Merge pull request #598 from tkruse/fix-bad-chars2
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
blob72bf0f10371880564dbeab7a0ac19c3180e4f72a
1 # <a name="main"></a>C++ Core Guidelines
3 April 23, 2016
5 Editors:
7 * [Bjarne Stroustrup](http://www.stroustrup.com)
8 * [Herb Sutter](http://herbsutter.com/)
10 This document is a very early draft. It is inkorrekt, incompleat, and pµÃoorly formatted.
11 Had it been an open source (code) project, this would have been release 0.6.
12 Copying, use, modification, and creation of derivative works from this project is licensed under an MIT-style license.
13 Contributing to this project requires agreeing to a Contributor License. See the accompanying [LICENSE](LICENSE) file for details.
14 We make this project available to "friendly users" to use, copy, modify, and derive from, hoping for constructive input.
16 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
17 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
18 When commenting, please note [the introduction](#S-introduction) that outlines our aims and general approach.
19 The list of contributors is [here](#SS-ack).
21 Problems:
23 * The sets of rules have not been thoroughly checked for completeness, consistency, or enforceability.
24 * Triple question marks (???) mark known missing information
25 * Update reference sections; many pre-C++11 sources are too old.
26 * For a more-or-less up-to-date to-do list see: [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
28 You can [read an explanation of the scope and structure of this Guide](#S-abstract) or just jump straight in:
30 * [In: Introduction](#S-introduction)
31 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
32 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
33 * [F: Functions](#S-functions)
34 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
35 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
36 * [R: Resource management](#S-resource)
37 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
38 * [PER: Performance](#S-performance)
39 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
40 * [E: Error handling](#S-errors)
41 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
42 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
43 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
44 * [SF: Source files](#S-source)
45 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
47 Supporting sections:
49 * [A: Architectural Ideas](#S-A)
50 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
51 * [RF: References](#S-references)
52 * [PRO: Profiles](#S-profile)
53 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
54 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
55 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
56 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
57 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
58 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
59 * [Glossary](#S-glossary)
60 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
62 or look at a specific language feature
64 * [assignment](#S-???)
65 * [`class`](#S-class)
66 * [constructor](#SS-ctor)
67 * [derived `class`](#SS-hier)
68 * [destructor](#SS-dtor)
69 * [exception](#S-errors)
70 * [`for`](#S-???)
71 * [`inline`](#S-class)
72 * [initialization](#S-???)
73 * [lambda expression](#SS-lambdas)
74 * [operator](#S-???)
75 * [`public`, `private`, and `protected`](#S-???)
76 * [`static_assert`](#S-???)
77 * [`struct`](#S-class)
78 * [`template`](#S-???)
79 * [`unsigned`](#S-???)
80 * [`virtual`](#SS-hier)
82 Definitions of terms used to express and discuss the rules, that are not language-technical, but refer to design and programming techniques
84 * error
85 * exception
86 * failure
87 * invariant
88 * leak
89 * precondition
90 * postcondition
91 * resource
92 * exception guarantee
94 # <a name="S-abstract"></a>Abstract
96 This document is a set of guidelines for using C++ well.
97 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
98 By "modern C++" we mean C++11 and C++14 (and soon C++17).
99 In other words, what would you like your code to look like in 5 years' time, given that you can start now? In 10 years' time?
101 The guidelines are focused on relatively higher-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
102 Such rules affect application architecture and library design.
103 Following the rules will lead to code that is statically type safe, has no resource leaks, and catches many more programming logic errors than is common in code today.
104 And it will run fast -- you can afford to do things right.
106 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
107 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
109 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
110 They may very well be too strict.
111 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
112 We also need more rules.
114 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
115 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
116 Please try to verify or disprove rules!
117 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
119 You will find some of the rules obvious or even trivial.
120 Please remember that one purpose of a guideline is to help someone who is less experienced or coming from a different background or language to get up to speed.
122 Many of the rules are designed to be supported by an analysis tool.
123 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
124 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
125 One way of thinking about these guidelines is as a specification for tools that happens to be readable by humans.
127 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
128 We plan to build tools for that and hope others will too.
130 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
131 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
133 # <a name="S-introduction"></a>In: Introduction
135 This is a set of core guidelines for modern C++, C++14, and taking likely future enhancements and taking ISO Technical Specifications (TSs) into account.
136 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
138 Introduction summary:
140 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
141 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
142 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
143 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
144 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
145 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
147 ## <a name="SS-readers"></a>In.target: Target readership
149 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
151 ## <a name="SS-aims"></a>In.aims: Aims
153 The purpose of this document is to help developers to adopt modern C++ (C++11, C++14, and soon C++17) and to achieve a more uniform style across code bases.
155 We do not suffer the delusion that every one of these rules can be effectively applied to every code base. Upgrading old systems is hard. However, we do believe that a program that uses a rule is less error-prone and more maintainable than one that does not. Often, rules also lead to faster/easier initial development.
156 As far as we can tell, these rules lead to code that performs as well or better than older, more conventional techniques; they are meant to follow the zero-overhead principle ("what you don't use, you don't pay for" or "when you use an abstraction mechanism appropriately, you get at least as good performance as if you had handcoded using lower-level language constructs").
157 Consider these rules ideals for new code, opportunities to exploit when working on older code, and try to approximate these ideas as closely as feasible.
158 Remember:
160 ### <a name="R0"></a>In.0: Don't panic!
162 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
164 These guidelines are designed according to the "subset of a superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
165 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
166 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
167 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
169 The rules emphasize static type safety and resource safety.
170 For that reason, they emphasize possibilities for range checking, for avoiding dereferencing `nullptr`, for avoiding dangling pointers, and the systematic use of exceptions (via RAII).
171 Partly to achieve that and partly to minimize obscure code as a source of errors, the rules also emphasize simplicity and the hiding of necessary complexity behind well-specified interfaces.
173 Many of the rules are prescriptive.
174 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
175 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
176 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
178 These guidelines address the core of C++ and its use.
179 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
180 For example, hard real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
181 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
182 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
184 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
186 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
187 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
188 However, when there are two ways of expressing an idea and one has shown itself a common source of errors and the other has not, we try to guide programmers towards the latter.
190 ## <a name="SS-non"></a>In.not: Non-aims
192 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
193 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
194 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
195 More specialized rules are often easier to understand and to enforce, but without general rules, they would just be a long list of special cases.
196 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
197 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
199 These rules are not meant to be read serially, like a book.
200 You can browse through them using the links.
201 However, their main intended use is to be targets for tools.
202 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
203 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
205 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
206 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
208 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
209 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
210 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
211 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to convert all of a large code base at once.
213 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
214 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
216 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
217 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
218 They are not meant to define a single "one true C++" language.
219 We value expressiveness and uncompromised performance.
221 The rules are not value-neutral.
222 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
223 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
225 The rules are not perfect.
226 A rule can do harm by prohibiting something that is useful in a given situation.
227 A rule can do harm by failing to prohibit something that enables a serious error in a given situation.
228 A rule can do a lot of harm by being vague, ambiguous, unenforcable, or by enabling every solution to a problem.
229 It is impossible to completely meet the "do no harm" criteria.
230 Instead, our aim is the less ambitious: "Do the most good for most programmers";
231 if you cannot live with a rule, object to it, ignore it, but don't water it down until it becomes meaningless.
233 ## <a name="SS-force"></a>In.force: Enforcement
235 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
236 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
237 But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
238 But different people have different needs.
239 But people don't like to read lots of rules.
240 But people can't remember many rules.
241 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
242 But arbitrary subsetting leads to chaos: We want guidelines that help a lot of people, make code more uniform, and strongly encourage people to modernize their code.
243 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
244 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
246 This adds up to quite a few dilemmas.
247 We try to resolve those using tools.
248 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
249 Enforcement might be by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
250 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow, inaccurate, and bore easily) and static checking.
251 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat".
252 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
253 A rule can be part of several profiles, or none.
254 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
256 * **type**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts/unions/varargs)
257 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
258 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
260 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
261 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.
263 Tools that implement these rules shall respect the following syntax to explicitly suppress a rule:
265     [[suppress(tag)]]
267 where "tag" is the anchor name of the item where the Enforcement rule appears (e.g., for C.134 it is "Rh-public"), the
268 name of a profile group-of-rules ("type", "bounds", or "lifetime"), or a specific rule in a profile ("type.4", or "bounds.2").
