514 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
16516 ##### Note
16518 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
16519 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
16521 ##### Note
16523 The `requires` in the comments are uses of `concepts`.
16524 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16525 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16526 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16527 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them.
16529 ##### Enforcement
16531 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
16532 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
16534 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
16536 ##### Reason
16538 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Reuse.
16540 ##### Example
16542 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
16544     template<typename Iter, typename Val>
16545         // requires Input_iterator<Iter>
16546         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16547     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16548     {
16549         // ...
16550     }
16552 ##### Note
16554 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
16555 Don't overabstract.
16557 ##### Enforcement
16559 ??? tough, probably needs a human
16561 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
16563 ##### Reason
16565 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
16566 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
16568 ##### Example
16570     template<typename T>
16571         // requires Regular<T>
16572     class Vector {
16573         // ...
16574         T* elem;   // points to sz Ts
16575         int sz;
16576     };
16578     Vector<double> v(10);
16579     v[7] = 9.9;
16581 ##### Example, bad
16583     class Container {
16584         // ...
16585         void* elem;   // points to size elements of some type
16586         int sz;
16587     };
16589     Container c(10, sizeof(double));
16590     ((double*) c.elem)[7] = 9.9;
16592 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
16594 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
16596 **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.
16597 See [Stable base](#Rt-abi).
16599 ##### Enforcement
16601 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
16603 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
16605 ##### Reason
16607  ???
16609 ##### Example
16611     ???
16613 **Exceptions**: ???
16615 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
16617 ##### Reason
16619 Generic and OO techniques are complementary.
16621 ##### Example
16623 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
16625     class Command {
16626         // pure virtual functions
16627     };
16629     // implementations
16630     template</*...*/>
16631     class ConcreteCommand : public Command {
16632         // implement virtuals
16633     };
16635 ##### Example
16637 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout.
16638 Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter (but [don't overuse type erasure](#Rt-erasure)).
16640 ##### Note
16642 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time.
16643 This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed.
16644 Avoid this, even though the standard-library facets made this mistake.
16646 ##### See also
16648 * ref ???
16649 * ref ???
16650 * ref ???
16652 ##### Enforcement
16654 See the reference to more specific rules.
16656 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
16658 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
16659 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but currently supported only by GCC.
16660 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
16661 (standard and other).
16663 This section assumes concept support
16665 Concept use rule summary:
16667 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
16668 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
16669 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
16670 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
16671 * ???
16673 Concept definition rule summary:
16675 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
16676 * [T.21: Require a complete set of operations for a concept](#Rt-complete)
16677 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
16678 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
16679 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
16680 * [T.25: Avoid complimentary constraints](#Rt-not)
16681 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
16682 * ???
16684 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
16686 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
16688 ##### Reason
16690 Correctness and readability.
16691 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
16692 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
16693 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
16695 ##### Example
16697     template<typename Iter, typename Val>
16698     //    requires Input_iterator<Iter>
16699     //             && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16700     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16701     {
16702         // ...
16703     }
16705 or equivalently and more succinctly:
16707     template<Input_iterator Iter, typename Val>
16708     //    requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16709     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16710     {
16711         // ...
16712     }
16714 ##### Note
16716 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16717 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)
16718 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16719 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16720 If you use GCC 6.1 or later, you can uncomment them:
16722     template<typename Iter, typename Val>
16723         requires Input_iterator<Iter>
16724                && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
16725     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
16726     {
16727         // ...
16728     }
16730 ##### Note
16732 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
16733 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
16734 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
16736 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
16738 ##### Enforcement
16740 Flag template type arguments without concepts
16742 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
16744 ##### Reason
16746  "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)
16747 save us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improve interoperability.
16749 ##### Note
16751 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
16753 ##### Example (using TS concepts)
16755     template<typename T>
16756         // don't define this: Sortable is in the GSL
16757     concept Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
16759     void sort(Ordered_container& s);
16761 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
16762 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
16763 It is better and simpler just to use `Sortable`:
16765     void sort(Sortable& s);   // better
16767 ##### Note
16769 The set of "standard" concepts is evolving as we approach an ISO standard including concepts.
16771 ##### Note
16773 Designing a useful concept is challenging.
16775 ##### Enforcement
16777 Hard.
16779 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
16780 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
16782 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
16784 ##### Reason
16786  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
16788 ##### Example (using TS concepts)
16790     vector<string> v{ "abc", "xyz" };
16791     auto& x = v.front();     // bad
16792     String& s = v.front();   // good (String is a GSL concept)
16794 ##### Enforcement
16796 * ???
16798 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
16800 ##### Reason
16802 Readability. Direct expression of an idea.
16804 ##### Example (using TS concepts)
16806 To say "`T` is `Sortable`":
16808     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
16809     //    requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
16810     void sort(T&);             // that is Sortable"
16812     template<Sortable T>       // Better (assuming support for concepts): "The parameter is of type T
16813     void sort(T&);             // which is Sortable"
16815     void sort(Sortable&);      // Best (assuming support for concepts): "The parameter is Sortable"
16817 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
16819 ##### Note
16821 "Concepts" are defined in an ISO Technical specification: [concepts](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
16822 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)
16823 Concepts are supported in GCC 6.1 and later.
16824 Consequently, we comment out uses of concepts in examples; that is, we use them as formalized comments only.
16825 If you use a compiler that supports concepts (e.g., GCC 6.1 or later), you can remove the `//`.
16827 ##### Enforcement
16829 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
16830 * Later, flag declarations that first introduce a typename and then constrain it with a simple, single-type-argument concept.
16832 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
16834 Defining good concepts is non-trivial.
16835 Concepts are meant to represent fundamental concepts in an application domain (hence the name "concepts").
16836 Similarly throwing together a set of syntactic constraints to be used for the arguments for a single class or algorithm is not what concepts were designed for
16837 and will not give the full benefits of the mechanism.
16839 Obviously, defining concepts will be most useful for code that can use an implementation (e.g., GCC 6.1 or later),
16840 but defining concepts is in itself a useful design technique and help catch conceptual errors and clean up the concepts (sic!) of an implementation.
16842 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
16844 ##### Reason
16846 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
16847 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
16848 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
16850 ##### Example, bad (using TS concepts)
16852     template<typename T>
16853     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
16855     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
16856     {
16857         // ...
16858         return a + b;
16859     }
16861     int x = 7;
16862     int y = 9;
16863     auto z = algo(x, y);   // z = 16
16865     string xx = "7";
16866     string yy = "9";
16867     auto zz = algo(xx, yy);   // zz = "79"
16869 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
16870 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a+b == b+a`.
16872 ##### Note
16874 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
16876 ##### Example (using TS concepts)
16878     template<typename T>
16879     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
16880     concept Number = has_plus<T>
16881                      && has_minus<T>
16882                      && has_multiply<T>
16883                      && has_divide<T>;
16885     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b)
16886     {
16887         // ...
16888         return a + b;
16889     }
16891     int x = 7;
16892     int y = 9;
16893     auto z = algo(x, y);   // z = 16
16895     string xx = "7";
16896     string yy = "9";
16897     auto zz = algo(xx, yy);   // error: string is not a Number
16899 ##### Note
16901 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
16903 ##### Enforcement
16905 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
16906 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
16909 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Require a complete set of operations for a concept
16911 ##### Reason
16913 Ease of comprehension.
16914 Improved interoperability.
16915 Helps implementers and maintainers.
16917 ##### Note
16919 This is a specific variant of the general rule that [a concept must make semantic sense](#Rt-low).
16921 ##### Example, bad (using TS concepts)
16923     template<typename T> concept Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; };
16925 This makes no semantic sense.
16926 You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
16928 Examples of complete sets are
16930 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
16931 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
16933 ##### Note
16935 This rule applies whether we use direct language support for concepts or not.
16936 It is a general design rule that even applies to non-templates:
16938     class Minimal {
16939         // ...
16940     };
16942     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
16943     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
16945     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
16946     // no other operators
16948     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
16949     {
16950         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
16951         if (x != y) { /* ... */ }       // surprise! error
16953         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
16954         while (x >= y) { /* ... */ }    // surprise! error
16956         x = x + y;          // OK
16957         x += y;             // surprise! error
16958     }
16960 This is minimal, but surprising and constraining for users.
16961 It could even be less efficient.
16963 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
16965 ##### Example
16967     class Convenient {
16968         // ...
16969     };
16971     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
16972     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
16973     // ... and the other comparison operators ...
16975     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
16976     // .. and the other arithmetic operators ...
16978     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
16979     {
16980         if (!(x == y)) { /* ... */ }    // OK
16981         if (x != y) { /* ... */ }       // OK
16983         while (!(x < y)) { /* ... */ }  // OK
16984         while (x >= y) { /* ... */ }    // OK
16986         x = x + y;     // OK
16987         x += y;        // OK
16988     }
16990 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
16991 Ideally, that rule should be language supported by giving you comparison operators by default.
16993 ##### Enforcement
16995 * Flag classes that support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
16996   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
16999 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
17001 ##### Reason
17003 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
17004 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.
17005 Specifying semantics is a powerful design tool.
17007 ##### Example (using TS concepts)
17009     template<typename T>
17010         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
17011         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
17012         concept Number = requires(T a, T b) {
17013             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
17014             {a - b} -> T;
17015             {a * b} -> T;
17016             {a / b} -> T;
17017         }
17019 ##### Note
17021 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
17022 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
17023 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
17025 ##### Note
17027 In this context axioms are Boolean expressions.
17028 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
17029 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
17030 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
17032 ##### Note
17034 The GSL concepts have well-defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
17036 ##### Exception (using TS concepts)
17038 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
17039 Finding good semantics can take effort and time.
17040 An incomplete set of constraints can still be very useful:
17042     // balancer for a generic binary tree
17043     template<typename Node> concept bool Balancer = requires(Node* p) {
17044         add_fixup(p);
17045         touch(p);
17046         detach(p);
17047     }
17049 So a `Balancer` must supply at least thee operations on a tree `Node`,
17050 but we are not yet ready to specify detailed semantics because a new kind of balanced tree might require more operations
17051 and the precise general semantics for all nodes is hard to pin down in the early stages of design.
17053 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
17054 For example, it allows for some checking during initial experimentation.
17055 However, it should not be assumed to be stable.
17056 Each new use case may require such an incomplete concept to be improved.
17058 ##### Enforcement
17060 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
17062 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
17064 ##### Reason
17066 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
17068 ##### Example (using TS concepts)
17070     template<typename I>
17071     concept bool Input_iter = requires(I iter) { ++iter; };
17073     template<typename I>
17074     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires(I iter) { iter++; }
17076 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations (here, suffix `++`).
17077 This decreases the burden on implementers of these types since
17078 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
17079 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
17081 ##### Enforcement
17083 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined).
17084 To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
17086 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
17088 ##### Reason
17090 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
17092 ##### Example (using TS concepts)
17094     template<typename I>    // iterator providing random access
17095     concept bool RA_iter = ...;
17097     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
17098     concept bool Contiguous_iter =
17099         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // using is_contiguous trait
17101 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17103 Wrapping a tag class into a concept leads to a simpler expression of this idea:
17105     template<typename I> concept Contiguous = is_contiguous<I>::value;
17107     template<typename I>
17108     concept bool Contiguous_iter = RA_iter<I> && Contiguous<I>;
17110 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
17112 ##### Note
17114 Traits can be trait classes or type traits.
17115 These can be user-defined or standard-library ones.
17116 Prefer the standard-library ones.
17118 ##### Enforcement
17120 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
17121 * Flag the definition of identical concepts.
17123 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid complementary constraints
17125 ##### Reason
17127 Clarity. Maintainability.
17128 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
17130 ##### Example (using TS concepts)
17132 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
17134     template<typename T>
17135         requires !C<T>    // bad
17136     void f();
17138     template<typename T>
17139         requires C<T>
17140     void f();
17142 This is better:
17144     template<typename T>   // general template
17145         void f();
17147     template<typename T>   // specialization by concept
17148         requires C<T>
17149     void f();
17151 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
17152 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
17153 version of `f()`, then delete it.
17155     template<typename T>
17156     void f() = delete;
17158 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
17160 ##### Note
17162 Complementary constraints are unfortunately common in `enable_if` code:
17164     template<typename T>
17165     enable_if<!C<T>, void>   // bad
17166     f();
17168     template<typename T>
17169     enable_if<C<T>, void>
17170     f();
17173 ##### Note
17175 Complementary requirements on one requirements is sometimes (wrongly) considered manageable.
17176 However, for two or more requirements the number of definitions needs can go up exponentially (2,4,9,16,...):
17178     C1<T> && C2<T>
17179     !C1<T> && C2<T>
17180     C1<T> && !C2<T>
17181     !C1<T> && !C2<T>
17183 Now the opportunities for errors multiply.
17185 ##### Enforcement
17187 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
17189 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
17191 ##### Reason
17193 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
17194 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
17196 ##### Example (using TS concepts)
17198 You might be tempted to define a concept `Equality` like this:
17200     template<typename T> concept Equality = has_equal<T> && has_not_equal<T>;
17202 Obviously, it would be better and easier just to use the standard `EqualityComparable`,
17203 but - just as an example - if you had to define such a concept, prefer:
17205     template<typename T> concept Equality = requires(T a, T b) {
17206         bool == { a == b }
17207         bool == { a != b }
17208         // axiom { !(a == b) == (a != b) }
17209         // axiom { a = b; => a == b }  // => means "implies"
17210     }
17212 as opposed to defining two meaningless concepts `has_equal` and `has_not_equal` just as helpers in the definition of `Equality`.
17213 By "meaningless" we mean that we cannot specify the semantics of `has_equal` in isolation.
17215 ##### Enforcement
17219 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
17221 Over the years, programming with templates have suffered from a weak distinction between the interface of a template
17222 and its implementation.
17223 Before concepts, that distinction had no direct language support.
17224 However, the interface to a template is a critical concept - a contract between a user and an implementer - and should be carefully designed.
17226 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
17228 ##### Reason
17230 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
17231 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
17233 ##### Example (using TS concepts)
17235     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
17236     sort(v, greater);                                    // pointer to function: potentially slow
17237     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
17238     sort(v, std::greater<>);                             // function object
17240     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
17241     auto x = find_if(v, greater_than_7);                 // pointer to function: inflexible
17242     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
17243     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));        // function object: carries the needed data
17245 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
17247     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
17248     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
17250 ##### Note
17252 Lambdas generate function objects.
17254 ##### Note
17256 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
17258 ##### Enforcement
17260 * Flag pointer to function template arguments.
17261 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
17264 ### <a name="Rt-essential"></a>T.41: Require only essential properties in a template's concepts
17266 ##### Reason
17268 Keep interfaces simple and stable.
17270 ##### Example (using TS concepts)
17272 Consider, a `sort` instrumented with (oversimplified) simple debug support:
17274     void sort(Sortable& s)  // sort sequence s
17275     {
17276         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17277         // ...
17278         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17279     }
17281 Should this be rewritten to:
17283     template<Sortable S>
17284         requires Streamable<S>
17285     void sort(S& s)  // sort sequence s
17286     {
17287         if (debug) cerr << "enter sort( " << s <<  ")\n";
17288         // ...
17289         if (debug) cerr << "exit sort( " << s <<  ")\n";
17290     }
17292 After all, there is nothing in `Sortable` that requires `iostream` support.
17293 On the other hand, there is nothing in the fundamental idea of sorting that says anything about debugging.
17295 ##### Note
17297 If we require every operation used to be listed among the requirements, the interface becomes unstable:
17298 Every time we change the debug facilities, the usage data gathering, testing support, error reporting, etc.,
17299 the definition of the template would need change and every use of the template would have to be recompiled.