270 ## <a name="SS-struct"></a>In.struct: The structure of this document
272 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
274 * The rule itself -- e.g., **no naked `new`**
275 * A rule reference number -- e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
276   Since the major sections are not inherently ordered, we use a letter as the first part of a rule reference "number".
277   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
278 * **Reason**s (rationales) -- because programmers find it hard to follow rules they don't understand
279 * **Example**s -- because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
280 * **Alternative**s -- for "don't do this" rules
281 * **Exception**s -- we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
282 * **Enforcement** -- ideas about how the rule might be checked "mechanically"
283 * **See also**s -- references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
284 * **Note**s (comments) -- something that needs saying that doesn't fit the other classifications
285 * **Discussion** -- references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
287 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.
288 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
289 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
291 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
292 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
293 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
294 If you feel that a discussion is missing or incomplete, enter an [Issue](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/issues)
295 explaining your concerns and possibly a corresponding PR.
297 This is not a language manual.
298 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
299 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
301 ## <a name="SS-sec"></a>In.sec: Major sections
303 * [In: Introduction](#S-introduction)
304 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
305 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
306 * [F: Functions](#S-functions)
307 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
308 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
309 * [R: Resource management](#S-resource)
310 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
311 * [E: Error handling](#S-errors)
312 * [Con: Constants and immutability](#S-const)
313 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
314 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
315 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
316 * [SF: Source files](#S-source)
317 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
318 * [PRO: Profiles](#S-profile)
319 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
320 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
322 Supporting sections:
324 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
325 * [PER: Performance](#S-performance)
326 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
327 * [RF: References](#S-references)
328 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
329 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
330 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
331 * [Glossary](#S-glossary)
332 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
334 These sections are not orthogonal.
336 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.
337 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
339 # <a name="S-philosophy"></a>P: Philosophy
341 The rules in this section are very general.
343 Philosophy rules summary:
345 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
346 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-Cplusplus)
347 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
348 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
349 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
350 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
351 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
352 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
353 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
354 * [P.10: Prefer immutable data to mutable data](#Rp-mutable)
356 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
357 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
358 Without a philosophical basis the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
360 ### <a name="Rp-direct"></a>P.1: Express ideas directly in code
362 ##### Reason
364 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
365 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
367 ##### Example
369     class Date {
370         // ...
371     public:
372         Month month() const;  // do
373         int month();          // don't
374         // ...
375     };
377 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
378 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
380 ##### Example
382     void f(vector<string>& v)
383     {
384         string val;
385         cin >> val;
386         // ...
387         int index = -1;            // bad
388         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
389             if (v[i] == val) {
390                 index = i;
391                 break;
392             }
393         // ...
394     }
396 That loop is a restricted form of `std::find`.
397 A much clearer expression of intent would be:
399     void f(vector<string>& v)
400     {
401         string val;
402         cin >> val;
403         // ...
404         auto p = find(begin(v), end(v), val);  // better
405         // ...
406     }
408 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.
410 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
411 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
412 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
414 ##### Example
416     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
417     // ...
418     change_speed(2.3);
420 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
422     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
423     // ...
424     change_speed(2.3);        // error: no unit
425     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
427 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
428 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
430 ##### Enforcement
432 Very hard in general.
434 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
435 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
436 * detect code that mimics the standard library (hard)
438 ### <a name="Rp-Cplusplus"></a>P.2: Write in ISO Standard C++
440 ##### Reason
442 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
444 ##### Note
446 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
447 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.
449 Extensions often do not have rigorously defined semantics.  Even extensions that
450 are common and implemented by multiple compilers may have slightly different
451 behaviors and edge case behavior as a direct result of *not* having a rigorous
452 standard definition.  With sufficient use of any such extension, expected
453 portability will be impacted.
455 ##### Note
457 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.
458 In such cases, control their (dis)use with an extension of these Coding Guidelines customized to the specific environment.
460 ##### Enforcement
462 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++11 or C++14) with a set of options that do not accept extensions.
464 ### <a name="Rp-what"></a>P.3: Express intent
466 ##### Reason
468 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.
470 ##### Example
472     int i = 0;
473     while (i < v.size()) {
474         // ... do something with v[i] ...
475     }
477 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.
479 Better:
481     for (const auto& x : v) { /* do something with x */ }
483 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:
485     for (auto& x : v) { /* do something with x */ }
487 Sometimes better still, use a named algorithm:
489     for_each(v, [](int x) { /* do something with x */ });
490     for_each(parallel.v, [](int x) { /* do something with x */ });
492 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
494 A programmer should be familiar with
496 * [The guideline support library](#S-gsl)
497 * [The ISO C++ standard library](#S-stdlib)
498 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
500 ##### Note
502 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
504 ##### Note
506 Some language constructs express intent better than others.
508 ##### Example
510 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
512       drawline(int, int, int, int);  // obscure
513       drawline(Point, Point);        // clearer
515 ##### Enforcement
517 Look for common patterns for which there are better alternatives
519 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
520 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(span<T>)` interfaces
521 * loop variables in too large a scope
522 * naked `new` and `delete`
523 * functions with many arguments of built-in types
525 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
527 ### <a name="Rp-typesafe"></a>P.4: Ideally, a program should be statically type safe
529 ##### Reason
531 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
532 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
534 * unions
535 * casts
536 * array decay
537 * range errors
538 * narrowing conversions
540 ##### Note
542 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
543 We try to provide alternative techniques.
545 ##### Enforcement
547 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
548 Always suggest an alternative.
549 For example:
551 * unions -- use `variant`
552 * casts -- minimize their use; templates can help
553 * array decay -- use `span`
554 * range errors -- use `span`
555 * narrowing conversions -- minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` where they are necessary
557 ### <a name="Rp-compile-time"></a>P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
559 ##### Reason
561 Code clarity and performance. You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
563 ##### Example
565     void initializer(Int x)
566     // Int is an alias used for integers
567     {
568         static_assert(sizeof(Int) >= 4);    // do: compile-time check
570         int bits = 0;         // don't: avoidable code
571         for (int i = 1; i; i <<= 1)
572             ++bits;
573         if (bits < 32)
574             cerr << "Int too small\n";
576         // ...
577     }
579 ##### Example don't
581     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
583 ##### Example
585     void read(span<int> r); // read into the range of integers r
587 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
589 ##### Enforcement
591 * Look for pointer arguments.
592 * Look for run-time checks for range violations.
594 ### <a name="Rp-run-time"></a>P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
596 ##### Reason
598 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
600 ##### Note
602 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).
604 ##### Example, bad
606     // separately compiled, possibly dynamically loaded
607     extern void f(int* p);
609     void g(int n)
610     {
611         // bad: the number of elements is not passed to f()
612         f(new int[n]);
613     }
615 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.
617 ##### Example, bad
619 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
621     // separately compiled, possibly dynamically loaded
622     extern void f2(int* p, int n);
624     void g2(int n)
625     {
626         f2(new int[n], m);  // bad: a wrong number of elements can be passed to f()
627     }
629 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.
631 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
633 ##### Example, bad
635 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
637     // separately compiled, possibly dynamically loaded
638     // NB: this assumes the calling code is A BI-compatible, using a
639     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
640     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);
642     void g3(int n)
643     {
644         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
645     }
647 ##### Example
649 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
651     extern void f4(vector<int>&);   // separately compiled, possibly dynamically loaded
652     extern void f4(span<int>);      // separately compiled, possibly dynamically loaded
653                                     // NB: this assumes the calling code is ABI-compatible, using a
654                                     // compatible C++ compiler and the same stdlib implementation
656     void g3(int n)
657     {
658         vector<int> v(n);
659         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
660         f4(span<int>{v});          // pass a view, retain ownership
661     }
663 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.
665 ##### Example
667 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
669     vector<int> f5(int n)    // OK: move
670     {
671         vector<int> v(n);
672         // ... initialize v ...
673         return v;
674     }
676     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
677     {
678         auto p = make_unique<int[]>(n);
679         // ... initialize *p ...
680         return p;
681     }
683     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
684     {
685         owner<int*> p = new int[n];
686         // ... initialize *p ...
687         return p;
688     }
690 ##### Example
692 * ???
693 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
694   Or strings as "free-style" options
696 ##### Enforcement
698 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
699 * ???
701 ### <a name="Rp-early"></a>P.7: Catch run-time errors early
703 ##### Reason
705 Avoid "mysterious" crashes.
706 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
708 ##### Example
710     void increment1(int* p, int n)    // bad: error prone
711     {
712         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
713     }
715     void use1(int m)
716     {
717         const int n = 10;
718         int a[n] = {};
719         // ...
720         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
721                             // but assume that m == 20
722         // ...
723     }
725 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
726 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
727 Assuming that we could check subscripts for out of range access, the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
728 We could check earlier and improve the code:
730     void increment2(span<int> p)
731     {
732         for (int& x : p) ++x;
733     }
735     void use2(int m)
736     {
737         const int n = 10;
738         int a[n] = {};
739         // ...
740         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m <= n is supposed
741         // ...
742     }
744 Now, `m<=n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
745 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):
747     void use3(int m)
748     {
749         const int n = 10;
750         int a[n] = {};
751         // ...
752         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
753         // ...
754     }
756 ##### Example, bad
758 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
760     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
762     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
764     void user1(const string& date)    // manipulate date
765     {
766         auto d = extract_date(date);
767         // ...
768     }
770     void user2()
771     {
772         Date d = read_date(cin);
773         // ...
774         user1(d.to_string());
775         // ...
776     }
778 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
780 ##### Example
782 Excess checking can be costly.
783 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)`).
785     class Jet {    // Physics says: e * e < x * x + y * y + z * z
787         float x;
788         float y;
789         float z;
790         float e;
791     public:
792         Jet(float x, float y, float z, float e)
793             :x(x), y(y), z(z), e(e)
794         {
795             // Should I check here that the values are physically meaningful?
796         }
798         float m() const
799         {
800             // Should I handle the degenerate case here?
801             return sqrt(x * x + y * y + z * z - e * e);
802         }
804         ???
805     };
807 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.
811 ##### Enforcement
813 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early
814 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
815 * Look for unchecked values coming from input
816 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
817 * ???
819 ### <a name="Rp-leak"></a>P.8: Don't leak any resources
821 ##### Reason
823 Even a slow growth in resources will, over time, exhaust the availability of those resources.
824 This is particularly important for long-running programs, but is an essential piece of responsible programming behavior.
826 ##### Example, bad
828     void f(char* name)
829     {
830         FILE* input = fopen(name, "r");
831         // ...
832         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
833         // ...
834         fclose(input);
835     }
837 Prefer [RAII](#Rr-raii):
839     void f(char* name)
840     {
841         ifstream input {name};
842         // ...
843         if (something) return;   // OK: no leak
844         // ...
845     }
847 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
849 ##### Note
851 A leak is colloquially "anything that isn't cleaned up."  The more important
852 classification is "anything that can no longer be cleaned up."  For example,
853 allocating an object on the heap and then losing the last pointer that points to
854 that allocation.  This rule should not be taken as requiring that allocations
855 within long-lived objects must be returned during program shutdown.  (Although
856 if they can be cleanly and safely de-allocated, they should be.)
858 ##### Note
860 Enforcing [the lifetime profile](#In.force) eliminates leaks.
861 When combined with resource safety provided by [RAII](#Rr-raii), it eliminates the need for "garbage collection" (by generating no garbage).
862 Combine this with enforcement of [the type and bounds profiles](#In.force) and you get complete type- and resource-safety, guaranteed by tools.
864 ##### Enforcement
866 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
867   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
868   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
869 * Look for naked `new` and `delete`
870 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
872 ### <a name="Rp-waste"></a>P.9: Don't waste time or space
874 ##### Reason
876 This is C++.
878 ##### Note
880 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.
881 "Another benefit of striving for efficiency is that the process forces you to understand the problem in more depth." - Alex Stepanov
883 ##### Example, bad
885     struct X {
886         char ch;
887         int i;
888         string s;
889         char ch2;
891         X& operator=(const X& a);
892         X(const X&);
893     };
895     X waste(const char* p)
896     {
897         if (p == nullptr) throw Nullptr_error{};
898         int n = strlen(p);
899         auto buf = new char[n];
900         if (buf == nullptr) throw Allocation_error{};
901         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
902         // ... manipulate buffer ...
903         X x;
904         x.ch = 'a';
905         x.s = string(n);    // give x.s space for *ps
906         for (int i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];  // copy buf into x.s
907         delete buf;
908         return x;
909     }
911     void driver()
912     {
913         X x = waste("Typical argument");
914         // ...
915     }
917 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
918 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) bytes are wasted.
919 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow.
920 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
921 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
923 ##### Example, bad
925     void lower(zstring s)
926     {
927         for (int i = 0; i < strlen(s); ++s) s[i] = tolower(s[i]);
928     }
930 Yes, this is an example from production code.
931 We leave it to the reader to figure out what's wasted.
933 ##### Note
935 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
936 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
937 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.
938 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
940 ##### Enforcement
942 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
944 ### <a name="Rp-mutable"></a>P.10: Prefer immutable data to mutable data
946 ##### Reason
948 It is easier to reason about constants than about variables.
949 Something immutable cannot change unexpectedly.
950 Sometimes immutability enables better optimization.
951 You can't have a data race on a constant.
953 See [Con: Constants and Immutability](#S-const)
955 # <a name="S-interfaces"></a>I: Interfaces
957 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.
958 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.
960 Interface rule summary:
962 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
963 * [I.2: Avoid global variables](#Ri-global)
964 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
965 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
966 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
967 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
968 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
969 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
970 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
971 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required tasks](#Ri-except)
972 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)](#Ri-raw)
973 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
974 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
975 * [I.22: Avoid complex initialization of global objects](#Ri-global-init)
976 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
977 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
978 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
979 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
981 See also
983 * [F: Functions](#S-functions)
984 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
985 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
986 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
987 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
988 * [E: Error handling](#S-errors)
989 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
991 ### <a name="Ri-explicit"></a>I.1: Make interfaces explicit
993 ##### Reason
995 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
997 ##### Example, bad
999 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
1001     int rnd(double d)
1002     {
1003         return (rnd_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
1004     }
1006 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `rnd(7.2)` might give different results.
1008 **Exception**: Sometimes we control the details of a set of operations by an environment variable, e.g., normal vs. verbose output or debug vs. optimized.
1009 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
1011 ##### Example, bad
1013 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
1015     // don't: no test of printf's return value
1016     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s);
1018 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See I.??.
1020 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
1022 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local or implicit state.
1023 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
1025 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
1026 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
1028 ##### Enforcement
1030 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
1031 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
1033 ### <a name="Ri-global"></a>I.2 Avoid global variables
1035 ##### Reason
1037 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
1039 ##### Example
1041     struct Data {
1042         // ... lots of stuff ...
1043     } data;            // non-const data
1045     void compute()     // don't
1046     {
1047         // ... use data ...
1048     }
1050     void output()     // don't
1051     {
1052         // ... use data ...
1053     }
1055 Who else might modify `data`?
1057 ##### Note
1059 Global constants are useful.
1061 ##### Note
1063 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
1065 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope data) to avoid copying, consider passing the data as an object by reference to const.
1066 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
1068 **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.
1069 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
1071 ##### Note
1073 You cannot have a race condition on immutable data.
1075 **References**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
1077 ##### Enforcement
1079 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1081 ### <a name="Ri-singleton"></a>I.3: Avoid singletons
1083 ##### Reason
1085 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1087 ##### Example
1089     class Singleton {
1090         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1091         // that it is initialized properly, etc.
1092     };
1094 There are many variants of the singleton idea.
1095 That's part of the problem.
1097 ##### Note
1099 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1101 ##### Exception
1103 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1105     X& myX()
1106     {
1107         static X my_x {3};
1108         return my_x;
1109     }
1111 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1112 In a multi-threaded environment the initialization of the static object does not introduce a race condition
1113 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1115 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.
1117 ##### Enforcement
1119 Very hard in general.
1121 * Look for classes with names that include `singleton`.
1122 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1123 * 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.
1125 ### <a name="Ri-typed"></a>I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1127 ##### Reason
1129 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1130 Also, precisely typed code is often optimized better.
1132 ##### Example, don't
1134 Consider:
1136     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1138 Now the callee has to cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1139 Avoid `void*`, especially in interfaces.
1140 Consider using a `variant` or a pointer to base instead. (Future note: Consider a pointer to concept.)
1142 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or `T&`.
1144 ##### Example, bad
1146 Consider:
1148     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1150     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1152 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1153 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1154 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1156     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1157     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1159     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1160     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1162 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1163 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1165 ##### Example, bad
1167 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1169     void blink_led(int time_to_blink) // bad -- the unit is ambiguous
1170     {
1171         // ...
1172         // do something with time_to_blink
1173         // ...