17300 This is cumbersome, and in some environments infeasible.
17302 Conversely, if we use an operation in the implementation that is not guaranteed by concept checking,
17303 we may get a late compile-time error.
17305 By not using concept checking for properties of a template argument that is not considered essential,
17306 we delay checking until instantiation time.
17307 We consider this a worthwhile tradeoff.
17309 Note that using non-local, non-dependent names (such as `debug` and `cerr`) also introduces context dependencies that may lead to "mysterious" errors.
17311 ##### Note
17313 It can be hard to decide which properties of a type are essential and which are not.
17315 ##### Enforcement
17319 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
17321 ##### Reason
17323 Improved readability.
17324 Implementation hiding.
17325 Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type.
17326 They can also be used to wrap a trait.
17328 ##### Example
17330     template<typename T, size_t N>
17331     class Matrix {
17332         // ...
17333         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
17334         // ...
17335     };
17337 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>::`.
17339 ##### Example
17341     template<typename T>
17342     void user(T& c)
17343     {
17344         // ...
17345         typename container_traits<T>::value_type x; // bad, verbose
17346         // ...
17347     }
17349     template<typename T>
17350     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
17353 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
17355     template<typename T>
17356     void user2(T& c)
17357     {
17358         // ...
17359         Value_type<T> x;
17360         // ...
17361     }
17363 ##### Note
17365 A simple, common use could be expressed: "Wrap traits!"
17367 ##### Enforcement
17369 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
17370 * ???
17372 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
17374 ##### Reason
17376 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
17377 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
17378 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
17380 ##### Example
17382     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
17384     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
17386     template<typename T>
17387     typedef int (*PFT)(T);      // error
17389     template<typename T>
17390     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
17392 ##### Enforcement
17394 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
17396 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
17398 ##### Reason
17400 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
17402 ##### Example
17404     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
17405     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
17407 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
17409 ##### Note
17411 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
17413 ##### Exception
17415 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
17417     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
17418     list<Record*> lst;
17420 ##### Note
17422 Note that C++17 will make this rule redundant by allowing the template arguments to be deduced directly from constructor arguments:
17423 [Template parameter deduction for constructors (Rev. 3)](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0091r1.html).
17424 For example:
17426     tuple t1 = {1, "Hamlet"s, 3.14}; // deduced: tuple<int, string, double>
17428 ##### Enforcement
17430 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
17432 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
17434 ##### Reason
17436  Readability.
17437  Preventing surprises and errors.
17438  Most uses support that anyway.
17440 ##### Example
17442     class X {
17443             // ...
17444     public:
17445         explicit X(int);
17446         X(const X&);            // copy
17447         X operator=(const X&);
17448         X(X&&) noexcept;                 // move
17449         X& operator=(X&&) noexcept;
17450         ~X();
17451         // ... no more constructors ...
17452     };
17454     X x {1};    // fine
17455     X y = x;      // fine
17456     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
17458 ##### Note
17460 Semiregular requires default constructible.
17462 ##### Enforcement
17464 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
17466 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
17468 ##### Reason
17470  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.
17471  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
17472  Common names make this problem more likely.
17474 ##### Example
17476     namespace Bad {
17477         struct S { int m; };
17478         template<typename T1, typename T2>
17479         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
17480     }
17482     namespace T0 {
17483         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
17485         void test()
17486         {
17487             Bad::S bad{ 1 };
17488             vector<int> v(10);
17489             bool b = 1 == bad;
17490             bool b2 = v.size() == bad;
17491         }
17492     }
17494 This prints `T0` and `Bad`.
17496 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
17497 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
17498 the `==` in `Bad` requires no conversions.
17499 Realistic types, such as the standard-library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
17501 ##### Note
17503 If an unconstrained template is defined in the same namespace as a type,
17504 that unconstrained template can be found by ADL (as happened in the example).
17505 That is, it is highly visible.
17507 ##### Note
17509 This rule should not be necessary, but the committee cannot agree to exclude unconstrained templated from ADL.
17511 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`.
17514 ##### Enforcement
17516 Flag templates defined in a namespace where concrete types are also defined (maybe not feasible until we have concepts).
17519 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
17521 ##### Reason
17523 Because that's the best we can do without direct concept support.
17524 `enable_if` can be used to conditionally define functions and to select among a set of functions.
17526 ##### Example
17528     enable_if<???>
17530 ##### Note
17532 Beware of [complementary constraints](# T.25).
17533 Faking concept overloading using `enable_if` sometimes forces us to use that error-prone design technique.
17535 ##### Enforcement
17539 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
17541 ##### Reason
17543 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
17545 ##### Example
17547     ???
17549 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
17551 ##### Enforcement
17556 ##### Note
17559 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
17561 A template definition (class or function) can contain arbitrary code, so only a comprehensive review of C++ programming techniques would cover this topic.
17562 However, this section focuses on what is specific to template implementation.
17563 In particular, it focuses on a template definition's dependence on its context.
17565 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
17567 ##### Reason
17569 Eases understanding.
17570 Minimizes errors from unexpected dependencies.
17571 Eases tool creation.
17573 ##### Example
17575     template<typename C>
17576     void sort(C& c)
17577     {
17578         std::sort(begin(c), end(c)); // necessary and useful dependency
17579     }
17581     template<typename Iter>
17582     Iter algo(Iter first, Iter last) {
17583         for (; first != last; ++first) {
17584             auto x = sqrt(*first); // potentially surprising dependency: which sqrt()?
17585             helper(first, x);      // potentially surprising dependency:
17586                                    // helper is chosen based on first and x
17587             TT var = 7;            // potentially surprising dependency: which TT?
17588         }
17589     }
17591 ##### Note
17593 Templates typically appear in header files so their context dependencies are more vulnerable to `#include` order dependencies than functions in `.cpp` files.
17595 ##### Note
17597 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.
17598 For example, an algorithm usually uses other algorithms and invoke operations that does not exclusively operate on arguments.
17599 And don't get us started on macros!
17601 **See also**: [T.69](#Rt-customization)
17603 ##### Enforcement
17605 ??? Tricky
17607 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
17609 ##### Reason
17611 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
17612 This limits use and typically increases code size.
17614 ##### Example, bad
17616     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17617         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17618     class List {
17619     public:
17620         struct Link {   // does not depend on A
17621             T elem;
17622             T* pre;
17623             T* suc;
17624         };
17626         using iterator = Link*;
17628         iterator first() const { return head; }
17630         // ...
17631     private:
17632         Link* head;
17633     };
17635     List<int> lst1;
17636     List<int, My_allocator> lst2;
17638 This looks innocent enough, but now `Link` formally depends on the allocator (even though it doesn't use the allocator). This forces redundant instantiations that can be surprisingly costly in some real-world scenarios.
17639 Typically, the solution is to make what would have been a nested class non-local, with its own minimal set of template parameters.
17641     template<typename T>
17642     struct Link {
17643         T elem;
17644         T* pre;
17645         T* suc;
17646     };
17648     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
17649         // requires Regular<T> && Allocator<A>
17650     class List2 {
17651     public:
17652         using iterator = Link<T>*;
17654         iterator first() const { return head; }
17656         // ...
17657     private:
17658         Link* head;
17659     };
17661     List<int> lst1;
17662     List<int, My_allocator> lst2;
17664 Some people found the idea that the `Link` no longer was hidden inside the list scary, so we named the technique
17665 [SCARY](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2009/n2911.pdf).From that academic paper:
17666 "The acronym SCARY describes assignments and initializations that are Seemingly erroneous (appearing Constrained by conflicting generic parameters), but Actually work with the Right implementation (unconstrained bY the conflict due to minimized dependencies."
17668 ##### Enforcement
17670 * Flag member types that do not depend on every template argument
17671 * Flag member functions that do not depend on every template argument
17673 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent class template members in a non-templated base class
17675 ##### Reason
17677  Allow the base class members to be used without specifying template arguments and without template instantiation.
17679 ##### Example
17681     template<typename T>
17682     class Foo {
17683     public:
17684         enum { v1, v2 };
17685         // ...
17686     };
17690     struct Foo_base {
17691         enum { v1, v2 };
17692         // ...
17693     };
17695     template<typename T>
17696     class Foo : public Foo_base {
17697     public:
17698         // ...
17699     };
17701 ##### Note
17703 A more general version of this rule would be
17704 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
17705 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.61](#Rt-scary).
17707 ??? What about constants? class statics?
17709 ##### Enforcement
17711 * Flag ???
17713 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
17715 ##### Reason
17717 A template defines a general interface.
17718 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
17720 ##### Example
17722     ??? string specialization (==)
17724     ??? representation specialization ?
17726 ##### Note
17730 ##### Enforcement
17734 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
17736 ##### Reason
17738 * A template defines a general interface.
17739 * Tag dispatch allows us to select implementations based on specific properties of an argument type.
17740 * Performance.
17742 ##### Example
17744 This is a simplified version of `std::copy` (ignoring the possibility of non-contiguous sequences)
17746     struct pod_tag {};
17747     struct non_pod_tag {};
17749     template<class T> struct copy_trait { using tag = non_pod_tag; };   // T is not "plain old data"
17751     template<> struct copy_trait<int> { using tag = pod_tag; };         // int is "plain old data"
17753     template<class Iter>
17754     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, pod_tag)
17755     {
17756         // use memmove
17757     }
17759     template<class Iter>
17760     Out copy_helper(Iter first, Iter last, Iter out, non_pod_tag)
17761     {
17762         // use loop calling copy constructors
17763     }
17765     template<class Itert>
17766     Out copy(Iter first, Iter last, Iter out)
17767     {
17768         return copy_helper(first, last, out, typename copy_trait<Iter>::tag{})
17769     }
17771     void use(vector<int>& vi, vector<int>& vi2, vector<string>& vs, vector<string>& vs2)
17772     {
17773         copy(vi.begin(), vi.end(), vi2.begin()); // uses memmove
17774         copy(vs.begin(), vs.end(), vs2.begin()); // uses a loop calling copy constructors
17775     }
17777 This is a general and powerful technique for compile-time algorithm selection.
17779 ##### Note
17781 When `concept`s become widely available such alternatives can be distinguished directly:
17783     template<class Iter>
17784         requires Pod<Value_type<iter>>
17785     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17786     {
17787         // use memmove
17788     }
17790     template<class Iter>
17791     Out copy_helper(In, first, In last, Out out)
17792     {
17793         // use loop calling copy constructors
17794     }
17796 ##### Enforcement
17801 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
17803 ##### Reason
17805  ???
17807 ##### Example
17809     ???
17811 ##### Enforcement
17815 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
17817 ##### Reason
17819  `()` is vulnerable to grammar ambiguities.
17821 ##### Example
17823     template<typename T, typename U>
17824     void f(T t, U u)
17825     {
17826         T v1(x);    // is v1 a function of a variable?
17827         T v2 {x};   // variable
17828         auto x = T(u);  // construction or cast?
17829     }
17831     f(1, "asdf"); // bad: cast from const char* to int
17833 ##### Enforcement
17835 * flag `()` initializers
17836 * flag function-style casts
17839 ### <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
17841 ##### Reason
17843 * Provide only intended flexibility.
17844 * Avoid vulnerability to accidental environmental changes.
17846 ##### Example
17848 There are three major ways to let calling code customize a template.
17850     template<class T>
17851         // Call a member function
17852     void test1(T t)
17853     {
17854         t.f();    // require T to provide f()
17855     }
17857     template<class T>
17858     void test2(T t)
17859         // Call a nonmember function without qualification
17860     {
17861         f(t);  // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
17862     }
17864     template<class T>
17865     void test3(T t)
17866         // Invoke a "trait"
17867     {
17868         test_traits<T>::f(t); // require customizing test_traits<>
17869                               // to get non-default functions/types
17870     }
17872 A trait is usually a type alias to compute a type,
17873 a `constexpr` function to compute a value,
17874 or a traditional traits template to be specialized on the user's type.
17876 ##### Note
17878 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter,
17879 put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`.
17880 An unqualified call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked;
17881 this can cause problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates](#Rt-unconstrained-adl).
17884 ##### Enforcement
17886 * 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.
17889 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
17891 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
17892 for object-oriented programming.
17893 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
17895 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
17897 ##### Reason
17899 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
17901 ##### Example, bad
17903     template<typename T>
17904     struct Container {         // an interface
17905         virtual T* get(int i);
17906         virtual T* first();
17907         virtual T* next();
17908         virtual void sort();
17909     };
17911     template<typename T>
17912     class Vector : public Container<T> {
17913     public:
17914         // ...
17915     };
17917     Vector<int> vi;
17918     Vector<string> vs;
17920 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.
17922 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
17923 Similar for `vector<string>::sort()`.
17924 Unless those two functions are called that's code bloat.
17925 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
17927 ##### Note
17929 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base;
17930 see ["stable base"](#Rt-abi) and [OO and GP](#Rt-generic-oo)
17932 ##### Enforcement
17934 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
17936 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
17938 ##### Reason
17940 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
17942 ##### Example
17944 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
17946     void maul(Fruit* p)
17947     {
17948         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
17949         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[1]
17950     }
17952     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
17954     maul(aa);
17955     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
17956     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
17958 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
17959 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
17960 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
17961 Never write such code.
17963 Note that `maul()` violates the a [`T*` points to an individual object rule](#Rf-ptr).
17965 **Alternative**: Use a proper (templatized) container:
17967     void maul2(Fruit* p)
17968     {
17969         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
17970     }
17972     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // va contains Apples (obviously!)
17974     maul2(va);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
17975     maul2(&va[0]);   // you asked for it
17977     Apple& a0 = &va[0];   // a Pear?
17979 Note that the assignment in `maul2()` violated the [no-slicing rule](#Res-slice).
17981 ##### Enforcement
17983 * Detect this horror!
17985 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
17987 ##### Reason
17989  ???
17991 ##### Example
17993     ???
17995 ##### Enforcement
17999 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
18001 ##### Reason
18003 C++ does not support that.
18004 If it did, vtbls could not be generated until link time.
18005 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
18007 ##### Example, don't
18009     class Shape {
18010         // ...
18011         template<class T>
18012         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
18013     };
18015 ##### Note
18017 We need a rule because people keep asking about this
18019 ##### Alternative
18021 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
18023 ##### Enforcement
18025 The compiler handles that.
18027 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
18029 ##### Reason
18031 Improve stability of code.
18032 Avoid code bloat.
18034 ##### Example
18036 It could be a base class:
18038     struct Link_base {   // stable
18039         Link_base* suc;
18040         Link_base* pre;
18041     };
18043     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
18044     struct Link : Link_base {
18045         T val;
18046     };
18048     struct List_base {
18049         Link_base* first;   // first element (if any)
18050         int sz;             // number of elements
18051         void add_front(Link_base* p);
18052         // ...
18053     };
18055     template<typename T>
18056     class List : List_base {
18057     public:
18058         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
18059         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
18060         // ...
18061     };
18063     List<int> li;
18064     List<string> ls;
18066 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
18067 The `Link` and `List` classes do nothing but type manipulation.
18069 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.
18071 **Alternative**: Use a [Pimpl](#Ri-pimpl) implementation.
18073 ##### Enforcement
18077 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
18081 ### <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
18083 ##### Reason
18085 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
18087 ##### Example
18089     ??? printf
18091 ##### Enforcement
18093 * Flag uses of `va_arg` in user code.