1174     }
1176     void use()
1177     {
1178         blink_led(2);
1179     }
1181 ##### Example, good
1183 `std::chrono::duration` types introduced in C++11 helps making the unit of time duration explicit.
1185     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good -- the unit is explicit
1186     {
1187         // ...
1188         // do something with time_to_blink
1189         // ...
1190     }
1192     void use()
1193     {
1194         blink_led(1500ms);
1195     }
1197 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1199     template<class rep, class period>
1200     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good -- accepts any unit
1201     {
1202         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1203         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1204         // ...
1205         // do something with milliseconds_to_blink
1206         // ...
1207     }
1209     void use()
1210     {
1211         blink_led(2s);
1212         blink_led(1500ms);
1213     }
1215 ##### Enforcement
1217 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1218 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1220 ### <a name="Ri-pre"></a>I.5: State preconditions (if any)
1222 ##### Reason
1224 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1226 ##### Example
1228 Consider:
1230     double sqrt(double x);
1232 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1234     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1236 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1238     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1240 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).
1242 **References**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1244 ##### Note
1246 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p != nullptr);`. If that is infeasible, use English text in comments, such as
1247 `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1249 ##### Note
1251 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1252 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1253 We don't need to mention it for each member function.
1255 ##### Enforcement
1257 (Not enforceable)
1259 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1261 ### <a name="Ri-expects"></a>I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1263 ##### Reason
1265 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1267 ##### Example
1269     int area(int height, int width)
1270     {
1271         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1272         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1273         // ...
1274     }
1276 ##### Note
1278 Preconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`. 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?).
1280 ##### Note
1282 Preconditions should be part of the interface rather than part of the implementation, but we don't yet have the language facilities to do that.
1284 ##### Note
1286 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1288 ##### Enforcement
1290 (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.
1292 ### <a name="Ri-post"></a>I.7: State postconditions
1294 ##### Reason
1296 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1298 ##### Example, bad
1300 Consider:
1302     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1304 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1305 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.
1306 Overflow can happen.
1307 Consider using:
1309     int area(int height, int width)
1310     {
1311         auto res = height * width;
1312         Ensures(res > 0);
1313         return res;
1314     }
1316 ##### Example, bad
1318 Consider a famous security bug:
1320     void f()    // problematic
1321     {
1322         char buffer[MAX];
1323         // ...
1324         memset(buffer, 0, MAX);
1325     }
1327 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1329     void f()    // better
1330     {
1331         char buffer[MAX];
1332         // ...
1333         memset(buffer, 0, MAX);
1334         Ensures(buffer[0] == 0);
1335     }
1337 ##### Note
1339 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.
1341 ##### Note
1343 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.
1345 ##### Example
1347 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1349     mutex m;
1351     void manipulate(Record& r)    // don't
1352     {
1353         m.lock();
1354         // ... no m.unlock() ...
1355     }
1357 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.
1358 Stating the postcondition would have made it clear:
1360     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1361     {
1362         m.lock();
1363         // ... no m.unlock() ...
1364     }
1366 The bug is now obvious (but only to a human reading comments)
1368 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1370     void manipulate(Record& r)    // best
1371     {
1372         lock_guard<mutex> _ {m};
1373         // ...
1374     }
1376 ##### Note
1378 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1379 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1380 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1382 ##### Enforcement
1384 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check
1385 directly in the general case. Domain specific checkers (like lock-holding
1386 checkers) exist for many toolchains.
1388 ### <a name="Ri-ensures"></a>I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1390 ##### Reason
1392 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1394 ##### Example
1396     void f()
1397     {
1398         char buffer[MAX];
1399         // ...
1400         memset(buffer, 0, MAX);
1401         Ensures(buffer[0] == 0);
1402     }
1404 ##### Note
1406 Postconditions can be stated in many ways, including comments, `if`-statements, and `assert()`. This can make them hard to distinguish from ordinary code, hard to update, hard to manipulate by tools, and may have the wrong semantics.
1408 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1410 Ideally, that `Ensures` should be part of the interface, but that's not easily done. For now, we place it in the definition (function body).
1412 ##### Enforcement
1414 (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.
1416 ### <a name="Ri-concepts"></a>I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1418 ##### Reason
1420 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1422 ##### Example
1424 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1426     template<typename Iter, typename Val>
1427     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1428     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1429     {
1430         // ...
1431     }
1433 ##### Note
1435 Soon (maybe in 2016), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1437 **See also**: See [generic programming](#SS-GP) and [concepts](#SS-t-concepts).
1439 ##### Enforcement
1441 (Not enforceable yet) 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).
1443 ### <a name="Ri-except"></a>I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1445 ##### Reason
1447 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1448 This is a major source of errors.
1450 ##### Example
1452     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1454     template <class F, class ...Args>
1455     // good: throw system_error if unable to start the new thread
1456     explicit thread(F&& f, Args&&... args);
1458 ##### Note: What is an error?
1460 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1461 Calling code that ignores the error could lead to wrong results or undefined systems state.
1462 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1463 the server can refuse a connection for all kinds of reasons, so the natural thing is to return a result that the caller always has to check.
1464 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1466 **Exception**: 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.
1468 **Alternative**: 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:
1470     int val;
1471     int error_code;
1472     tie(val, error_code) = do_something();
1473     if (error_code == 0) {
1474         // ... handle the error or exit ...
1475     }
1476     // ... use val ...
1478 ##### Note
1480 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1482 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1483 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1484 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1485 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1487 **See also**: [I.5](#Ri-pre) and [I.7](#Ri-post) for reporting precondition and postcondition violations.
1489 ##### Enforcement
1491 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1492 * Look for `errno`.
1494 ### <a name="Ri-raw"></a>I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)
1496 ##### Reason
1498 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1500 ##### Example
1502 Consider:
1504     X* compute(args)    // don't
1505     {
1506         X* res = new X{};
1507         // ...
1508         return res;
1509     }
1511 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if compute returned a reference.
1512 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1514     vector<double> compute(args)  // good
1515     {
1516         vector<double> res(10000);
1517         // ...
1518         return res;
1519     }
1521 **Alternative**: Pass ownership using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1522 However that is less elegant and less efficient unless reference semantics are needed.
1524 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1525 In that case, mark owning pointers using `owner`:
1527     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1528     {
1529         owner<X*> res = new X{};
1530         // ...
1531         return res;
1532     }
1534 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1535 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1537 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1539 `owner` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1541 ##### Note
1543 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the
1544 caller, so that its lifetime is handled by the caller. Viewed another way:
1545 ownership transferring APIs are relatively rare compared to pointer-passing APIs,
1546 so the default is "no ownership transfer."
1548 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional) and [value return](#Rf-T-return).
1550 ##### Enforcement
1552 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner`.
1553 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1554 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
1556 ### <a name="Ri-nullptr"></a>I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1558 ##### Reason
1560 To help avoid dereferencing `nullptr` errors. To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1562 ##### Example
1564     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1566     length(nullptr);                      // OK?
1568     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1570     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1572 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.
1574 ##### Note
1576 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 `zstring` in preference to `const char*`.
1578     // we can assume that p cannot be nullptr
1579     // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1580     int length(not_null<zstring> p);
1582 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1584 ##### Enforcement
1586 * (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`.
1587 * (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`.
1589 ### <a name="Ri-array"></a>I.13: Do not pass an array as a single pointer
1591 ##### Reason
1593  (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.
1595 ##### Example
1597 Consider:
1599     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1601 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1602 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1603 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1605 ##### Alternative
1607 Consider using explicit spans:
1609     void copy(span<const T> r, span<T> r2); // copy r to r2
1611 ##### Example, bad
1613 Consider:
1615     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1616     Circle arr[10];
1617     // ...
1618     draw(arr, 10);
1620 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.
1622 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1624     void draw2(span<Circle>);
1625     Circle arr[10];
1626     // ...
1627     draw2(span<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1628     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1630     void draw3(span<Shape>);
1631     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to span<Shape>
1633 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 ???.
1635 **Exception**: Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings.
1636 But when doing so, use `string_span` from the [GSL](#GSL) to prevent range errors.
1638 ##### Enforcement
1640 * (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.
1641 * (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.
1643 ### <a name="Ri-global-init"></a>I.22: Avoid complex initialization of global objects
1645 ##### Reason
1647 Complex initialization can lead to undefined order of execution.
1649 ##### Example
1651     // file1.c
1653     extern const X x;
1655     const Y y = f(x);   // read x; write y
1657     // file2.c
1659     extern const Y y;
1661     const X x = g(y);   // read y; write x
1663 Since `x` and `y` are in different translation units the order of calls to `f()` and `g()` is undefined;
1664 one will access an uninitialized `const`.
1665 This particular example shows that the order-of-initialization problem for global (namespace scope) objects is not limited to global *variables*.
1667 ##### Note
1669 Order of initialization problems become particularly difficult to handle in concurrent code.
1670 It is usually best to avoid global (namespace scope) objects altogether.
1672 ##### Enforcement
1674 * Flag initializers of globals that call non-`constexpr` functions
1675 * Flag initializers of globals that access `extern` objects
1677 ### <a name="Ri-nargs"></a>I.23: Keep the number of function arguments low
1679 ##### Reason
1681 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1683 ##### Example
1685 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle
1687     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1688     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1689                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1690                          OutputIterator result, Compare comp);
1692 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1693 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1695     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1696     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1697                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1698                          OutputIterator result);
1700 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1701 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1703     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1704     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1706 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1708 ##### Note
1710 How many arguments are too many? Four arguments is a lot.
1711 There are functions that are best expressed with four individual arguments, but not many.
1713 **Alternative**: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1715 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1717 ##### Enforcement
1719 * Warn when a functions declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1720 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1722 ### <a name="Ri-unrelated"></a>I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1724 ##### Reason
1726 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1728 ##### Example, bad
1730 Consider:
1732     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1734 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1736 Use `const` for the "from" argument:
1738     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1740 ##### Example
1742 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1744     int max(int a, int b);
1746 ##### Alternative
1748 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., a `span`):
1750     void copy_n(span<const T> p, span<T> q);  // copy from p to q
1752 ##### Alternative
1754 Define a struct as the parameter type and name the fields for those parameters accordingly:
1756     struct SystemParams {
1757         string config_file;
1758         string output_path;
1759         seconds timeout;
1760     };
1761     void initialize(SystemParams p);
1763 This has a tendency to make invocations of this clear to future readers, as the parameters
1764 are often filled in by name at the call site.
1766 ##### Enforcement
1768 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1770 ### <a name="Ri-abstract"></a>I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1772 ##### Reason
1774 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1776 ##### Example, bad
1778 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1780     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1781     public:
1782         Point center() const { return c; }
1783         virtual void draw() const;
1784         virtual void rotate(int);
1785         // ...
1786     private:
1787         Point c;
1788         vector<Point> outline;
1789         Color col;
1790     };
1792 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:
1794     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
1795     public:
1796         virtual Point center() const = 0;   // pure virtual function
1797         virtual void draw() const = 0;
1798         virtual void rotate(int) = 0;
1799         // ...
1800         // ... no data members ...
1801     };
1803 ##### Enforcement
1805 (Simple) Warn if a pointer to a class `C` is assigned to a pointer to a base of `C` and the base class contains data members.
1807 ### <a name="Ri-abi"></a>I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
1809 ##### Reason
1811 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
1813 **Exception**: You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
1815 **Exception**: Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
1817 ##### Note
1819 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.
1821 ##### Enforcement
1823 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
1825 # <a name="S-functions"></a>F: Functions
1827 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.
1829 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.
1830 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
1832 Function rule summary:
1834 Function definition rules:
1836 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
1837 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
1838 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
1839 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
1840 * [F.5: If a function is very small and time-critical, declare it inline](#Rf-inline)
1841 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
1842 * [F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
1843 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
1845 Parameter passing expression rules:
1847 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
1848 * [F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`](#Rf-in)
1849 * [F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`](#Rf-inout)
1850 * [F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter](#Rf-consume)
1851 * [F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter](#Rf-forward)
1852 * [F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters](#Rf-out)
1853 * [F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct](#Rf-out-multi)
1854 * [F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option](#Rf-ptr-ref)
1856 Parameter passing semantic rules:
1858 * [F.22: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
1859 * [F.23: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
1860 * [F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
1861 * [F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
1862 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
1863 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
1865 Value return semantic rules:
1867 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
1868 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer to a local object](#Rf-dangle)
1869 * [F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
1870 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
1871 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
1872 * [F.47: Return `T&` from assignment operators.](#Rf-assignment-op)
1874 Other function rules:
1876 * [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)
1877 * [F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading](#Rf-default-args)
1878 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
1879 * [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)
1880 * [F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)](#Rf-this-capture)
1882 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
1884 ## <a name="SS-fct-def"></a>F.def: Function definitions
1886 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
1888 ### <a name="Rf-package"></a>F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
1890 ##### Reason
1892 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
1893 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
1895 ##### Example, don't
1897     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
1898     {
1899         int x;
1900         if (is >> x)
1901             cout << "the int is " << x << '\n';
1902         else
1903             cerr << "no int on input\n";
1904     }
1906 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
1907 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
1908 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
1909 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
1910 mess could become hard to understand.
1912 ##### Note
1914 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.
1916 ##### Example
1918     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); });
1920 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
1922     auto lessT = [](T x, T y) { return x.rank() < y.rank() && x.value() < y.value(); };
1924     sort(a, b, lessT);
1925     find_if(a, b, lessT);
1927 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
1929 **Exception**: Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
1930 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
1931 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
1932 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
1934 ##### Enforcement
1936 * See [Keep functions short](#Rf-single)
1937 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
1939 ### <a name="Rf-logical"></a>F.2: A function should perform a single logical operation
1941 ##### Reason
1943 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
1945 ##### Example
1947 Consider:
1949     void read_and_print()    // bad
1950     {
1951         int x;
1952         cin >> x;
1953         // check for errors
1954         cout << x << "\n";
1955     }
1957 This is a monolith that is tied to a specific input and will never find a another (different) use. Instead, break functions up into suitable logical parts and parameterize:
1959     int read(istream& is)    // better
1960     {
1961         int x;
1962         is >> x;
1963         // check for errors
1964         return x;
1965     }
1967     void print(ostream& os, int x)
1968     {
1969         os << x << "\n";
1970     }
1972 These can now be combined where needed:
1974     void read_and_print()
1975     {
1976         auto x = read(cin);
1977         print(cout, x);
1978     }
1980 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:
1982     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
1983     {
1984         input >> value;
1985         // check for errors
1986     };
1988     auto print(auto& output, const auto& value)
1989     {
1990         output << value << "\n";
1991     }
1993 ##### Enforcement
1995 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
1996 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
1997 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
1999 ### <a name="Rf-single"></a>F.3: Keep functions short and simple
2001 ##### Reason
2003 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
2004 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
2006 ##### Example
2008 Consider:
2010     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2011         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2012         // given the two mode flags.
2013     {
2015         double intermediate;
2016         if (flag1 > 0) {
2017             intermediate = func1(val);
2018             if (flag2 % 2)
2019                  intermediate = sqrt(intermediate);
2020         }
2021         else if (flag1 == -1) {
2022             intermediate = func1(-val);
2023             if (flag2 % 2)
2024                  intermediate = sqrt(-intermediate);
2025             flag1 = -flag1;
2026         }
2027         if (abs(flag2) > 10) {
2028             intermediate = func2(intermediate);
2029         }
2030         switch (flag2 / 10) {
2031             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171); break;
2032             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
2033             default: ;
2034         }
2035         return finalize(intermediate, 0.);
2036     }
2038 This is too complex (and also pretty long).
2039 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
2040 Yes, it breaks other rules also.
2042 We can refactor:
2044     double func1_muon(double val, int flag)
2045     {
2046         // ???
2047     }
2049     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
2050     {
2051         // ???
2052     }
2054     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
2055         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output,
2056         // given the two mode flags.
2057     {
2058         if (flag1 > 0)
2059             return func1_muon(val, flag2);
2060         if (flag1 == -1)
2061             // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
2062             return func1_tau(-val, flag1, flag2);
2063         return 0.;
2064     }
2066 ##### Note
2068 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
2069 One-to-five-line functions should be considered normal.
2071 ##### Note
2073 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
2074 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
2076 ##### Enforcement
2078 * Flag functions that do not "fit on a screen."
2079   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
2080 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
2081   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
2083 ### <a name="Rf-constexpr"></a>F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
2085 ##### Reason
2087  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
2089 ##### Example
2091 The (in)famous factorial:
2093     constexpr int fac(int n)
2094     {
2095         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables this to be used in Expects
2096         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
2097         int x = 1;
2098         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
2099         return x;
2100     }
2102 This is C++14. For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
2104 ##### Note
2106 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
2107 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.