18095 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
18097 ##### Reason
18099  ???
18101 ##### Example
18103     ??? beware of move-only and reference arguments
18105 ##### Enforcement
18109 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
18111 ##### Reason
18113  ???
18115 ##### Example
18117     ??? forwarding, type checking, references
18119 ##### Enforcement
18123 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
18125 ##### Reason
18127 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
18129 ##### Example
18131     ???
18133 ##### Enforcement
18137 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
18139 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
18141 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
18142 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
18143 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
18145 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
18147 ##### Reason
18149 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
18150 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance than any alternative short of expert-level assembly code.
18151 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
18152 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++.
18154 ##### Example, bad
18156     ???
18158 ##### Example, bad
18160     enable_if
18162 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
18164 ##### Example
18166     ??? good
18168 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
18170 ##### Note
18172 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
18174 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
18176 ##### Reason
18178 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
18179 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
18181 ##### Example
18183     template<typename Iter>
18184         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
18185     advance(Iter p, int n) { p += n; }
18187     template<typename Iter>
18188         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
18189     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18191 ##### Note
18193 Such code is much simpler using concepts:
18195     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
18197     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
18199 ##### Enforcement
18203 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
18205 ##### Reason
18207 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
18209 ##### Note
18211 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18213 ##### Example
18215     ??? big object / small object optimization
18217 ##### Enforcement
18221 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
18223 ##### Reason
18225 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
18226 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
18228 ##### Note
18230 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
18232 ##### Example
18234     template<typename T>
18235         // requires Number<T>
18236     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
18237     {
18238         T res = 1;
18239         while (n--) res *= v;
18240         return res;
18241     }
18243     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
18245 ##### Enforcement
18247 * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
18249 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
18251 ##### Reason
18253 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
18255 ##### Example
18257     ???
18259 ##### Enforcement
18263 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
18265 ##### Reason
18267 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
18268 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
18270 ##### Example
18272     ???
18274 ##### Enforcement
18278 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
18280 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all operations with potential for reuse
18282 ##### Reason
18284 Documentation, readability, opportunity for reuse.
18286 ##### Example
18288     struct Rec {
18289         string name;
18290         string addr;
18291         int id;         // unique identifier
18292     };
18294     bool same(const Rec& a, const Rec& b)
18295     {
18296         return a.id == b.id;
18297     }
18299     vector<Rec*> find_id(const string& name);    // find all records for "name"
18301     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18302         [&](Rec& r) {
18303             if (r.name.size() != n.size()) return false; // name to compare to is in n
18304             for (int i = 0; i < r.name.size(); ++i)
18305                 if (tolower(r.name[i]) != tolower(n[i])) return false;
18306             return true;
18307         }
18308     );
18310 There is a useful function lurking here (case insensitive string comparison), as there often is when lambda arguments get large.
18312     bool compare_insensitive(const string& a, const string& b)
18313     {
18314         if (a.size() != b.size()) return false;
18315         for (int i = 0; i < a.size(); ++i) if (tolower(a[i]) != tolower(b[i])) return false;
18316         return true;
18317     }
18319     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18320         [&](Rec& r) { compare_insensitive(r.name, n); }
18321     );
18323 Or maybe (if you prefer to avoid the implicit name binding to n):
18325     auto cmp_to_n = [&n](const string& a) { return compare_insensitive(a, n); };
18327     auto x = find_if(vr.begin(), vr.end(),
18328         [](const Rec& r) { return cmp_to_n(r.name); }
18329     );
18331 ##### Note
18333 whether functions, lambdas, or operators.
18335 ##### Exception
18337 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
18338 * Lambdas as [initializers](#???)
18340 ##### Enforcement
18342 * (hard) flag similar lambdas
18343 * ???
18345 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
18347 ##### Reason
18349 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
18351 ##### Example
18353     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
18354                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
18357 ##### Exception
18359 Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once.
18361 ##### Enforcement
18363 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
18365 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
18367 ##### Reason
18369 Improved readability.
18371 ##### Example
18373     ???
18375 ##### Enforcement
18379 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
18381 ##### Reason
18383 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
18385 ##### Example
18387 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
18389     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
18390         // ...
18391     }
18393     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
18394         // ...
18395     }
18397 Of course, range-`for` is better still where it does what you want.
18399 ##### Example
18401 Use the least-derived class that has the functionality you need.
18403     class Base {
18404     public:
18405         Bar f();
18406         Bar g();
18407     };
18409     class Derived1 : public Base {
18410     public:
18411         Bar h();
18412     };
18414     class Derived2 : public Base {
18415     public:
18416         Bar j();
18417     };
18419     // bad, unless there is a specific reason for limiting to Derived1 objects only
18420     void my_func(Derived1& param)
18421     {
18422         use(param.f());
18423         use(param.g());
18424     }
18426     // good, uses only Base interface so only commit to that
18427     void my_func(Base& param)
18428     {
18429         use(param.f());
18430         use(param.g());
18431     }
18433 ##### Enforcement
18435 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
18436 * 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.
18437 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
18439 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
18441 ##### Reason
18443 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.
18445 ##### Example
18447     ???
18449 **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).
18451 ##### Enforcement
18453 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
18456 ### <a name="Rt-check-class"></a>T.150: Check that a class matches a concept using `static_assert`
18458 ##### Reason
18460 If you intend for a class to match a concept, verifying that early saves users pain.
18462 ##### Example
18464     class X {
18465     public:
18466         X() = delete;
18467         X(const X&) = default;
18468         X(X&&) = default;
18469         X& operator=(const X&) = default;
18470         // ...
18471     };
18473 Somewhere, possibly in an implementation file, let the compiler check the desired properties of `X`:
18475     static_assert(Default_constructible<X>);    // error: X has no default constructor
18476     static_assert(Copyable<X>);                 // error: we forgot to define X's move constructor
18479 ##### Enforcement
18481 Not feasible.
18483 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
18485 C and C++ are closely related languages.
18486 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
18487 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
18489 C rule summary:
18491 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
18492 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
18493 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces](#Rcpl-interface)
18495 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
18497 ##### Reason
18499 C++ provides better type checking and more notational support.
18500 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
18502 ##### Example
18504     char ch = 7;
18505     void* pv = &ch;
18506     int* pi = pv;   // not C++
18507     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
18509 The rules for implicit casting to and from `void*` in C are subtle and unenforced.
18510 In particular, this example violates a rule against converting to a type with stricter alignment.
18512 ##### Enforcement
18514 Use a C++ compiler.
18516 ### <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++
18518 ##### Reason
18520 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
18522 ##### Example
18524     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
18525     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
18526     int* p3 = new int[10];                                   // not C
18527     int* p4 = (int*) malloc(10 * sizeof(int));               // both C and C++
18529 ##### Enforcement
18531 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
18533   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
18535 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
18537 ##### Reason
18539 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
18541 ##### Example
18543 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.
18544 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.
18546 ##### Example
18548 You can call C from C++:
18550     // in C:
18551     double sqrt(double);
18553     // in C++:
18554     extern "C" double sqrt(double);
18556     sqrt(2);
18558 ##### Example
18560 You can call C++ from C:
18562     // in C:
18563     X call_f(struct Y*, int);
18565     // in C++:
18566     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
18567     {
18568         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
18569     }
18571 ##### Enforcement
18573 None needed
18575 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
18577 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
18578 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
18580 Source file rule summary:
18582 * [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)
18583 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
18584 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
18585 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
18586 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
18587 * [SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)](#Rs-using)
18588 * [SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file](#Rs-using-directive)
18589 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
18590 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
18591 * [SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names](#Rs-implicit)
18592 * [SF.11: Header files should be self-contained](#Rs-contained)
18594 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
18595 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
18596 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
18598 ### <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
18600 ##### Reason
18602 It's a longstanding convention.
18603 But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
18605 ##### Note
18607 This convention reflects a common use pattern:
18608 Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`,
18609 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.
18610 On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files,
18611 so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
18613 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
18614 Examples are `.hh`, `.C`, and `.cxx`. Use such names equivalently.
18615 In this document, we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files,
18616 even though the actual extension may be different.
18618 Your IDE (if you use one) may have strong opinions about suffixes.
18620 ##### Example
18622     // foo.h:
18623     extern int a;   // a declaration
18624     extern void foo();
18626     // foo.cpp:
18627     int a;   // a definition
18628     void foo() { ++a; }
18630 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
18632 ##### Example, bad
18634     // foo.h:
18635     int a;   // a definition
18636     void foo() { ++a; }
18638 `#include <foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
18640 ##### Enforcement
18642 * Flag non-conventional file names.
18643 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
18645 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
18647 ##### Reason
18649 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
18651 ##### Example
18653     // file.h:
18654     namespace Foo {
18655         int x = 7;
18656         int xx() { return x+x; }
18657     }
18659     // file1.cpp:
18660     #include <file.h>
18661     // ... more ...
18663      // file2.cpp:
18664     #include <file.h>
18665     // ... more ...
18667 Linking `file1.cpp` and `file2.cpp` will give two linker errors.
18669 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
18671 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
18672 * templates
18673 * class definitions
18674 * function declarations
18675 * `extern` declarations
18676 * `inline` function definitions
18677 * `constexpr` definitions
18678 * `const` definitions
18679 * `using` alias definitions
18680 * ???
18682 ##### Enforcement
18684 Check the positive list above.
18686 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
18688 ##### Reason
18690 Maintainability. Readability.
18692 ##### Example, bad
18694     // bar.cpp:
18695     void bar() { cout << "bar\n"; }
18697     // foo.cpp:
18698     extern void bar();
18699     void foo() { bar(); }
18701 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
18702 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
18704 ##### Enforcement
18706 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
18708 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
18710 ##### Reason
18712 Minimize context dependencies and increase readability.
18714 ##### Example
18716     #include <vector>
18717     #include <algorithm>
18718     #include <string>
18720     // ... my code here ...
18722 ##### Example, bad
18724     #include <vector>
18726     // ... my code here ...
18728     #include <algorithm>
18729     #include <string>
18731 ##### Note
18733 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
18735 ##### Note
18737 There is an argument for insulating code from declarations and macros in header files by `#including` headers *after* the code we want to protect
18738 (as in the example labeled "bad").
18739 However
18741 * that only works for one file (at one level): Use that technique in a header included with other headers and the vulnerability reappears.
18742 * a namespace (an "implementation namespace") can protect against many context dependencies.
18743 * full protection and flexibility require modules.
18745 **See also**:
18747 * [Working Draft, Extensions to C++ for Modules](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4592.pdf)
18748 * [Modules, Componentization, and Transition](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0141r0.pdf)
18750 ##### Enforcement
18752 Easy.
18754 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
18756 ##### Reason
18758 This enables the compiler to do an early consistency check.
18760 ##### Example, bad
18762     // foo.h:
18763     void foo(int);
18764     int bar(long);
18765     int foobar(int);
18767     // foo.cpp:
18768     void foo(int) { /* ... */ }
18769     int bar(double) { /* ... */ }
18770     double foobar(int);
18772 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
18774 ##### Example
18776     // foo.h:
18777     void foo(int);
18778     int bar(long);
18779     int foobar(int);
18781     // foo.cpp:
18782     #include <foo.h>
18784     void foo(int) { /* ... */ }
18785     int bar(double) { /* ... */ }
18786     double foobar(int);   // error: wrong return type
18788 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
18789 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.
18791 ##### Enforcement
18795 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using namespace` directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope (only)
18797 ##### Reason
18799  `using namespace` can lead to name clashes, so it should be used sparingly.
18800  However, it is not always possible to qualify every name from a namespace in user code (e.g., during transition)
18801  and sometimes a namespace is so fundamental and prevalent in a code base, that consistent qualification would be verbose and distracting.
18803 ##### Example
18805     #include <string>
18806     #include <vector>
18807     #include <iostream>
18808     #include <memory>
18809     #include <algorithm>
18811     using namespace std;
18813     // ...
18815 Here (obviously), the standard library is used pervasively and apparently no other library is used, so requiring `std::` everywhere
18816 could be distracting.
18818 ##### Example
18820 The use of `using namespace std;` leaves the programmer open to a name clash with a name from the standard library
18822     #include <cmath>
18823     using namespace std;
18825     int g(int x)
18826     {
18827         int sqrt = 7;
18828         // ...
18829         return sqrt(x); // error
18830     }
18832 However, this is not particularly likely to lead to a resolution that is not an error and
18833 people who use `using namespace std` are supposed to know about `std` and about this risk.
18835 ##### Note
18837 A `.cpp` file is a form of local scope.
18838 There is little difference in the opportunities for name clashes in an N-line `.cpp` containing a `using namespace X`,
18839 an N-line function containing a `using namespace X`,
18840 and M functions each containing a `using namespace X`with N lines of code in total.
18842 ##### Note
18844 [Don't write `using namespace` in a header file](#Rs-using-directive).
18846 ##### Enforcement
18848 Flag multiple `using namespace` directives for different namespaces in a single source file.
18850 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't write `using namespace` at global scope in a header file
18852 ##### Reason
18854 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives. It also makes `#include`d headers order-dependent as they may have different meaning when included in different orders.
18856 ##### Example
18858     // bad.h
18859     #include <iostream>
18860     using namespace std; // bad
18862     // user.cpp
18863     #include "bad.h"
18865     bool copy(/*... some parameters ...*/);    // some function that happens to be named copy
18867     int main() {
18868         copy(/*...*/);    // now overloads local ::copy and std::copy, could be ambiguous
18869     }
18871 ##### Enforcement
18873 Flag `using namespace` at global scope in a header file.
18875 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
18877 ##### Reason
18879 To avoid files being `#include`d several times.
18881 In order to avoid include guard collisions, do not just name the guard after the filename.
18882 Be sure to also include a key and good differentiator, such as the name of library or component
18883 the header file is part of.
18885 ##### Example
18887     // file foobar.h:
18888     #ifndef LIBRARY_FOOBAR_H
18889     #define LIBRARY_FOOBAR_H
18890     // ... declarations ...
18891     #endif // LIBRARY_FOOBAR_H
18893 ##### Enforcement
18895 Flag `.h` files without `#include` guards.
18897 ##### Note
18899 Some implementations offer vendor extensions like `#pragma once` as alternative to include guards.
18900 It is not standard and it is not portable.  It injects the hosting machine's filesystem semantics
18901 into your program, in addition to locking you down to a vendor.
18902 Our recommendation is to write in ISO C++: See [rule P.2](#Rp-Cplusplus).
18904 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
18906 ##### Reason
18908 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
18909 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
18911 ##### Note
18913 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
18915 ##### Example, bad
18917     // file1.h:
18918     #include "file2.h"
18920     // file2.h:
18921     #include "file3.h"
18923     // file3.h:
18924     #include "file1.h"
18926 ##### Enforcement
18928 Flag all cycles.
18931 ### <a name="Rs-implicit"></a>SF.10: Avoid dependencies on implicitly `#include`d names
18933 ##### Reason
18935 Avoid surprises.
18936 Avoid having to change `#include`s if an `#include`d header changes.
18937 Avoid accidentally becoming dependent on implementation details and logically separate entities included in a header.
18939 ##### Example
18941     #include <iostream>
18942     using namespace std;
18944     void use()                  // bad
18945     {
18946         string s;
18947         cin >> s;               // fine
18948         getline(cin, s);        // error: getline() not defined
18949         if (s == "surprise") {  // error == not defined
18950             // ...
18951         }
18952     }
18954 `<iostream>` exposes the definition of `std::string` ("why?" makes for a fun trivia question),
18955 but it is not required to do so by transitively including the entire `<string>` header,
18956 resulting in the popular beginner question "why doesn't `getline(cin,s);` work?"