2109     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y; }
2111     void test(int v)
2112     {
2113         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
2114         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
2115         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
2116         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
2117     }
2119 ##### Note
2121 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
2123     int dcount = 0;
2124     constexpr int double(int v)
2125     {
2126         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
2127         return v + v;
2128     }
2130 This is usually a very good thing.
2132 ##### Note
2134 Don't try to make all functions `constexpr`. Most computation is best done at run time.
2136 ##### Note
2138 Any API that may eventually depend on high-level runtime configuration or
2139 business logic should not be made `constexpr`. Such customization can not be
2140 evaluated by the compiler, and any `constexpr` functions that depend upon that
2141 API will have to be refactored or drop `constexpr`.
2143 ##### Enforcement
2145 Impossible and unnecessary.
2146 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
2148 ### <a name="Rf-inline"></a>F.5: If a function is very small and time-critical, declare it `inline`
2150 ##### Reason
2152 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2153 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2154 We are still waiting.
2155 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2157 ##### Example
2159     ???
2161 **Exception**: Do not put an `inline` function in what is meant to be a stable interface unless you are really sure that it will not change.
2162 An inline function is part of the ABI.
2164 ##### Note
2166 `constexpr` implies `inline`.
2168 ##### Note
2170 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2172 **Exception**: Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2174 ##### Enforcement
2176 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2177 To fix: Declare the function out of line. (NM: Certainly possible, but size-based metrics can be very annoying.)
2179 ### <a name="Rf-noexcept"></a>F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2181 ##### Reason
2183 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.
2185 ##### Example
2187 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2188 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2190 ##### Note
2192 `constexpr` functions cannot throw, so you don't need to use `noexcept` for those.
2194 ##### Example
2196 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2198     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2199     {
2200         vector<string> res;
2201         for (string s; is >> s;)
2202             res.push_back(s);
2203         return res;
2204     }
2206 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2207 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2208 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2210 ##### Note
2212 You must be aware of the execution environment that your code is running when
2213 deciding whether to tag a function `noexcept`, especially because of the issue
2214 of throwing and allocation.  Code that is intended to be perfectly general (like
2215 the standard library and other utility code of that sort) needs to support
2216 environments where a `bad_alloc` exception may be handled meaningfully.
2217 However, the majority of programs and execution environments cannot meaningfully
2218 handle a failure to allocate, and aborting the program is the cleanest and
2219 simplest response to an allocation failure in those cases.  If you know that
2220 your application code cannot respond to an allocation failure, it may be
2221 appropriate to add `noexcept` even on functions that allocate.
2223 Put another way: In most programs, most functions can throw (e.g., because they
2224 use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure
2225 by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place without
2226 considering whether the possible exceptions can be handled.
2228 `noexcept` is most useful (and most clearly correct) for frequently used,
2229 low-level functions.
2231 ##### Note
2233 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2235 ##### Enforcement
2237 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2238 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2240 ### <a name="Rf-smart"></a>F.7: For general use, take `T*` or `T&` arguments rather than smart pointers
2242 ##### Reason
2244 Passing a smart pointer transfers or shares ownership and should only be used when ownership semantics are intended (see [R.30](#Rr-smartptrparam)).
2245 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2246 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2248 ##### Example
2250     // accepts any int*
2251     void f(int*);
2253     // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2254     void g(unique_ptr<int>);
2256     // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2257     void g(shared_ptr<int>); 
2259     // doesn't change ownership, but requires a particular ownership of the caller
2260     void h(const unique_ptr<int>&);
2262     // accepts any int
2263     void h(int&);             
2265 ##### Example, bad
2267     // callee
2268     void f(shared_ptr<widget>& w)
2269     {
2270         // ...
2271         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
2272         // ...
2273     };
2275 See further in [R.30](#Rr-smartptrparam).
2277 ##### Note
2279 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2281 **See also**: [when to prefer `T*` and when to prefer `T&`](#Rf-ptr-ref).
2283 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2285 ##### Enforcement
2287 * Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable but never copied/moved from in the function body or else movable but never moved from in the function body or by being a by-value parameter, 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.
2289 ### <a name="Rf-pure"></a>F.8: Prefer pure functions
2291 ##### Reason
2293 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2295 ##### Example
2297     template<class T>
2298     auto square(T t) { return t * t; }
2300 ##### Note
2302 `constexpr` functions are pure.
2304 ##### Enforcement
2306 Not possible.
2308 ## <a name="SS-call"></a>F.call: Parameter passing
2310 There are a variety of ways to pass parameters to a function and to return values.
2312 ### <a name="Rf-conventional"></a>F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2314 ##### Reason
2316 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2317 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.
2319 The following tables summarize the advice in the following Guidelines, F.16-21.
2321 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2323 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2325 ### <a name="Rf-in"></a>F.16: For "in" parameters, pass cheaply-copied types by value and others by reference to `const`
2327 ##### Reason
2329 Both let the caller know that a function will not modify the argument, and both allow initialization by rvalues.
2331 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2332 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 reference to access from the function.
2334 ##### Example
2336     void f1(const string& s);  // OK: pass by reference to const; always cheap
2338     void f2(string s);         // bad: potentially expensive
2340     void f3(int x);            // OK: Unbeatable
2342     void f4(const int& x);     // bad: overhead on access in f4()
2344 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2346 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`. See [F.18](#Rf-consume).
2347 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` (for lvalues),
2348   add an overload that passes the parameter by `&&` (for rvalues) and in the body `std::move`s it to its destination. Essentially this overloads a "consume"; see [F.18](#Rf-consume).
2349 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. See [F.19](#Rf-forward).
2351 ##### Example
2353     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2355     // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2356     string& concatenate(string&, const string& suffix);
2358     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2360 Avoid "esoteric techniques" such as:
2362 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency".
2363   Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2364 * Returning `const T&` from assignments and similar operations (see [F.47](#Rf-assignment-op).)
2366 ##### Example
2368 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`):
2370     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2371     {
2372         Matrix res;
2373         // ... fill res with the sum ...
2374         return res;
2375     }
2377     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2379     y = m3 + m3;         // move assignment
2381 ##### Notes
2383 The return value optimization doesn't handle the assignment case, but the move assignment does.
2385 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2386 There is no (legitimate) "null reference."
2387 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2389 ##### Enforcement
2391 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2392   Suggest using a reference to `const` instead.
2393 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2394 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference is `move`d.
2396 ### <a name="Rf-inout"></a>F.17: For "in-out" parameters, pass by reference to non-`const`
2398 ##### Reason
2400 This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2402 ##### Example
2404     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2406 ##### Note
2408 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2409 Thus `T&` could be an in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2411     void f(string& s)
2412     {
2413         s = "New York";  // non-obvious error
2414     }
2416     void g()
2417     {
2418         string buffer = ".................................";
2419         f(buffer);
2420         // ...
2421     }
2423 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).
2424 If the writer of `g()` makes an assumption about the size of `buffer` a bad logic error can happen.
2426 ##### Enforcement
2428 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions with reference to non-`const` parameters that do *not* write to them.
2429 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a non-`const` parameter being passed by reference is `move`d.
2431 ### <a name="Rf-consume"></a>F.18: For "consume" parameters, pass by `X&&` and `std::move` the parameter
2433 ##### Reason
2435 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.
2437 ##### Example
2439     void sink(vector<int>&& v) {   // sink takes ownership of whatever the argument owned
2440         // usually there might be const accesses of v here
2441         store_somewhere(std::move(v));
2442         // usually no more use of v here; it is moved-from
2443     }
2445 ##### Exception
2447 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.
2449 For example:
2451     void sink(std::unique_ptr<T> p) {
2452         // use p ... possibly std::move(p) onward somewhere else
2453     }   // p gets destroyed
2455 ##### Enforcement
2457 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) where the function body uses them without `std::move`.
2458 * Flag access to moved-from objects.
2459 * Don't conditionally move from objects
2461 ### <a name="Rf-forward"></a>F.19: For "forward" parameters, pass by `TP&&` and only `std::forward` the parameter
2463 ##### Reason
2465 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.
2467 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.
2469 ##### Example
2471     template <class F, class... Args>
2472     inline auto invoke(F f, Args&&... args) {
2473         return f(forward<Args>(args)...);
2474     }
2476     ??? calls ???
2478 ##### Enforcement
2480 * 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.
2482 ### <a name="Rf-out"></a>F.20: For "out" output values, prefer return values to output parameters
2484 ##### Reason
2486 A return value is self-documenting, whereas a `&` could be either in-out or out-only and is liable to be misused.
2488 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2490 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-out-multi) or similar multi-member type.
2492 ##### Example
2494     // OK: return pointers to elements with the value x
2495     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);
2497     // Bad: place pointers to elements with value x in out
2498     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);
2500 ##### Note
2502 A struct of many (individually cheap-to-move) elements may be in aggregate expensive to move.
2504 It is not recommended to return a `const` value. Such older advice is now obsolete; it does not add value, and it interferes with move semantics.
2506     ??? example ???
2508 ##### Exceptions
2510 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2511 * 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).
2512 * In the special case of allowing a caller 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 instead and pass by `&`. This is one use of the more generally named "caller-allocated out" pattern.
2514 ##### Example
2516     struct Package {      // exceptional case: expensive-to-move object
2517         char header[16];
2518         char load[2024 - 16];
2519     };
2521     Package fill();       // Bad: large return value
2522     void fill(Package&);  // OK
2524     int val();            // OK
2525     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2527 ##### Enforcement
2529 * 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.
2530 * Flag returning a `const` value. To fix: Remove `const` to return a non-`const` value instead.
2532 ### <a name="Rf-out-multi"></a>F.21: To return multiple "out" values, prefer returning a tuple or struct
2534 ##### Reason
2536 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2537 And yes, C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`, with the extra convenience of `tie` at the call site.
2539 ##### Example
2541     // BAD: output-only parameter documented in a comment
2542     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data)
2543     {
2544         // ...
2545         output_data = something();
2546         return status;
2547     }
2549     // GOOD: self-documenting
2550     tuple<int, string> f(const string& input)
2551     {
2552         // ...
2553         return make_tuple(status, something());
2554     }
2556 In fact, C++98's standard library already used this convenient feature, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2557 For example, given a `set<string> myset`, consider:
2559     // C++98
2560     result = myset.insert("Hello");
2561     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2563 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2565     Sometype iter;                                // default initialize if we haven't already
2566     Someothertype success;                        // used these variables for some other purpose
2568     tie(iter, success) = myset.insert("Hello");   // normal return value
2569     if (success) do_something_with(iter);
2571 With C++17 we may be able to write something like this, also declaring the variables:
2573     auto { iter, success } = myset.insert("Hello");
2574     if (success) do_something_with(iter);
2576 **Exception**: For types like `string` and `vector` that carry additional capacity, it can sometimes be useful to treat it as in/out instead by using the "caller-allocated out" pattern,
2577 which is to pass an output-only object by reference to non-`const` so that when the callee writes to it the object can reuse any capacity or other resources that it already contains.
2578 This technique can dramatically reduce the number of allocations in a loop that repeatedly calls other functions to get string values, by using a single string object for the entire loop.
2580     ??? example ???
2582 ##### Note
2584 In some cases it may be useful to return a specific, user-defined `Value_or_error` type along the lines of `variant<T, error_code>`, rather than using the generic `tuple`.
2586 ##### Enforcement
2588 * Output parameters should be replaced by return values.
2589   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2591 ### <a name="Rf-ptr"></a>F.22: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2593 ##### Reason
2595 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2597 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2598 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2599 * Hold the `nullptr`
2600 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2601 * Identify an array with a length specified separately
2602 * Identify a location in an array
2604 ##### Example
2606     void use(int* p, char* s, int* q)
2607     {
2608             // Bad: we don't know if p points to two elements; assume it does not or
2609             // use span<int>
2610             *++p = 666;
2612             // Bad: we don't know if that s points to a zero-terminated array of char;
2613             // assume it does not or use zstring
2614             cout << s;
2616             // Bad: we don't know if *q is allocated on the free store; assume it does
2617             // not or use owner
2618             delete q;
2619     }
2621 ##### Note
2623 `owner<T*>` represents ownership, `zstring` represents a C-style string.
2625 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2627 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2629 ##### Enforcement
2631 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2633 ### <a name="Rf-nullptr"></a>F.23: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2635 ##### Reason
2637 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.
2638 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`.
2640 ##### Example
2642 `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2643 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2645 Consider:
2647     int length(Record* p);
2649 When I call `length(p)` should I test for `p == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2651     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2652     int length(not_null<Record*> p);
2654     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2655     int length(Record* p);
2657 ##### Note
2659 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).
2661 ##### Note
2663 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2665 ##### Enforcement
2667 * (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.
2668 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
2669 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
2671 ### <a name="Rf-range"></a>F.24: Use a `span<T>` or a `span_p<T>` to designate a half-open sequence
2673 ##### Reason
2675 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
2677 ##### Example
2679     X* find(span<X> r, const X& v);    // find v in r
2681     vector<X> vec;
2682     // ...
2683     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
2685 ##### Note
2687 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure.
2688 In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array \[`p`:`p+n`),
2689 it is in general impossible to know if there really are `n` elements to access following `*p`.
2690 `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.
2692 ##### Example
2694 A `span` represents a range of elements, but how do we manipulate elements of that range?
2696     void f(span<int> s)
2697     {
2698         // range traversal (guaranteed correct)
2699         for (int x : s) cout << x << '\n';
2701         // C-style traversal (potentially checked)
2702         for (int i = 0; i < s.size(); ++i) cout << s[i] << '\n';
2704         // random access (potentially checked)
2705         s[7] = 9;
2707         // extract pointers (potentially checked)
2708         std::sort(&s[0], &s[s.size() / 2]);
2709     }
2711 ##### Note
2713 A `span<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
2715 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.
2717 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2719 ##### Enforcement
2721 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `span` instead.
2723 ### <a name="Rf-string"></a>F.25: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
2725 ##### Reason
2727 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
2728 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
2730 ##### Example
2732 Consider:
2734     int length(const char* p);
2736 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2738     // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2739     int length(zstring p);
2741     // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2742     int length(not_null<zstring> p);
2744 ##### Note
2746 `zstring` do not represent ownership.
2748 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2750 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a>F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
2752 ##### Reason
2754 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
2756 ##### Example
2758     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
2759     {
2760         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
2761         switch (kind) {
2762         case kCircle:
2763             return make_unique<Circle>(is);
2764         case kTriangle:
2765             return make_unique<Triangle>(is);
2766         // ...
2767         }
2768     }
2770 ##### Note
2772 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).
2774 ##### Enforcement
2776 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
2778 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a>F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
2780 ##### Reason
2782 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
2784 ##### Example
2786     shared_ptr<const Image> im { read_image(somewhere) };
2788     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
2789     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
2790     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
2791     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
2793     // detach threads
2794     // last thread to finish deletes the image
2796 ##### Note
2798 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
2799 `shared_ptr` is for shared ownership.
2801 Note that pervasive use of `shared_ptr` has a cost (atomic operations on the `shared_ptr`'s reference count have a measurable aggregate cost).
2803 ##### Alternative
2805 Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
2807 ##### Enforcement
2809 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
2811 ### <a name="Rf-ptr-ref"></a>F.60: Prefer `T*` over `T&` when "no argument" is a valid option
2813 ##### Reason
2815 A pointer (`T*`) can be a `nullptr` and a reference (`T&`) cannot, there is no valid "null reference".
2816 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.
2818 ##### Example
2820     string zstring_to_string(zstring p) // zstring is a char*; that is a C-style string
2821     {
2822         if (p == nullptr) return string{};    // p might be nullptr; remember to check
2823         return string{p};
2824     }
2826     void print(const vector<int>& r)
2827     {
2828         // r refers to a vector<int>; no check needed
2829     }
2831 ##### Note
2833 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;`).
2834 That error is very uncommon.
2836 ##### Note
2838 If you prefer the pointer notation (`->` and/or `*` vs. `.`), `not_null<T*>` provides the same guarantee as `T&`.
2840 ##### Enforcement
2842 * Flag ???
2844 ### <a name="Rf-return-ptr"></a>F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
2846 ##### Reason
2848 That's what pointers are good for.
2849 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
2851 ##### Example
2853     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
2854     {
2855         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
2856         if ((auto p = find(t->left, s))) return p;
2857         if ((auto p = find(t->right, s))) return p;
2858         return nullptr;
2859     }
2861 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
2862 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
2864 ##### Note
2866 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
2867 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](???).
2869 ##### Note
2871 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope; see [F.43](#Rf-dangle).
2873 ##### Example, bad
2875     int* f()
2876     {
2877         int x = 7;
2878         // ...
2879         return &x;  // Bad: returns pointer to object that is about to be destroyed
2880     }
2882 This applies to references as well:
2884     int& f()
2885     {
2886         int x = 7;
2887         // ...