18957 or even an occasional "`string`s cannot be compared with `==`).
18959 The solution is to explicitly `#include <string>`:
18961     #include <iostream>
18962     #include <string>
18963     using namespace std;
18965     void use()
18966     {
18967         string s;
18968         cin >> s;               // fine
18969         getline(cin, s);        // fine
18970         if (s == "surprise") {  // fine
18971             // ...
18972         }
18973     }
18975 ##### Note
18977 Some headers exist exactly to collect a set of consistent declarations from a variety of headers.
18978 For example:
18980     // basic_std_lib.h:
18982     #include <vector>
18983     #include <string>
18984     #include <map>
18985     #include <iostream>
18986     #include <random>
18987     #include <vector>
18989 a user can now get that set of declarations with a single `#include`"
18991     #include "basic_std_lib.h"
18993 This rule against implicit inclusion is not meant to prevent such deliberate aggregation.
18995 ##### Enforcement
18997 Enforcement would require some knowledge about what in a header is meant to be "exported" to users and what is there to enable implementation.
18998 No really good solution is possible until we have modules.
19000 ### <a name="Rs-contained"></a>SF.11: Header files should be self-contained
19002 ##### Reason
19004 Usability, headers should be simple to use and work when included on their own.
19005 Headers should encapsulate the functionality they provide.
19006 Avoid clients of a header having to manage that header's dependencies.
19008 ##### Example
19010     #include "helpers.h"
19011     // helpers.h depends on std::string and includes <string>
19013 ##### Note
19015 Failing to follow this results in difficult to diagnose errors for clients of a header.
19017 ##### Enforcement
19019 A test should verify that the header file itself compiles or that a cpp file which only includes the header file compiles.
19021 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
19023 ##### Reason
19025  ???
19027 ##### Example
19029     ???
19031 ##### Enforcement
19035 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
19037 ##### Reason
19039 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
19041 ##### Example
19043     ???
19045 ##### Enforcement
19047 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
19049 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
19051 ##### Reason
19053 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
19054 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
19056 ##### Example
19058 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.
19060     ???
19062 ##### Enforcement
19064 * ???
19066 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
19068 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
19069 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
19071 The standard library has steadily grown over the years.
19072 Its description in the standard is now larger than that of the language features.
19073 So, it is likely that this library section of the guidelines will eventually grow in size to equal or exceed all the rest.
19075 << ??? We need another level of rule numbering ??? >>
19077 C++ Standard Library component summary:
19079 * [SL.con: Containers](#SS-con)
19080 * [SL.str: String](#SS-string)
19081 * [SL.io: Iostream](#SS-io)
19082 * [SL.regex: Regex](#SS-regex)
19083 * [SL.chrono: Time](#SS-chrono)
19084 * [SL.C: The C Standard Library](#SS-clib)
19086 Standard-library rule summary:
19088 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
19089 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
19090 * [SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`](#sl-std)
19091 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19092 * ???
19094 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
19096 ##### Reason
19098 Save time. Don't re-invent the wheel.
19099 Don't replicate the work of others.
19100 Benefit from other people's work when they make improvements.
19101 Help other people when you make improvements.
19103 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
19105 ##### Reason
19107 More people know the standard library.
19108 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
19111 ### <a name="sl-std"></a>SL.3: Do not add non-standard entities to namespace `std`
19113 ##### Reason
19115 Adding to `std` may change the meaning of otherwise standards conforming code.
19116 Additions to `std` may clash with future versions of the standard.
19118 ##### Example
19120     ???
19122 ##### Enforcement
19124 Possible, but messy and likely to cause problems with platforms.
19126 ### <a name="sl-safe"></a>SL.4: Use the standard library in a type-safe manner
19128 ##### Reason
19130 Because, obviously, breaking this rule can lead to undefined behavior, memory corruption, and all kinds of other bad errors.
19132 ##### Note
19134 This is a semi-philosophical meta-rule, which needs many supporting concrete rules.
19135 We need it as an umbrella for the more specific rules.
19137 Summary of more specific rules:
19139 * [SL.4: Use the standard library in a type-safe manner](#sl-safe)
19142 ## <a name="SS-con"></a>SL.con: Containers
19146 Container rule summary:
19148 * [SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
19149 * [SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
19150 * [SL.con.3: Avoid bounds errors](#Rsl-bounds)
19151 *  ???
19153 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.con.1: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
19155 ##### Reason
19157 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
19158 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.
19159 Also, like a built-in array, a stack-allocated `std::array` keeps its elements on the stack.
19160 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
19162 ##### Example
19164     int v[SIZE];                        // BAD
19166     std::array<int, SIZE> w;             // ok
19168 ##### Example
19170     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
19171     delete[] v;                         // BAD, manual delete
19173     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
19175 ##### Note
19177 Use `gsl::span` for non-owning references into a container.
19179 ##### Note
19181 Comparing the performance of a fixed-sized array allocated on the stack against a `vector` with its elements on the free store is bogus.
19182 You could just as well compare a `std::array` on the stack against the result of a `malloc()` accessed through a pointer.
19183 For most code, even the difference between stack allocation and free-store allocation doesn't matter, but the convenience and safety of `vector` does.
19184 People working with code for which that difference matters are quite capable of choosing between `array` and `vector`.
19186 ##### Enforcement
19188 * 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`.
19190 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.con.2: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
19192 ##### Reason
19194 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the following advantages:
19196 * the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly);
19197 * the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly);
19198 * the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly).
19200 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`.
19202 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.
19204 ##### Note
19206 `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.
19208 ##### Exceptions
19210 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
19212 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
19214 * 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.
19216 ##### Note
19218 To initialize a vector with a number of elements, use `()`-initialization.
19219 To initialize a vector with a list of elements, use `{}`-initialization.
19221     vector<int> v1(20);  // v1 has 20 elements with the value 0 (vector<int>{})
19222     vector<int> v2 {20}; // v2 has 1 element with the value 20
19224 [Prefer the {}-initializer syntax](#Res-list).
19226 ##### Enforcement
19228 * 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.
19230 ### <a name="Rsl-bounds"></a>SL.con.3: Avoid bounds errors
19232 ##### Reason
19234 Read or write beyond an allocated range of elements typically leads to bad errors, wrong results, crashes, and security violations.
19236 ##### Note
19238 The standard-library functions that apply to ranges of elements all have (or could have) bounds-safe overloads that take `span`.
19239 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()`.
19241 Ideally, the in-bounds guarantee should be statically enforced.
19242 For example:
19244 * a range-`for` cannot loop beyond the range of the container to which it is applied
19245 * a `v.begin(),v.end()` is easily determined to be bounds safe
19247 Such loops are as fast as any unchecked/unsafe equivalent.
19249 Often a simple pre-check can eliminate the need for checking of individual indices.
19250 For example
19252 * for `v.begin(),v.begin()+i` the `i` can easily be checked against `v.size()`
19254 Such loops can be much faster than individually checked element accesses.
19256 ##### Example, bad
19258     void f()
19259     {
19260         array<int, 10> a, b;
19261         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19262         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
19263     }
19265 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
19267 ##### Example, good
19269     void f()
19270     {
19271         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
19272         a.fill(0);
19273         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
19274         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
19276         if ( a == b ) {
19277           // ...
19278         }
19279     }
19281 ##### Example
19283 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.
19285     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
19286     {
19287         v[0] = a[0];        // BAD
19288         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
19289         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
19291         v.at(0) = a[i];     // BAD
19292         v.at(0) = a.at(i);  // OK (alternative 1)
19293         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
19294     }
19296 ##### Enforcement
19298 * Issue a diagnostic for any call to a standard-library function that is not bounds-checked.
19299 ??? insert link to a list of banned functions
19301 This rule is part of the [bounds profile](#SS-bounds).
19303 **TODO Notes**:
19305 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
19306 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
19307 * 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).
19311 ## <a name="SS-string"></a>SL.str: String
19313 Text manipulation is a huge topic.
19314 `std::string` doesn't cover all of it.
19315 This section primarily tries to clarify `std::string`'s relation to `char*`, `zstring`, `string_view`, and `gsl::string_span`.
19316 The important issue of non-ASCII character sets and encodings (e.g., `wchar_t`, Unicode, and UTF-8) will be covered elsewhere.
19318 **See also**: [regular expressions](#SS-regex)
19320 Here, we use "sequence of characters" or "string" to refer to a sequence of characters meant to be read as text (somehow, eventually).
19321 We don't consider
19323 String summary:
19325 * [SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences](#Rstr-string)
19326 * [SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences](#Rstr-view)
19327 * [SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters](#Rstr-zstring)
19328 * [SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character](#Rstr-char*)
19329 * [SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters](#Rstr-byte)
19331 * [SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations](#Rstr-locale)
19332 * [SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string](#Rstr-span)
19333 * [SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s](#Rstr-s)
19335 **See also**:
19337 * [F.24 span](#Rf-range)
19338 * [F.25 zstring](#Rf-zstring)
19341 ### <a name="Rstr-string"></a>SL.str.1: Use `std::string` to own character sequences
19343 ##### Reason
19345 `string` correctly handles allocation, ownership, copying, gradual expansion, and offers a variety of useful operations.
19347 ##### Example
19349     vector<string> read_until(const string& terminator)
19350     {
19351         vector<string> res;
19352         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19353             res.push_back(s);
19354         return res;
19355     }
19357 Note how `>>` and `!=` are provided for `string` (as examples of useful operations) and there are no explicit
19358 allocations, deallocations, or range checks (`string` takes care of those).
19360 In C++17, we might use `string_view` as the argument, rather than `const string*` to allow more flexibility to callers:
19362     vector<string> read_until(string_view terminator)   // C++17
19363     {
19364         vector<string> res;
19365         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19366             res.push_back(s);
19367         return res;
19368     }
19370 The `gsl::string_span` is a current alternative offering most of the benefits of `std::string_view` for simple examples:
19372     vector<string> read_until(string_span terminator)
19373     {
19374         vector<string> res;
19375         for (string s; cin >> s && s != terminator; ) // read a word
19376             res.push_back(s);
19377         return res;
19378     }
19380 ##### Example, bad
19382 Don't use C-style strings for operations that require non-trivial memory management
19384     char* cat(const char* s1, const char* s2)   // beware!
19385         // return s1 + '.' + s2
19386     {
19387         int l1 = strlen(s1);
19388         int l2 = strlen(s2);
19389         char* p = (char*) malloc(l1 + l2 + 2);
19390         strcpy(p, s1, l1);
19391         p[l1] = '.';
19392         strcpy(p + l1 + 1, s2, l2);
19393         p[l1 + l2 + 1] = 0;
19394         return p;
19395     }
19397 Did we get that right?
19398 Will the caller remember to `free()` the returned pointer?
19399 Will this code pass a security review?
19401 ##### Note
19403 Do not assume that `string` is slower than lower-level techniques without measurement and remember than not all code is performance critical.
19404 [Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
19406 ##### Enforcement
19410 ### <a name="Rstr-view"></a>SL.str.2: Use `std::string_view` or `gsl::string_span` to refer to character sequences
19412 ##### Reason
19414 `std::string_view` or `gsl::string_span` provides simple and (potentially) safe access to character sequences independently of how
19415 those sequences are allocated and stored.
19417 ##### Example
19419     vector<string> read_until(string_span terminator);
19421     void user(zstring p, const string& s, string_span ss)
19422     {
19423         auto v1 = read_until(p);
19424         auto v2 = read_until(s);
19425         auto v3 = read_until(ss);
19426         // ...
19427     }
19429 ##### Note
19431 `std::string_view` (C++17) is read-only.
19433 ##### Enforcement
19437 ### <a name="Rstr-zstring"></a>SL.str.3: Use `zstring` or `czstring` to refer to a C-style, zero-terminated, sequence of characters
19439 ##### Reason
19441 Readability.
19442 Statement of intent.
19443 A plain `char*` can be a pointer to a single character, a pointer to an array of characters, a pointer to a C-style (zero-terminated) string, or even to a small integer.
19444 Distinguishing these alternatives prevents misunderstandings and bugs.
19446 ##### Example
19448     void f1(const char* s); // s is probably a string
19450 All we know is that it is supposed to be the nullptr or point to at least one character
19452     void f1(zstring s);     // s is a C-style string or the nullptr
19453     void f1(czstring s);    // s is a C-style string constant or the nullptr
19454     void f1(std::byte* s);  // s is a pointer to a byte (C++17)
19456 ##### Note
19458 Don't convert a C-style string to `string` unless there is a reason to.
19460 ##### Note
19462 Like any other "plain pointer", a `zstring` should not represent ownership.
19464 ##### Note
19466 There are billions of lines of C++ "out there", most use `char*` and `const char*` without documenting intent.
19467 They are used in a wide variety of ways, including to represent ownership and as generic pointers to memory (instead of `void*`).
19468 It is hard to separate these uses, so this guideline is hard to follow.
19469 This is one of the major sources of bugs in C and C++ programs, so it is worthwhile to follow this guideline wherever feasible..
19471 ##### Enforcement
19473 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19474 * Flag uses of `delete` on a `char*`
19475 * Flag uses of `free()` on a `char*`
19477 ### <a name="Rstr-char*"></a>SL.str.4: Use `char*` to refer to a single character
19479 ##### Reason
19481 The variety of uses of `char*` in current code is a major source of errors.
19483 ##### Example, bad
19485     char arr[] = {'a', 'b', 'c'};
19487     void print(const char* p)
19488     {
19489         cout << p << '\n';
19490     }
19492     void use()
19493     {
19494         print(arr);   // run-time error; potentially very bad
19495     }
19497 The array `arr` is not a C-style string because it is not zero-terminated.
19499 ##### Alternative
19501 See [`zstring`](#Rstr-zstring), [`string`](#Rstr-string), and [`string_span`](#Rstr-view).
19503 ##### Enforcement
19505 * Flag uses of `[]` on a `char*`
19507 ### <a name="Rstr-byte"></a>SL.str.5: Use `std::byte` to refer to byte values that do not necessarily represent characters
19509 ##### Reason
19511 Use of `char*` to represent a pointer to something that is not necessarily a character causes confusion
19512 and disables valuable optimizations.
19514 ##### Example
19516     ???
19518 ##### Note
19520 C++17
19522 ##### Enforcement
19527 ### <a name="Rstr-locale"></a>SL.str.10: Use `std::string` when you need to perform locale-sensitive string operations
19529 ##### Reason
19531 `std::string` supports standard-library [`locale` facilities](#Rstr-locale)
19533 ##### Example
19535     ???
19537 ##### Note
19541 ##### Enforcement
19545 ### <a name="Rstr-span"></a>SL.str.11: Use `gsl::string_span` rather than `std::string_view` when you need to mutate a string
19547 ##### Reason
19549 `std::string_view` is read-only.
19551 ##### Example
19555 ##### Note
19559 ##### Enforcement
19561 The compiler will flag attempts to write to a `string_view`.
19563 ### <a name="Rstr-s"></a>SL.str.12: Use the `s` suffix for string literals meant to be standard-library `string`s
19565 ##### Reason
19567 Direct expression of an idea minimizes mistakes.
19569 ##### Example
19571     auto pp1 = make_pair("Tokyo", 9.00);         // {C-style string,double} intended?
19572     pair<string, double> pp2 = {"Tokyo", 9.00};  // a bit verbose
19573     auto pp3 = make_pair("Tokyo"s, 9.00);        // {std::string,double}    // C++14
19574     pair pp4 = {"Tokyo"s, 9.00};                 // {std::string,double}    // C++17
19578 ##### Enforcement
19583 ## <a name="SS-io"></a>SL.io: Iostream
19585 `iostream`s is a type safe, extensible, formatted and unformatted I/O library for streaming I/O.
19586 It supports multiple (and user extensible) buffering strategies and multiple locales.
19587 It can be used for conventional I/O, reading and writing to memory (string streams),
19588 and user-defines extensions, such as streaming across networks (asio: not yet standardized).
19590 Iostream rule summary:
19592 * [SL.io.1: Use character-level input only when you have to](#Rio-low)
19593 * [SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input](#Rio-validate)
19594 * [SL.io.3: Prefer iostreams for I/O](#Rio-streams)
19595 * [SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`](#Rio-sync)
19596 * [SL.io.50: Avoid `endl`](#Rio-endl)
19597 * [???](#???)
19599 ### <a name="Rio-low"></a>SL.io.1: Use character-level input only when you have to
19601 ##### Reason
19603 Unless you genuinely just deal with individual characters, using character-level input leads to the user code performing potentially error-prone
19604 and potentially inefficient composition of tokens out of characters.
19606 ##### Example
19608     char c;
19609     char buf[128];
19610     int i = 0;
19611     while (cin.get(c) && !isspace(c) && i < 128)
19612         buf[i++] = c;
19613     if (i == 128) {
19614         // ... handle too long string ....
19615     }
19617 Better (much simpler and probably faster):
19619     string s;
19620     s.reserve(128);
19621     cin >> s;
19623 and the `reserve(128)` is probably not worthwhile.
19625 ##### Enforcement
19630 ### <a name="Rio-validate"></a>SL.io.2: When reading, always consider ill-formed input
19632 ##### Reason
19634 Errors are typically best handled as soon as possible.
19635 If input isn't validated, every function must be written to cope with bad data (and that is not practical).
19637 ##### Example
19639     ???
19641 ##### Enforcement
19645 ### <a name="Rio-streams"></a>SL.io.3: Prefer `iostream`s for I/O
19647 ##### Reason
19649 `iostream`s are safe, flexible, and extensible.
19651 ##### Example
19653     // write a complex number:
19654     complex<double> z{ 3, 4 };
19655     cout << z << '\n';
19657 `complex` is a user-defined type and its I/O is defined without modifying the `iostream` library.
19659 ##### Example
19661     // read a file of complex numbers:
19662     for (complex<double> z; cin >> z; )
19663         v.push_back(z);
19665 ##### Exception
19667 ??? performance ???
19669 ##### Discussion: `iostream`s vs. the `printf()` family
19671 It is often (and often correctly) pointed out that the `printf()` family has two advantages compared to `iostream`s:
19672 flexibility of formatting and performance.
19673 This has to be weighed against `iostream`s advantages of extensibility to handle user-defined types, resilient against security violations,
19674 implicit memory management, and `locale` handling.
19676 If you need I/O performance, you can almost always do better than `printf()`.
19678 `gets()` `scanf()` using `s`, and `printf()` using `%s` are security hazards (vulnerable to buffer overflow and generally error-prone).
19679 In C11, they are replaced by `gets_s()`, `scanf_s()`, and `printf_s()` as safer alternatives, but they are still not type safe.
19681 ##### Enforcement
19683 Optionally flag `<cstdio>` and `<stdio.h>`.
19685 ### <a name="Rio-sync"></a>SL.io.10: Unless you use `printf`-family functions call `ios_base::sync_with_stdio(false)`
19687 ##### Reason
19689 Synchronizing `iostreams` with `printf-style` I/O can be costly.
19690 `cin` and `cout` are by default synchronized with `printf`.
19692 ##### Example
19694     int main()
19695     {
19696         ios_base::sync_with_stdio(false);
19697         // ... use iostreams ...
19698     }
19700 ##### Enforcement
19704 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.io.50: Avoid `endl`
19706 ##### Reason
19708 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\n'` and `"\n"`;
19709 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
19710 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
19712 ##### Example
19714     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
19715     cout << "Hello, World!\n";          // one output operation and no flush
19717 ##### Note
19719 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
19720 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
19722 ##### Note
19724 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
19725 the choice between `'\n'` and `endl` is almost completely aesthetic.
19727 ## <a name="SS-regex"></a>SL.regex: Regex
19729 `<regex>` is the standard C++ regular expression library.
19730 It supports a variety of regular expression pattern conventions.
19732 ## <a name="SS-chrono"></a>SL.chrono: Time
19734 `<chrono>` (defined in namespace `std::chrono`) provides the notions of `time_point` and `duration` together with functions for
19735 outputting time in various units.
19736 It provides clocks for registering `time_points`.
19738 ## <a name="SS-clib"></a>SL.C: The C Standard Library
19742 C Standard Library rule summary:
19744 * [S.C.1: Don't use setjmp/longjmp](#Rclib-jmp)
19745 * [???](#???)
19746 * [???](#???)
19748 ### <a name="Rclib-jmp"></a>SL.C.1: Don't use setjmp/longjmp
19750 ##### Reason
19752 a `longjmp` ignores destructors, thus invalidating all resource-management strategies relying on RAII
19754 ##### Enforcement
19756 Flag all occurrences of `longjmp`and `setjmp`
19760 # <a name="S-A"></a>A: Architectural ideas
19762 This section contains ideas about higher-level architectural ideas and libraries.
19764 Architectural rule summary:
19766 * [A.1: Separate stable from less stable part of code](#Ra-stable)
19767 * [A.2: Express potentially reusable parts as a library](#Ra-lib)
19768 * [A.4: There should be no cycles among libraries](#Ra-dag)
19769 * [???](#???)
19770 * [???](#???)
19771 * [???](#???)
19772 * [???](#???)
19773 * [???](#???)
19774 * [???](#???)
19776 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1: Separate stable from less stable part of code
19780 ### <a name="Ra-lib"></a>A.2: Express potentially reusable parts as a library
19782 ##### Reason
19784 ##### Note
19786 A library is a collection of declarations and definitions maintained, documented, and shipped together.
19787 A library could be a set of headers (a "header only library") or a set of headers plus a set of object files.
19788 A library can be statically or dynamically linked into a program, or it may be `#include`d
19791 ### <a name="Ra-dag"></a>A.4: There should be no cycles among libraries
19793 ##### Reason
19795 * A cycle implies complication of the build process.
19796 * Cycles are hard to understand and may introduce indeterminism (unspecified behavior).
19798 ##### Note
19800 A library can contain cyclic references in the definition of its components.
19801 For example:
19803     ???
19805 However, a library should not depend on another that depends on it.
19808 # <a name="S-not"></a>NR: Non-Rules and myths
19810 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
19811 We know full well that there have been times and places where these rules made sense, and we have used them ourselves at times.
19812 However, in the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
19814 Even today, there can be contexts where the rules make sense.
19815 For example, lack of suitable tool support can make exceptions unsuitable in hard-real-time systems,
19816 but please don't blindly trust "common wisdom" (e.g., unsupported statements about "efficiency");
19817 such "wisdom" may be based on decades-old information or experienced from languages with very different properties than C++
19818 (e.g., C or Java).
19820 The positive arguments for alternatives to these non-rules are listed in the rules offered as "Alternatives".
19822 Non-rule summary:
19824 * [NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function](#Rnr-top)
19825 * [NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function](#Rnr-single-return)
19826 * [NR.3: Don't: Don't use exceptions](#Rnr-no-exceptions)
19827 * [NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file](#Rnr-lots-of-files)
19828 * [NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization](#Rnr-two-phase-init)
19829 * [NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`](#Rnr-goto-exit)
19830 * [NR.7: Don't: Make all data members `protected`](#Rnr-protected-data)
19831 * ???
19833 ### <a name="Rnr-top"></a>NR.1: Don't: All declarations should be at the top of a function
19835 ##### Reason (not to follow this rule)
19837 This rule is a legacy of old programming languages that didn't allow initialization of variables and constants after a statement.
19838 This leads to longer programs and more errors caused by uninitialized and wrongly initialized variables.
19840 ##### Example, bad
19842     int use(int x)
19843     {
19844         int i;
19845         char c;
19846         double d;
19848         // ... some stuff ...
19850         if (x < i) {
19851             // ...
19852             i = f(x, d);
19853         }
19854         if (i < x) {
19855             // ...
19856             i = g(x, c);
19857         }
19858         return i;
19859     }
19861 The larger the distance between the uninitialized variable and its use, the larger the chance of a bug.
19862 Fortunately, compilers catch many "used before set" errors.
19863 Unfortunately, compilers cannot catch all such errors and unfortunately, the bugs aren't always as simple to spot as in this small example.
19866 ##### Alternative
19868 * [Always initialize an object](#Res-always)
19869 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
19871 ### <a name="Rnr-single-return"></a>NR.2: Don't: Have only a single `return`-statement in a function
19873 ##### Reason (not to follow this rule)
19875 The single-return rule can lead to unnecessarily convoluted code and the introduction of extra state variables.
19876 In particular, the single-return rule makes it harder to concentrate error checking at the top of a function.
19878 ##### Example
19880     template<class T>
19881     //  requires Number<T>
19882     string sign(T x)
19883     {
19884         if (x < 0)
19885             return "negative";
19886         else if (x > 0)
19887             return "positive";
19888         return "zero";
19889     }
19891 to use a single return only we would have to do something like
19893     template<class T>
19894     //  requires Number<T>
19895     string sign(T x)        // bad
19896     {
19897         string res;
19898         if (x < 0)
19899             res = "negative";
19900         else if (x > 0)
19901             res = "positive";
19902         else
19903             res = "zero";
19904         return res;
19905     }
19907 This is both longer and likely to be less efficient.
19908 The larger and more complicated the function is, the more painful the workarounds get.
19909 Of course many simple functions will naturally have just one `return` because of their simpler inherent logic.
19911 ##### Example
19913     int index(const char* p)
19914     {
19915         if (!p) return -1;  // error indicator: alternatively "throw nullptr_error{}"
19916         // ... do a lookup to find the index for p
19917         return i;
19918     }
19920 If we applied the rule, we'd get something like
19922     int index2(const char* p)
19923     {
19924         int i;
19925         if (!p)
19926             i = -1;  // error indicator
19927         else {
19928             // ... do a lookup to find the index for p
19929         }
19930         return i;
19931     }
19933 Note that we (deliberately) violated the rule against uninitialized variables because this style commonly leads to that.
19934 Also, this style is a temptation to use the [goto exit](#Rnr-goto-exit) non-rule.
19936 ##### Alternative
19938 * Keep functions short and simple
19939 * Feel free to use multiple `return` statements (and to throw exceptions).
19941 ### <a name="Rnr-no-exceptions"></a>NR.3: Don't: Don't use exceptions
19943 ##### Reason (not to follow this rule)
19945 There seem to be three main reasons given for this non-rule:
19947 * exceptions are inefficient
19948 * exceptions lead to leaks and errors
19949 * exception performance is not predictable
19951 There is no way we can settle this issue to the satisfaction of everybody.
19952 After all, the discussions about exceptions have been going on for 40+ years.
19953 Some languages cannot be used without exceptions, but others do not support them.
19954 This leads to strong traditions for the use and non-use of exceptions, and to heated debates.
19956 However, we can briefly outline why we consider exceptions the best alternative for general-purpose programming
19957 and in the context of these guidelines.
19958 Simple arguments for and against are often inconclusive.
19959 There are specialized applications where exceptions indeed can be inappropriate
19960 (e.g., hard-real-time systems without support for reliable estimates of the cost of handling an exception).
19962 Consider the major objections to exceptions in turn
19964 * Exceptions are inefficient:
19965 Compared to what?
19966 When comparing make sure that the same set of errors are handled and that they are handled equivalently.
19967 In particular, do not compare a program that immediately terminate on seeing an error with a program
19968 that carefully cleans up resources before logging an error.
19969 Yes, some systems have poor exception handling implementations; sometimes, such implementations force us to use
19970 other error-handling approaches, but that's not a fundamental problem with exceptions.
19971 When using an efficiency argument - in any context - be careful that you have good data that actually provides
19972 insight into the problem under discussion.
19973 * Exceptions lead to leaks and errors.
19974 They do not.
19975 If your program is a rat's nest of pointers without an overall strategy for resource management,
19976 you have a problem whatever you do.
19977 If your system consists of a million lines of such code,
19978 you probably will not be able to use exceptions,
19979 but that's a problem with excessive and undisciplined pointer use, rather than with exceptions.
19980 In our opinion, you need RAII to make exception-based error handling simple and safe -- simpler and safer than alternatives.
19981 * Exception performance is not predictable.
19982 If you are in a hard-real-time system where you must guarantee completion of a task in a given time,
19983 you need tools to back up such guarantees.
19984 As far as we know such tools are not available (at least not to most programmers).
19986 Many, possibly most, problems with exceptions stem from historical needs to interact with messy old code.
19988 The fundamental arguments for the use of exceptions are
19990 * They clearly differentiate between erroneous return and ordinary return
19991 * They cannot be forgotten or ignored
19992 * They can be used systematically
19994 Remember
19996 * Exceptions are for reporting errors (in C++; other languages can have different uses for exceptions).
19997 * Exceptions are not for errors that can be handled locally.
19998 * Don't try to catch every exception in every function (that's tedious, clumsy, and leads to slow code).
19999 * Exceptions are not for errors that require instant termination of a module/system after a non-recoverable error.
20001 ##### Example
20003     ???
20005 ##### Alternative
20007 * [RAII](#Re-raii)
20008 * Contracts/assertions: Use GSL's `Expects` and `Ensures` (until we get language support for contracts)
20010 ### <a name="Rnr-lots-of-files"></a>NR.4: Don't: Place each class declaration in its own source file
20012 ##### Reason (not to follow this rule)
20014 The resulting number of files are hard to manage and can slow down compilation.
20015 Individual classes are rarely a good logical unit of maintenance and distribution.
20017 ##### Example
20019     ???
20021 ##### Alternative
20023 * Use namespaces containing logically cohesive sets of classes and functions.
20025 ### <a name="Rnr-two-phase-init"></a>NR.5: Don't: Don't do substantive work in a constructor; instead use two-phase initialization
20027 ##### Reason (not to follow this rule)
20029 Following this rule leads to weaker invariants,
20030 more complicated code (having to deal with semi-constructed objects),
20031 and errors (when we didn't deal correctly with semi-constructed objects consistently).
20033 ##### Example
20035     ???
20037 ##### Alternative
20039 * Always establish a class invariant in a constructor.
20040 * Don't define an object before it is needed.
20042 ### <a name="Rnr-goto-exit"></a>NR.6: Don't: Place all cleanup actions at the end of a function and `goto exit`
20044 ##### Reason (not to follow this rule)
20046 `goto` is error-prone.
20047 This technique is a pre-exception technique for RAII-like resource and error handling.
20049 ##### Example, bad
20051     void do_something(int n)
20052     {
20053         if (n < 100) goto exit;
20054         // ...
20055         int* p = (int*) malloc(n);
20056         // ...
20057         if (some_error) goto_exit;
20058         // ...
20059     exit:
20060         free(p);
20061     }
20063 and spot the bug.
20065 ##### Alternative
20067 * Use exceptions and [RAII](#Re-raii)
20068 * for non-RAII resources, use [`finally`](#Re-finally).
20070 ### <a name="Rnr-protected-data"></a>NR.7: Don't: Make all data members `protected`
20072 ##### Reason (not to follow this rule)
20074 `protected` data is a source of errors.
20075 `protected` data can be manipulated from an unbounded amount of code in various places.
20076 `protected` data is the class hierarchy equivalent to global data.
20078 ##### Example
20080     ???
20082 ##### Alternative
20084 * [Make member data `public` or (preferably) `private`](#Rh-protected)
20087 # <a name="S-references"></a>RF: References
20089 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
20090 Many
20092 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
20093 * are written by C++ novices
20094 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
20095 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
20096 * are written to preserve decades old code bases
20097 * aim at a single application domain
20098 * are downright counterproductive
20099 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
20101 A bad coding standard is worse than no coding standard.
20102 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
20104 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
20105 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.
20106 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
20107 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
20109 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
20110 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
20111 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
20113 Reference sections:
20115 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
20116 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
20117 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14/C++17)](#SS-Cplusplus)
20118 * [RF.web: Websites](#SS-web)
20119 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
20120 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
20121 * [RF.core: Core Guidelines materials](#SS-core)
20123 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
20125 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
20126   ???.
20127 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
20128   Has a strong emphasis on code organization and layout.
20129 * Facebook: ???
20130 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
20131   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
20132 * [Google C++ Style Guide](https://google.github.io/styleguide/cppguide.html).
20133   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.
20134 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
20135   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
20136   For flight control software.
20137   For hard-real-time.
20138   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
20139   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
20140   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
20141   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
20142   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
20143   Recommended, but note its very specific focus.
20144 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
20145   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
20146   As such, it is restrictive.
20147 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
20148   ???.
20149 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
20150   ???.
20151 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
20152   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
20153   Many of their rules apply generally.
20154 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
20155 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
20156   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
20157 * ???
20159 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
20161 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
20162 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
20163 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
20164 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
20165 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
20166 * [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.
20167 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
20168   LCSD05. October 2005.
20169 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
20170   Addison Wesley 2014.
20171   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20172 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
20173   Addison Wesley 2013.
20174   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
20175 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20176   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20177   Mostly low-level naming and layout rules.
20178   Primarily a teaching tool.
20180 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
20182 * [TC++PL4](http://www.stroustrup.com/4th.html):
20183 A thorough description of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20184 * [Tour++](http://www.stroustrup.com/Tour.html):
20185 An overview of the C++ language and standard libraries for experienced programmers.
20186 * [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html):
20187 A textbook for beginners and relative novices.
20189 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
20191 * [isocpp.org](https://isocpp.org)
20192 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
20193 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
20194 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
20195 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
20196 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
20197 * Sutter's Mill?
20198 * ???
20200 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
20202 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
20203 * 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
20204 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
20205 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
20206 * Bjarne Stroustrup: [The Evolution of C++ Past, Present and Future](https://www.youtube.com/watch?v=_wzc7a3McOs). CppCon 2016 keynote.
20207 * Bjarne Stroustrup: [Make Simple Tasks Simple!](https://www.youtube.com/watch?v=nesCaocNjtQ). CppCon 2014 keynote.
20208 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20209 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote about the Core Guidelines.
20210 * CppCon 15
20211 * ??? C++ Next
20212 * ??? Meting C++
20213 * ??? more ???
20215 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
20217 * ISO C++ Standard C++11.
20218 * ISO C++ Standard C++14.
20219 * [ISO C++ Standard C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4606.pdf). Committee Draft.
20220 * [Palo Alto "Concepts" TR](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3351.pdf).
20221 * [ISO C++ Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20222 * [WG21 Ranges report](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf). Draft.
20225 ## <a name="SS-core"></a>RF.core: Core Guidelines materials
20227 This section contains materials that has been useful for presenting the core guidelines and the ideas behind them:
20229 * [Our documents directory](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/tree/master/docs)
20230 * Stroustrup, Sutter, and Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](http://www.stroustrup.com/resource-model.pdf). A paper with lots of examples.
20231 * Sergey Zubkov: [a Core Guidelines talk](https://www.youtube.com/watch?v=DyLwdl_6vmU)
20232 and here are the [slides](http://2017.cppconf.ru/talks/sergey-zubkov). In Russian. 2017.
20233 * Neil MacIntosh: [The Guideline Support Library: One Year Later](https://www.youtube.com/watch?v=_GhNnCuaEjo). CppCon 2016.
20234 * Bjarne Stroustrup: [Writing Good C++14](https://www.youtube.com/watch?v=1OEu9C51K2A). CppCon 2015 keynote.
20235 * Herb Sutter: [Writing Good C++14... By Default](https://www.youtube.com/watch?v=hEx5DNLWGgA). CppCon 2015 keynote.
20236 * Peter Sommerlad: [C++ Core Guidelines - Modernize your C++ Code Base](https://www.youtube.com/watch?v=fQ926v4ZzAM). ACCU 2017.
20237 * Bjarne Stroustrup: [No Littering!](https://www.youtube.com/watch?v=01zI9kV4h8c). Bay Area ACCU 2016.
20238 It gives some idea of the ambition level for the Core Guidelines.
20240 Note that slides for CppCon presentations are available (links with the posted videos).
20242 Contributions to this list would be most welcome.
20244 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
20246 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
20248 * Peter Juhl
20249 * Neil MacIntosh
20250 * Axel Naumann
20251 * Andrew Pardoe
20252 * Gabriel Dos Reis
20253 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
20254 * Sergey Zubkov
20256 and see the contributor list on the github.
20258 # <a name="S-profile"></a>Pro: Profiles
20260 Ideally, we would follow all of the guidelines.
20261 That would give the cleanest, most regular, least error-prone, and often the fastest code.
20262 Unfortunately, that is usually impossible because we have to fit our code into large code bases and use existing libraries.
20263 Often, such code has been written over decades and does not follow these guidelines.
20264 We must aim for [gradual adoption](#S-modernizing).
20266 Whatever strategy for gradual adoption we adopt, we need to be able to apply sets of related guidelines to address some set
20267 of problems first and leave the rest until later.
20268 A similar idea of "related guidelines" becomes important when some, but not all, guidelines are considered relevant to a code base
20269 or if a set of specialized guidelines is to be applied for a specialized application area.
20270 We call such a set of related guidelines a "profile".
20271 We aim for such a set of guidelines to be coherent so that they together help us reach a specific goal, such as "absence of range errors"
20272 or "static type safety."
20273 Each profile is designed to eliminate a class of errors.
20274 Enforcement of "random" rules in isolation is more likely to be disruptive to a code base than delivering a definite improvement.
20276 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee.
20277 "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be).
20278 "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on different enforcement tools giving the same answer for the same code.
20280 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile.
20281 Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile.
20282 Conforming code will not be the root cause of errors for that property,
20283 although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment.
20284 A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
20286 Profiles summary:
20288 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
20289 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
20290 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
20292 In the future, we expect to define many more profiles and add more checks to existing profiles.
20293 Candidates include:
20295 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
20296 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
20297 * selected undefined behavior: Start with Gabriel Dos Reis's UB list developed for the WG21 study group
20298 * selected unspecified behavior: Addressing portability concerns.
20299 * `const` violations: Mostly done by compilers already, but we can catch inappropriate casting and underuse of `const`.
20301 Enabling a profile is implementation defined; typically, it is set in the analysis tool used.
20303 To suppress enforcement of a profile check, place a `suppress` annotation on a language contract. For example:
20305     [[suppress(bounds)]] char* raw_find(char* p, int n, char x)    // find x in p[0]..p[n - 1]
20306     {
20307         // ...
20308     }
20310 Now `raw_find()` can scramble memory to its heart's content.
20311 Obviously, suppression should be very rare.
20313 ## <a name="SS-type"></a>Pro.safety: Type-safety profile
20315 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning.
20316 It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
20318 For the purposes of this section,
20319 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.
20320 Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`.
20321 Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20323 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
20325 Type safety profile summary:
20327 * <a name="Pro-type-avoidcasts"></a>Type.1: [Avoid casts](#Res-casts):
20328 <a name="Pro-type-reinterpretcast">a. </a>Don't use `reinterpret_cast`; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
20329 <a name="Pro-type-arithmeticcast">b. </a>Don't use `static_cast` for arithmetic types; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts) and [prefer named casts](#Res-casts-named).
20330 <a name="Pro-type-identitycast">c. </a>Don't cast between pointer types where the source type and the target type are the same; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
20331 <a name="Pro-type-implicitpointercast">d. </a>Don't cast between pointer types when the conversion could be implicit; A strict version of [Avoid casts](#Res-casts).
20332 * <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` to downcast:
20333 [Use `dynamic_cast` instead](#Rh-dynamic_cast).
20334 * <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all):
20335 [Don't cast away const](#Res-casts-const).
20336 * <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` or functional `T(expression)` casts:
20337 Prefer [construction](#Res-construct) or [named casts](#Res-cast-named).
20338 * <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized:
20339 [always initialize](#Res-always).
20340 * <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable:
20341 [always initialize](#Res-always),
20342 possibly using [default constructors](#Rc-default0) or
20343 [default member initializers](#Rc-in-class-initializers).
20344 * <a name="Pro-type-unon"></a>Type.7: Avoid naked union:
20345 [Use `variant` instead](#Ru-naked).
20346 * <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid varargs:
20347 [Don't use `va_arg` arguments](#F-varargs).
20349 ##### Impact
20351 With the type-safety profile you can trust that every operation is applied to a valid object.
20352 Exception may be thrown to indicate errors that cannot be detected statically (at compile time).
20353 Note that this type-safety can be complete only if we also have [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).
20354 Without those guarantees, a region of memory could be accessed independent of which object, objects, or parts of objects are stored in it.
20357 ## <a name="SS-bounds"></a>Pro.bounds: Bounds safety profile
20359 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory.
20360 It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing.
20361 One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
20363 We define bounds-safety to be the property that a program does not use an object to access memory outside of the range that was allocated for it.
20364 Bounds safety is intended to be complete only when combined with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime),
20365 which cover other unsafe operations that allow bounds violations.
20367 Bounds safety profile summary:
20369 * <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead:
20370 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20371 * <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions:
20372 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20373 * <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay:
20374 [Pass pointers to single objects (only)](#Ri-array) and [Keep pointer arithmetic simple](#Res-ptr).
20375 * <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard-library functions and types that are not bounds-checked:
20376 [Use the standard library in a type-safe manner](#Rsl-bounds).
20378 ##### Impact
20380 Bounds safety implies that access to an object - notably arrays - does not access beyond the object's memory allocation.
20381 This eliminates a large class of insidious and hard-to-find errors, including the (in)famous "buffer overflow" errors.
20382 This closes security loopholes as well as a prominent source of memory corruption (when writing out of bounds).
20383 Even if an out-of-bounds access is "just a read", it can lead to invariant violations (when the accessed isn't of the assumed type)
20384 and "mysterious values."
20387 ## <a name="SS-lifetime"></a>Pro.lifetime: Lifetime safety profile
20389 Accessing through a pointer that doesn't point to anything is a major source of errors,
20390 and very hard to avoid in many traditional C or C++ styles of programming.
20391 For example, a pointer may be uninitialized, the `nullptr`, point beyond the range of an array, or to a deleted object.
20393 [See the current design specification here.](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf)
20395 Lifetime safety profile summary:
20397 * <a name="Pro-lifetime-invalid-deref"></a>Lifetime.1: Don't dereference a possibly invalid pointer:
20398 [detect or avoid](#Res-deref).
20400 ##### Impact
20402 Once completely enforced through a combination of style rules, static analysis, and library support, this profile
20404 * eliminates one of the major sources of nasty errors in C++
20405 * eliminates a major source of potential security violations
20406 * improves performance by eliminating redundant "paranoia" checks
20407 * increases confidence in correctness of code
20408 * avoids undefined behavior by enforcing a key C++ language rule
20411 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guidelines support library
20413 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
20414 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
20416 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.
20418 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guidelines support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
20419 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
20420 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
20422 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL.
20423 Eventually, use [the one voted into C++17](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0088r3.html).
20425 Summary of GSL components:
20427 * [GSL.view: Views](#SS-views)
20428 * [GSL.owner](#SS-ownership)
20429 * [GSL.assert: Assertions](#SS-assertions)
20430 * [GSL.util: Utilities](#SS-utilities)
20431 * [GSL.concept: Concepts](#SS-gsl-concepts)
20433 We plan for a "ISO C++ standard style" semi-formal specification of the GSL.
20435 We rely on the ISO C++ Standard Library and hope for parts of the GSL to be absorbed into the standard library.
20437 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
20439 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.
20441 These "views" are never owners.
20443 References are never owners (see [R.4](#Rr-ref). Note: References have many opportunities to outlive the objects they refer to (returning a local variable by reference, holding a reference to an element of a vector and doing `push_back`, binding to `std::max(x, y + 1)`, etc. The Lifetime safety profile aims to address those things, but even so `owner<T&>` does not make sense and is discouraged.
20445 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
20447 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
20448 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
20450 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.
20451 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`.
20453 * `owner<T*>`   // a `T*` that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
20455 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
20456 Reasons for that include:
20458 * Cost of conversion.
20459 * The pointer is used with an ABI.
20460 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
20462 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
20464 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
20466 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
20468 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
20469   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
20471 * `span<T>`       // `[p:p+n)`, constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
20472 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` `[p:q)` where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
20473 * `string_span`   // `span<char>`
20474 * `cstring_span`  // `span<const char>`
20476 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
20478 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
20479 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`.
20481 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `nullptr`
20482 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `nullptr`
20484 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.
20485 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
20486 French accent optional.
20488 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?
20490 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
20492 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
20493 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
20494 * `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.
20495 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
20496   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
20498 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
20500 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20501                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
20502                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
20503 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
20505 These assertions are currently macros (yuck!) and must appear in function definitions (only)
20506 pending standard committee decisions on contracts and assertion syntax.
20507 See [the contract proposal](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0380r1.pdf); using the attribute syntax,
20508 for example, `Expects(p)` will become `[[expects: p]]`.
20510 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
20512 * `finally`        // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
20513 * `narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
20514 * `narrow`         // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
20515 * `[[implicit]]`   // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
20516 * `move_owner`     // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
20517 * `joining_thread` // a RAII style version of `std::thread` that joins.
20518 * `index`          // a type to use for all container and array indexing (currently an alias for `ptrdiff_t`)
20520 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
20522 These concepts (type predicates) are borrowed from
20523 Andrew Sutton's Origin library,
20524 the Range proposal,
20525 and the ISO WG21 Palo Alto TR.
20526 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
20527 The notation is that of the ISO WG21 [Concepts TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4553.pdf).
20528 Most of the concepts below are defined in [the Ranges TS](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/n4569.pdf).
20530 * `Range`
20531 * `String`   // ???
20532 * `Number`   // ???
20533 * `Sortable`
20534 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value); see [smart pointers](#SS-gsl-smartptrconcepts)
20535 * `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)
20536 * `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)
20537 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
20538 * `Convertible`
20539 * `Common`
20540 * `Boolean`
20541 * `Integral`
20542 * `SignedIntegral`
20543 * `SemiRegular` // ??? Copyable?
20544 * `Regular`
20545 * `TotallyOrdered`
20546 * `Function`
20547 * `RegularFunction`
20548 * `Predicate`
20549 * `Relation`
20550 * ...
20552 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>GSL.ptr: Smart pointer concepts
20554 See [Lifetime paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetime.pdf).
20556 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
20558 Consistent naming and layout are helpful.
20559 If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
20560 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
20561 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
20562 After many requests for guidance from users, we present a set of rules that you might use if you have no better ideas, but the real aim is consistency, rather than any particular rule set.
20563 IDEs and tools can help (as well as hinder).
20565 Naming and layout rules:
20567 * [NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
20568 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
20569 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
20570 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
20571 * [NL.5: Avoid encoding type information in names](#Rl-name-type)
20572 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
20573 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
20574 * [NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
20575 * [NL.10: Prefer `underscore_style` names](#Rl-camel)
20576 * [NL.11: Make literals readable](#Rl-literals)
20577 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
20578 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
20579 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
20580 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
20581 * [NL.19: Avoid names that are easily misread](#Rl-misread)
20582 * [NL.20: Don't place two statements on the same line](#Rl-stmt)
20583 * [NL.21: Declare one name (only) per declaration](#Rl-dcl)
20584 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
20585 * [NL.26: Use conventional `const` notation](#Rl-const)
20587 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
20588 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.
20589 These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
20591 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.
20592 We are not "legislating" (see the previous paragraph).
20593 However, we have had many requests for a set of naming and layout conventions to use when there are no external constraints.
20595 More specific and detailed rules are easier to enforce.
20597 These rules bear a strong resemblance to the recommendations in the [PPP Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
20598 written in support of Stroustrup's [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
20600 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
20602 ##### Reason
20604 Compilers do not read comments.
20605 Comments are less precise than code.
20606 Comments are not updated as consistently as code.
20608 ##### Example, bad
20610     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
20612 ##### Enforcement
20614 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
20616 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
20618 ##### Reason
20620 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
20622 ##### Example
20624     void stable_sort(Sortable& c)
20625         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in
20626         // their original relative order
20627     {
20628         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
20629     }
20631 ##### Note
20633 If the comment and the code disagree, both are likely to be wrong.
20635 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
20637 ##### Reason
20639 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
20641 ##### Note
20643 Use intelligible English.
20644 I may be fluent in Danish, but most programmers are not; the maintainers of my code may not be.
20645 Avoid SMS lingo and watch your grammar, punctuation, and capitalization.
20646 Aim for professionalism, not "cool."
20648 ##### Enforcement
20650 not possible.
20652 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
20654 ##### Reason
20656 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
20658 ##### Example, bad
20660     int i;
20661     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
20662     if (i == j)
20663         return i;
20665 ##### Note
20667 Always indenting the statement after `if (...)`, `for (...)`, and `while (...)` is usually a good idea:
20669     if (i < 0) error("negative argument");
20671     if (i < 0)
20672         error("negative argument");
20674 ##### Enforcement
20676 Use a tool.
20678 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5: Avoid encoding type information in names
20680 ##### Rationale
20682 If names reflect types rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
20683 Also, if the type of a variable is changed, code using it will have to be modified.
20684 Minimize unintentional conversions.
20686 ##### Example, bad
20688     void print_int(int i);
20689     void print_string(const char*);
20691     print_int(1);          // repetitive, manual type matching
20692     print_string("xyzzy"); // repetitive, manual type matching
20694 ##### Example, good
20696     void print(int i);
20697     void print(string_view);    // also works on any string-like sequence
20699     print(1);              // clear, automatic type matching
20700     print("xyzzy");        // clear, automatic type matching
20702 ##### Note
20704 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
20706     printS  // print a std::string
20707     prints  // print a C-style string
20708     printi  // print an int
20710 Requiring techniques like Hungarian notation to encode a type has been used in untyped languages, but is generally unnecessary and actively harmful in a strongly statically-typed language like C++, because the annotations get out of date (the warts are just like comments and rot just like them) and they interfere with good use of the language (use the same name and overload resolution instead).
20712 ##### Note
20714 Some styles use very general (not type-specific) prefixes to denote the general use of a variable.
20716     auto p = new User();
20717     auto p = make_unique<User>();
20718     // note: "p" is not being used to say "raw pointer to type User,"
20719     //       just generally to say "this is an indirection"
20721     auto cntHits = calc_total_of_hits(/*...*/);
20722     // note: "cnt" is not being used to encode a type,
20723     //       just generally to say "this is a count of something"
20725 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20727 ##### Note
20729 Some styles distinguish members from local variable, and/or from global variable.
20731     struct S {
20732         int m_;
20733         S(int m) :m_{abs(m)} { }
20734     };
20736 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20738 ##### Note
20740 Like C++, some styles distinguish types from non-types.
20741 For example, by capitalizing type names, but not the names of functions and variables.
20743     typename<typename T>
20744     class HashTable {   // maps string to T
20745         // ...
20746     };
20748     HashTable<int> index;
20750 This is not harmful and does not fall under this guideline because it does not encode type information.
20752 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
20754 **Rationale**: The larger the scope the greater the chance of confusion and of an unintended name clash.
20756 ##### Example
20758     double sqrt(double x);   // return the square root of x; x must be non-negative
20760     int length(const char* p);  // return the number of characters in a zero-terminated C-style string
20762     int length_of_string(const char zero_terminated_array_of_char[])    // bad: verbose
20764     int g;      // bad: global variable with a cryptic name
20766     int open;   // bad: global variable with a short, popular name
20768 The use of `p` for pointer and `x` for a floating-point variable is conventional and non-confusing in a restricted scope.
20770 ##### Enforcement
20774 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
20776 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
20778 ##### Note
20780 There are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their different conventions.
20781 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
20783 ##### Example
20785 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
20787 * `int`
20788 * `vector`
20789 * `my_map`
20791 Avoid double underscores `__`.
20793 ##### Example
20795 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
20796 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
20798 * `int`
20799 * `vector`
20800 * `My_map`
20802 ##### Example
20804 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
20806 * `int`
20807 * `vector`
20808 * `MyMap`
20809 * `myMap`
20811 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
20813 ##### Note
20815 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
20817     int mtbf {12};
20818     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
20820 ##### Enforcement
20822 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
20824 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL.9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
20826 ##### Reason
20828 To avoid confusing macros with names that obey scope and type rules.
20830 ##### Example
20832     void f()
20833     {
20834         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
20835         int v[SIZE];
20836     }
20838 ##### Note
20840 This rule applies to non-macro symbolic constants:
20842     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
20844 ##### Enforcement
20846 * Flag macros with lower-case letters
20847 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
20849 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Prefer `underscore_style` names
20851 ##### Reason
20853 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ Standard Library.
20855 ##### Note
20857 This rule is a default to use only if you have a choice.
20858 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
20859 The need for consistency beats personal taste.
20861 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
20862 This rule was added after many requests for guidance.
20864 ##### Example
20866 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
20867 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
20869 * `int`
20870 * `vector`
20871 * `My_map`
20873 ##### Enforcement
20875 Impossible.
20877 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
20879 ##### Reason
20881 Too much space makes the text larger and distracts.
20883 ##### Example, bad
20885     #include < map >
20887     int main(int argc, char * argv [ ])
20888     {
20889         // ...
20890     }
20892 ##### Example
20894     #include <map>
20896     int main(int argc, char* argv[])
20897     {
20898         // ...
20899     }
20901 ##### Note
20903 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
20905 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
20906 This rule was added after many requests for guidance.
20908 ##### Note
20910 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
20912 ### <a name="Rl-literals"></a>NL.11: Make literals readable
20914 ##### Reason
20916 Readability.
20918 ##### Example
20920 Use digit separators to avoid long strings of digits
20922     auto c = 299'792'458; // m/s2
20923     auto q2 = 0b0000'1111'0000'0000;
20924     auto ss_number = 123'456'7890;
20926 ##### Example
20928 Use literal suffixes where clarification is needed
20930     auto hello = "Hello!"s; // a std::string
20931     auto world = "world";   // a C-style string
20932     auto interval = 100ms;  // using <chrono>
20934 ##### Note
20936 Literals should not be sprinkled all over the code as ["magic constants"](#Res-magic),
20937 but it is still a good idea to make them readable where they are defined.
20938 It is easy to make a typo in a long string of integers.
20940 ##### Enforcement
20942 Flag long digit sequences. The trouble is to define "long"; maybe 7.
20944 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
20946 ##### Reason
20948 A conventional order of members improves readability.
20950 When declaring a class use the following order
20952 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
20953 * constructors, assignments, destructor
20954 * functions
20955 * data
20957 Use the `public` before `protected` before `private` order.
20959 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
20960 This rule was added after many requests for guidance.
20962 ##### Example
20964     class X {
20965     public:
20966         // interface
20967     protected:
20968         // unchecked function for use by derived class implementations
20969     private:
20970         // implementation details
20971     };
20973 ##### Example
20975 Sometimes, the default order of members conflicts with a desire to separate the public interface from implementation details.
20976 In such cases, private types and functions can be placed with private data.
20978     class X {
20979     public:
20980         // interface
20981     protected:
20982         // unchecked function for use by derived class implementations
20983     private:
20984         // implementation details (types, functions, and data)
20985     };
20987 ##### Example, bad
20989 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
20991     class X {   // bad
20992     public:
20993         void f();
20994     public:
20995         int g();
20996         // ...
20997     };
20999 The use of macros to declare groups of members often leads to violation of any ordering rules.
21000 However, macros obscures what is being expressed anyway.
21002 ##### Enforcement
21004 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
21006 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
21008 ##### Reason
21010 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
21012 ##### Note
21014 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
21016 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21017 This rule was added after many requests for guidance.
21019 ##### Example
21021     struct Cable {
21022         int x;
21023         // ...
21024     };
21026     double foo(int x)
21027     {
21028         if (0 < x) {
21029             // ...
21030         }
21032         switch (x) {
21033         case 0:
21034             // ...
21035             break;
21036         case amazing:
21037             // ...
21038             break;
21039         default:
21040             // ...
21041             break;
21042         }
21044         if (0 < x)
21045             ++x;
21047         if (x < 0)
21048             something();
21049         else
21050             something_else();
21052         return some_value;
21053     }
21055 Note the space between `if` and `(`
21057 ##### Note
21059 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
21061 ##### Note
21063 The `{` for a `class` and a `struct` is *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
21065 ##### Note
21067 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
21069 ##### Note
21071 Do not capitalize function names.
21073 ##### Enforcement
21075 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
21077 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
21079 ##### Reason
21081 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
21082 The use in expressions argument doesn't hold for references.
21084 ##### Example
21086     T& operator[](size_t);   // OK
21087     T &operator[](size_t);   // just strange
21088     T & operator[](size_t);   // undecided
21090 ##### Note
21092 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21093 This rule was added after many requests for guidance.
21095 ##### Enforcement
21097 Impossible in the face of history.
21100 ### <a name="Rl-misread"></a>NL.19: Avoid names that are easily misread
21102 ##### Reason
21104 Readability.
21105 Not everyone has screens and printers that make it easy to distinguish all characters.
21106 We easily confuse similarly spelled and slightly misspelled words.
21108 ##### Example
21110     int oO01lL = 6; // bad
21112     int splunk = 7;
21113     int splonk = 8; // bad: splunk and splonk are easily confused
21115 ##### Enforcement
21119 ### <a name="Rl-stmt"></a>NL.20: Don't place two statements on the same line
21121 ##### Reason
21123 Readability.
21124 It is really easy to overlook a statement when there is more on a line.
21126 ##### Example
21128     int x = 7; char* p = 29;    // don't
21129     int x = 7; f(x);  ++x;      // don't
21131 ##### Enforcement
21133 Easy.
21135 ### <a name="Rl-dcl"></a>NL.21: Declare one name (only) per declaration
21137 ##### Reason
21139 Readability.
21140 Minimizing confusion with the declarator syntax.
21142 ##### Note
21144 For details, see [ES.10](#Res-name-one).
21147 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
21149 ##### Reason
21151 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
21153 ##### Example
21155     void f(void);   // bad
21157     void g();       // better
21159 ##### Note
21161 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
21162 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
21164     int f();
21165     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
21167 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
21169 ### <a name="Rl-const"></a>NL.26: Use conventional `const` notation
21171 ##### Reason
21173 Conventional notation is more familiar to more programmers.
21174 Consistency in large code bases.
21176 ##### Example
21178     const int x = 7;    // OK
21179     int const y = 9;    // bad
21181     const int *const p = nullptr;   // OK, constant pointer to constant int
21182     int const *const p = nullptr;   // bad, constant pointer to constant int
21184 ##### Note
21186 We are well aware that you could claim the "bad" examples more logical than the ones marked "OK",
21187 but they also confuse more people, especially novices relying on teaching material using the far more common, conventional OK style.
21189 As ever, remember that the aim of these naming and layout rules is consistency and that aesthetics vary immensely.
21191 This is a recommendation for [when you have no constraints or better ideas](#S-naming).
21192 This rule was added after many requests for guidance.
21194 ##### Enforcement
21196 Flag `const` used as a suffix for a type.
21198 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
21200 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
21202 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
21204 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.
21206 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
21208 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).
21210 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
21212 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!"
21214 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
21216 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
21218 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
21220 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!
21222 ### <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?
21224 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.
21226 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
21228 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.
21230 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
21232 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 (and, if you have an implementation available, the Concepts Technical Specification) and write code assuming you have a modern conforming compiler.
21234 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
21236 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 + the Concepts Technical Specification, and they limit themselves to recommending only those features.
21238 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
21240 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
21242 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
21244 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
21245 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
21247 Avoid other HTML tags and other extensions.
21249 Note: We are not yet consistent with this style.
21251 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guidelines support library)?
21253 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.
21255 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
21257 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.
21259 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
21261 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.
21263 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
21265 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.
21267 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guidelines support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
21269 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.
21271 ### <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`?
21273 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.
21275 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
21277 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.
21279 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
21281 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.
21283 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
21285 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.
21287 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
21289 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
21291 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
21293 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
21295 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
21297 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
21299 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
21301 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
21303 Ideally, we follow all rules in all code.
21304 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
21306 * application code written before the guidelines were formulated or known
21307 * libraries written to older/different standards
21308 * code written under "unusual" constraints
21309 * code that we just haven't gotten around to modernizing
21311 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
21312 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
21314 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
21315 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
21316 Typically, the original programmer is not around and the test cases incomplete.
21317 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
21318 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
21319 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
21321 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.
21322 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
21323 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
21324 The cost reductions must outweigh the risks.
21326 But how?
21328 There is no one approach to modernizing code.
21329 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
21330 Here are some (very general) ideas:
21332 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
21333   In most circumstances, it is also impossible.
21334 * 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.
21335 * 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.
21336 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
21337   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
21338   Afterwards, code hidden behind those interfaces can be gradually modernized without affecting other code.
21340 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
21341 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
21343 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
21344 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
21346 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
21348 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
21349 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
21351 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
21353 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.
21355     class Employee {
21356         string email, first, last;
21357     public:
21358         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
21359         // ...
21360     };
21362     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
21363       : first(firstName),
21364         last(lastName),
21365         // BAD: first and last not yet constructed
21366         email(first + "." + last + "@acme.com")
21367     {}
21369 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.
21371 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.
21373 **References**:
21375 [\[Cline99\]](#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
21377 ### <a name="Sd-init"></a>Discussion: Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
21381 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
21383 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:
21385 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
21386 * *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.
21387 * *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).)
21388 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
21390 Here is an example of the last option:
21392     class B {
21393     public:
21394         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
21396         virtual void f() = 0;
21398         // ...
21399     };
21401     class B {
21402     protected:
21403         B() { /* ... */ }
21404         virtual void post_initialize()    // called right after construction
21405             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
21406     public:
21407         virtual void f() = 0;
21409         template<class T>
21410         static shared_ptr<T> create()    // interface for creating objects
21411         {
21412             auto p = make_shared<T>();
21413             p->post_initialize();
21414             return p;
21415         }
21416     };
21419     class D : public B {                 // some derived class
21420     public:
21421         void f() override { /* ...  */ };
21423     protected:
21424         D() {}
21426         template<class T>
21427         friend shared_ptr<T> B::Create();
21428     };
21430     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
21432 This design requires the following discipline:
21434 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
21435 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
21436 * `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.
21438 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.
21440 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).
21442 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
21444 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
21446 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.
21448 ##### Example
21450 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>`:
21452     class Base {
21453     public:
21454         ~Base();                   // BAD, not virtual
21455         virtual ~Base();           // GOOD
21456         // ...
21457     };
21459     class Derived : public Base { /* ... */ };
21461     {
21462         unique_ptr<Base> pb = make_unique<Derived>();
21463         // ...
21464     } // ~pb invokes correct destructor only when ~Base is virtual
21466 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:
21468     class My_policy {
21469     public:
21470         virtual ~My_policy();      // BAD, public and virtual
21471     protected:
21472         ~My_policy();              // GOOD
21473         // ...
21474     };
21476     template<class Policy>
21477     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
21479 ##### Note
21481 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
21483 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.
21485 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:
21487 * Whether it should behave virtually or not.
21488 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to `Base` or else be a hidden internal implementation detail.
21490 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.
21492 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.
21494 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.)
21496 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.
21498 ##### Exception
21500 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.
21502 Consider also this rare case:
21504 * `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.
21505 * 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.
21507 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.
21509 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`.
21511 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.
21513 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) 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
21515 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
21519 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
21521 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.
21523 ##### Example
21525     class Nefarious {
21526     public:
21527         Nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
21528         ~Nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
21529         // ...
21530     };
21532 1. `Nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
21535         void test(string& s)
21536         {
21537             Nefarious n;          // trouble brewing
21538             string copy = s;      // copy the string
21539         } // destroy copy and then n
21541     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.
21543 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:
21546         class Innocent_bystander {
21547             Nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
21548             // ...
21549         };
21551         void test(string& s)
21552         {
21553             Innocent_bystander i; // more trouble brewing
21554             string copy2 = s;      // copy the string
21555         } // destroy copy and then i
21557     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`.
21559 3. You can't reliably create global or static `Nefarious` objects either:
21562         static Nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
21564 4. You can't reliably create arrays of `Nefarious`:
21567         void test()
21568         {
21569             std::array<Nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
21570         }
21572     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.
21574 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
21577         std::vector<Nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
21579     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.
21581 ##### Note
21583 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.
21585 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
21587 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3)
21589 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard-library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#Cplusplus03) §17.4.4.8(3)
21591 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.
21592 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`:
21594     T& T::operator=(const T& other) {
21595         auto temp = other;
21596         swap(temp);
21597         return *this;
21598     }
21600 (See also Item 56. ???)
21602 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).
21604 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
21606 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 51; [\[C++03\]](#Cplusplus03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
21608 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
21610 ##### Reason
21612  ???
21614 ##### Note
21616 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
21618 ##### Note
21620 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
21622 ##### Example
21624     class X {
21625         // ...
21626     public:
21627         X(const X&) { /* stuff */ }
21629         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
21631         X(x&&) noexcept { /* stuff */ }
21633         // BAD: failed to also define a move assignment operator
21634     };
21636     X x1;
21637     X x2 = x1; // ok
21638     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21640 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.
21642     class X {
21643         HANDLE hnd;
21644         // ...
21645     public:
21646         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
21647         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
21648     };
21650     X x1;
21651     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21652     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
21654 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
21656     class X {
21657         string s; // defines more efficient move operations
21658         // ... other data members ...
21659     public:
21660         X(const X&) { /* stuff */ }
21661         X& operator=(const X&) { /* stuff */ }
21663         // BAD: failed to also define a move construction and move assignment
21664         // (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
21665     };
21667     X test()
21668     {
21669         X local;
21670         // ...
21671         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
21672     }
21674 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
21676 ##### Note
21678 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:
21680 * 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.)
21681 * 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.
21682 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a non-trivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
21684 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
21686 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.
21688 **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.
21689 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
21690 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.)
21692 **References**: [\[C++CS\]](#CplusplusCS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
21694 Resource management rule summary:
21696 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
21697 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
21698 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
21699 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
21700 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
21701 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
21702 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
21703 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
21705 ### <a name="Cr-safety"></a>Discussion: Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
21707 ##### Reason
21709 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
21711 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
21713 ##### Example
21715     template<class T>
21716     class Vector {
21717     // ...
21718     private:
21719         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
21720         int sz;
21721     };
21723 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.).
21725 ##### Example
21727     ??? "odd" non-memory resource ???
21729 ##### Enforcement
21731 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.
21733 ### <a name="Cr-never"></a>Discussion: Never throw while holding a resource not owned by a handle
21735 ##### Reason
21737 That would be a leak.
21739 ##### Example
21741     void f(int i)
21742     {
21743         FILE* f = fopen("a file", "r");
21744         ifstream is { "another file" };
21745         // ...
21746         if (i == 0) return;
21747         // ...
21748         fclose(f);
21749     }
21751 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:
21753     void f(int i)
21754     {
21755         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
21756         // ...
21757         if (i == 0) return;
21758         // ...
21759     }
21761 Better:
21763     void f(int i)
21764     {
21765         ifstream input {"a file"};
21766         // ...
21767         if (i == 0) return;
21768         // ...
21769     }
21771 ##### Enforcement
21773 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
21774 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
21775 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
21776 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
21778 ### <a name="Cr-raw"></a>Discussion: A "raw" pointer or reference is never a resource handle
21780 ##### Reason
21782 To be able to distinguish owners from views.
21784 ##### Note
21786 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
21788 ### <a name="Cr-outlive"></a>Discussion: Never let a pointer outlive the object it points to
21790 ##### Reason
21792 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
21794 ##### Example
21796     string* bad()   // really bad
21797     {
21798         vector<string> v = { "This", "will", "cause", "trouble", "!" };
21799         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
21800         return &v[0];
21801     }
21803     void use()
21804     {
21805         string* p = bad();
21806         vector<int> xx = {7, 8, 9};
21807         // undefined behavior: x may not be the string "This"
21808         string x = *p;
21809         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
21810         *p = "Evil!";
21811     }
21813 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.
21815 ##### Enforcement
21817 Most compilers already warn about simple cases and have the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
21819 ### <a name="Cr-templates"></a>Discussion: Use templates to express containers (and other resource handles)
21821 ##### Reason
21823 To provide statically type-safe manipulation of elements.
21825 ##### Example
21827     template<typename T> class Vector {
21828         // ...
21829         T* elem;   // point to sz elements of type T
21830         int sz;
21831     };
21833 ### <a name="Cr-value-return"></a>Discussion: Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
21835 ##### Reason
21837 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
21839 **See also**: [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out)
21841 ##### Example
21843     vector<int> get_large_vector()
21844     {
21845         return ...;
21846     }
21848     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
21850 ##### Exception
21852 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
21854 ##### Enforcement
21856 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
21858 ### <a name="Cr-handle"></a>Discussion: If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
21860 ##### Reason
21862 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
21864 ##### Example
21866     ??? Messing with pointers
21868 ##### Note
21870 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
21872     template<typename T> struct Named {
21873         string name;
21874         T value;
21875     };
21877 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
21879 ##### Enforcement
21881 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.
21883 ### <a name="Cr-list"></a>Discussion: If a class is a container, give it an initializer-list constructor
21885 ##### Reason
21887 It is common to need an initial set of elements.
21889 ##### Example
21891     template<typename T> class Vector {
21892     public:
21893         Vector(std::initializer_list<T>);
21894         // ...
21895     };
21897     Vector<string> vs { "Nygaard", "Ritchie" };
21899 ##### Enforcement
21901 When is a class a container? ???
21903 # <a name="S-tools"></a>Appendix D: Supporting tools
21905 This section contains a list of tools that directly support adoption of the C++ Core Guidelines. This list is not intended to be an exhaustive list of tools
21906 that are helpful in writing good C++ code. If a tool is designed specifically to support and links to the C++ Core Guidelines it is a candidate for inclusion.
21908 ### <a name="St-clangtidy"></a>Tools: [Clang-tidy](http://clang.llvm.org/extra/clang-tidy/checks/list.html)
21910 Clang-tidy has a set of rules that specifically enforce the C++ Core Guidelines. These rules are named in the pattern `cppcoreguidelines-*`.
21912 ### <a name="St-cppcorecheck"></a>Tools: [CppCoreCheck](https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/code-quality/using-the-cpp-core-guidelines-checkers)
21914 The Microsoft compiler's C++ code analysis contains a set of rules specifically aimed at enforcement of the C++ Core Guidelines.
21916 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
21918 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
21919 (based off the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
21921 More information on many topics about C++ can be found on the [Standard C++ Foundation](https://isocpp.org)'s site.
21923 * *ABI*: Application Binary Interface, a specification for a specific hardware platform combined with the operating system. Contrast with API.
21924 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
21925   A class is made abstract by having a pure virtual function or only protected constructors.
21926 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
21927 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
21928 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
21929 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
21930 * *API*: Application Programming Interface, a set of functions that form the communication between various software components. Contrast with ABI.
21931 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
21932 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
21933   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
21934 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
21935 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., `[0:max)`.
21936 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
21937 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
21938 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
21939 * *bug*: an error in a program.
21940 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
21941 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
21942 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
21943 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
21944 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
21945   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
21946 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
21947 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
21948 * *concrete class*: class for which objects can be created using usual construction syntax (e.g., on the stack) and the resulting object behaves much like an `int` as it comes to copying, comparison, and such
21949 (as opposed to a base class in a hierarchy).
21950 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
21951 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
21952   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).
21953 * *container*: an object that holds elements (other objects).
21954 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
21955 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
21956   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
21957   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
21958 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
21959   Ideally, cost should be a function of complexity.
21960 * *customization point*: ???
21961 * *data*: values used in a computation.
21962 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
21963 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
21964 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
21965   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
21966 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
21967 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
21968 * *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.
21969 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
21970 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
21971 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
21972 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
21973 * *file*: a container of permanent information in a computer.
21974 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
21975 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
21976 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
21977   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
21978 * *global variable*: technically, a named object in namespace scope.
21979 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
21980 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
21981 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
21982   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
21983 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
21984 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
21985 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
21986 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
21987   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
21988 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
21989 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
21990 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
21991 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
21992 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
21993 * *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.
21994 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
21995 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
21996 * *ISO*: International Organization for Standardization. The C++ language is an ISO standard, ISO/IEC 14882. More information at [iso.org](http://iso.org).
21997 * *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.
21998 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
21999 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
22000 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
22001 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a `while`-statement.
22002 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
22003 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and invariable.
22004 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
22005 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
22006 * *object file*: a file containing object code.
22007 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
22008 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
22009 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
22010 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
22011 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
22012 * *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.
22013 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
22014 * *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.
22015 * *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.
22016 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
22017 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
22018 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
22019 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
22020 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
22021 * *programming language*: a language for expressing programs.
22022 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
22023 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
22024 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
22025 * *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.
22026 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
22027 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
22028 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
22029 * *regular*: a type that behaves similarly to built-in types like `int` and can be compared with `==`.
22030 In particular, an object of a regular type can be copied and the result of a copy is a separate object that compares equal to the original. See also *semiregular type*.
22031 * *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.
22032 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
22033 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
22034 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
22035 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
22036 * *semiregular*: a type that behaves roughly like an built-in type like `int`, but possibly without a `==` operator. See also *regular type*.
22037 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
22038 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
22039 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
22040 * *source file*: a file containing source code.
22041 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
22042 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
22043 * *state*: a set of values.
22044 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
22045 * *string*: a sequence of characters.
22046 * *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.
22047 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
22048 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
22049 * *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.
22050 * *TS*: [Technical Specification](https://www.iso.org/deliverables-all.html?type=ts), A Technical Specification addresses work still under technical development, or where it is believed that there will be a future, but not immediate, possibility of agreement on an International Standard. A Technical Specification is published for immediate use, but it also provides a means to obtain feedback. The aim is that it will eventually be transformed and republished as an International Standard.
22051 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
22052 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
22053 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
22054 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
22055 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
22056 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
22057 * *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.
22058 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
22059 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
22060 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
22061 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
22062 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
22064 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
22066 This is our to-do list.
22067 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
22068 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
22070 * No long-distance friendship
22071 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
22072 * Namespaces
22073 * Avoid using directives in the global scope (except for std, and other "fundamental" namespaces (e.g. experimental))
22074 * 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?
22075 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
22076 * Avoid implicit conversions
22077 * 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
22078 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
22079 * 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. :)
22080 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
22081 * Use `auto`
22082 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
22083 * Don't overabstract
22084 * Never pass a pointer down the call stack
22085 * falling through a function bottom
22086 * 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?
22087 * 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?
22088 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
22089 * 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?
22090 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
22091 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
22093         void bad()
22094         {
22095             int* p = new int[700];
22096             int* q = &p[7];
22097             delete p;
22099             vector<int> v(700);
22100             int* q2 = &v[7];
22101             v.resize(900);
22103             // ... use q and q2 ...
22104         }
22106 * LSP
22107 * private inheritance vs/and membership
22108 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
22110 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
22111 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
22112 * 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`?
22113 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
22114 * 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.
22115 * 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)
22116 * 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)
22117 * 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)
22119 * rules for arithmetic
22121 # Bibliography
22123 * <a name="Abrahams01"></a>
22124   \[Abrahams01]:  D. Abrahams. [Exception-Safety in Generic Components](http://www.boost.org/community/exception_safety.html).
22125 * <a name="Alexandrescu01"></a>
22126   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
22127 * <a name="Cplusplus03"></a>
22128   \[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).
22129 * <a name="CplusplusCS"></a>
22130   \[C++CS]:           ???
22131 * <a name="Cargill92"></a>
22132   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
22133 * <a name="Cline99"></a>
22134   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
22135 * <a name="Dewhurst03"></a>
22136   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
22137 * <a name="Henricson97"></a>
22138   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
22139 * <a name="Koenig97"></a>
22140   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
22141 * <a name="Lakos96"></a>
22142   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
22143 * <a name="Meyers96"></a>
22144   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
22145 * <a name="Meyers97"></a>
22146   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
22147 * <a name="Meyers15"></a>
22148   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
22149 * <a name="Murray93"></a>
22150   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
22151 * <a name="Stroustrup94"></a>
22152   \[Stroustrup94]:    B. Stroustrup. The Design and Evolution of C++ (Addison-Wesley, 1994).
22153 * <a name="Stroustrup00"></a>
22154   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
22155 * <a name="Stroustrup05"></a>
22156   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
22157 * <a name="Stroustrup13"></a>
22158   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
22159 * <a name="Stroustrup14"></a>
22160   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
22161   Addison Wesley 2014.
22162 * <a name="Stroustrup15"></a>
22163   \[Stroustrup15]:    B. Stroustrup, Herb Sutter, and G. Dos Reis: [A brief introduction to C++'s model for type- and resource-safety](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Introduction%20to%20type%20and%20resource%20safety.pdf).
22164 * <a name="SuttHysl04b"></a>
22165   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
22166 * <a name="SuttAlex05"></a>
22167   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
22168 * <a name="Sutter00"></a>
22169   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
22170 * <a name="Sutter02"></a>
22171   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
22172 * <a name="Sutter04"></a>
22173   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
22174 * <a name="Taligent94"></a>
22175   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).