2888         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
2889     }
2891 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
2893 ##### Enforcement
2895 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
2897 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
2898 * Static analysis can catch many common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
2900 ### <a name="Rf-dangle"></a>F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer to a local object
2902 ##### Reason
2904 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
2906 ##### Example, bad
2908 After the return from a function its local objects no longer exist:
2910     int* f()
2911     {
2912         int fx = 9;
2913         return &fx;  // BAD
2914     }
2916     void g(int* p)   // looks innocent enough
2917     {
2918         int gx;
2919         cout << "*p == " << *p << '\n';
2920         *p = 999;
2921         cout << "gx == " << gx << '\n';
2922     }
2924     void h()
2925     {
2926         int* p = f();
2927         int z = *p;  // read from abandoned stack frame (bad)
2928         g(p);        // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
2929     }
2931 Here on one popular implementation I got the output:
2933     *p == 999
2934     gx == 999
2936 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`.
2938 Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
2939 Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
2940 Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
2941 Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
2943 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
2945 ##### Note
2947 You can construct similar examples using references.
2949 ##### Note
2951 This applies only to non-`static` local variables.
2952 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
2954 ##### Example, bad
2956 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
2958     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
2960     template<class T>
2961     void steal(T x)
2962     {
2963         glob = x();  // BAD
2964     }
2966     void f()
2967     {
2968         int i = 99;
2969         steal([&] { return &i; });
2970     }
2972     int main()
2973     {
2974         f();
2975         cout << *glob << '\n';
2976     }
2978 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
2979 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
2981 ##### Note
2983 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.
2985 ##### Note
2987 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
2988 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
2990 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
2991 It can be detected/prevented with similar techniques.
2993 ##### Enforcement
2995 Preventable through static analysis.
2997 ### <a name="Rf-return-ref"></a>F.44: Return a `T&` when copy is undesirable and "returning no object" isn't needed
2999 ##### Reason
3001 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
3003 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
3004 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
3006 ##### Example
3008     class car
3009     {
3010         array<wheel, 4> w;
3011         // ...
3012     public:
3013         wheel& get_wheel(size_t i) { Expects(i < 4); return w[i]; }
3014         // ...
3015     };
3017     void use()
3018     {
3019         car c;
3020         wheel& w0 = c.get_wheel(0); // w0 has the same lifetime as c
3021     }
3023 ##### Enforcement
3025 Flag functions where no `return` expression could yield `nullptr`
3027 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a>F.45: Don't return a `T&&`
3029 ##### Reason
3031 It's asking to return a reference to a destroyed temporary object. A `&&` is a magnet for temporary objects. This is fine when the reference to the temporary is being passed "downward" to a callee, because the temporary is guaranteed to outlive the function call. (See [F.24](#Rf-pass-ref-ref) and [F.25](#Rf-pass-ref-move).) However, it's not fine when passing such a reference "upward" to a larger caller scope. See also ???.
3033 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&&`).
3035 ##### Example, bad
3037 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
3039     template<class F>
3040     auto&& wrapper(F f)
3041     {
3042         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3043         return f();
3044     }
3046 ##### Example, good
3048 Better:
3050     template<class F>
3051     auto wrapper(F f)
3052     {
3053         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
3054         return f();
3055     }
3057 **Exception**: `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 `&&`.
3059 ##### Enforcement
3061 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
3063 ### <a name="Rf-main"></a>F.46: `int` is the return type for `main()`
3065 ##### Reason
3067 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
3068 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
3070 ##### Example
3072         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
3074         int main()
3075         {
3076             std::cout << "This is the way to do it\n";
3077         }
3079 ##### Note
3081 We mention this only because of the persistence of this error in the community.
3083 ##### Enforcement
3085 * The compiler should do it
3086 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
3088 ### <a name="Rf-assignment-op"></a>F.47: Return `T&` from assignment operators
3090 ##### Reason
3092 The convention for operator overloads (especially on value types) is for
3093 `operator=(const T&)` to perform the assignment and then return (non-const)
3094 `*this`.  This ensures consistency with standard library types and follows the
3095 principle of "do as the ints do."
3097 ##### Note
3099 Historically there was some guidance to make the assignment operator return `const T&`.
3100 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.
3102 ##### Example
3104         class Foo
3105         {
3106          public:
3107             ...
3108             Foo& operator=(const Foo& rhs) {
3109               // Copy members.
3110               ...
3111               return *this;
3112             }
3113         };
3115 ##### Enforcement
3117 This should be enforced by tooling by checking the return type (and return
3118 value) of any assignment operator.
3120 ### <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)
3122 ##### Reason
3124 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.
3126 ##### Example
3128     // writing a function that should only take an int or a string
3129     // -- overloading is natural
3130     void f(int);
3131     void f(const string&);
3133     // writing a function object that needs to capture local state and appear
3134     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
3135     vector<work> v = lots_of_work();
3136     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
3137         pool.run([=, &v]{
3138             /*
3139             ...
3140             ... process 1 / max - th of v, the tasknum - th chunk
3141             ...
3142             */
3143         });
3144     }
3145     pool.join();
3147 **Exception**: 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.
3149 ##### Enforcement
3151 * 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.
3153 ### <a name="Rf-default-args"></a>F.51: Where there is a choice, prefer default arguments over overloading
3155 ##### Reason
3157 Default arguments simply provides alternative interfaces to a single implementation.
3158 There is no guarantee that a set of overloaded functions all implement the same semantics.
3159 The use of default arguments can avoid code replication.
3161 ##### Note
3163 There is a choice between using default argument and overloading when the alternatives are from a set of arguments of the same types.
3164 For example:
3166     void print(const string& s, format f = {});
3168 as opposed to
3170     void print(const string& s);  // use default format
3171     void print(const string& s, format f);
3173 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:
3175     void print(const char&);
3176     void print(int);
3177     void print(zstring);
3179 ##### See also
3181     [Default arguments for virtual functions](#Rf-virtual-default-arg}
3183 ##### Enforcement
3185     ???
3187 ### <a name="Rf-reference-capture"></a>F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
3189 ##### Reason
3191 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.
3193 ##### Example
3195 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.
3197     void send_packets(buffers& bufs)
3198     {
3199         stage encryptor([] (buffer& b){ encrypt(b); });
3200         stage compressor([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
3201         stage decorator([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
3202         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
3203     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
3205 ##### Enforcement
3209 ### <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
3211 ##### Reason
3213 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.
3215 ##### Example, bad
3217     {
3218         int local = 42;
3220         // Want a reference to local.
3221         // Note, that after program exits this scope,
3222         // local no longer exists, therefore
3223         // process() call will have undefined behavior!
3224         thread_pool.queue_work([&]{ process(local); });
3225     }
3227 ##### Example, good
3229     {
3230         int local = 42;
3231         // Want a copy of local.
3232         // Since a copy of local is made, it will be
3233         // available at all times for the call.
3234         thread_pool.queue_work([=]{ process(local); });
3235     }
3237 ##### Enforcement
3239 * (Simple) Warn when capture-list contains a reference to a locally declared variable
3240 * (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
3242 ### <a name="Rf-this-capture"></a>F.54: If you capture `this`, capture all variables explicitly (no default capture)
3244 ##### Reason
3246 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.
3248 ##### Example
3250     class myclass {
3251         int x = 0;
3252         // ...
3254         void f() {
3255             int i = 0;
3256             // ...
3258             auto lambda = [=]{ use(i, x); };   // BAD: "looks like" copy/value capture
3259             // [&] has identical semantics and copies the this pointer under the current rules
3260             // [=,this] and [&,this] are not much better, and confusing
3262             x = 42;
3263             lambda(); // calls use(42);
3264             x = 43;
3265             lambda(); // calls use(43);
3267             // ...
3269             auto lambda2 = [i, this]{ use(i, x); }; // ok, most explicit and least confusing
3271             // ...
3272         }
3273     };
3275 ##### Note
3277 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.
3279 ##### Enforcement
3281 * Flag any lambda capture-list that specifies a default capture and also captures `this` (whether explicitly or via default capture)
3283 # <a name="S-class"></a>C: Classes and Class Hierarchies
3285 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
3286 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
3288 Class rule summary:
3290 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
3291 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
3292 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
3293 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
3294 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
3295 * [C.7: Don't define a class or enum and declare a variable of its type in the same statement](#Rc-standalone)
3296 * [C.8: use `class` rather that `struct` if any member is non-public](#Rc-class)
3297 * [C.9: minimize exposure of members](#Rc-private)
3299 Subsections:
3301 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
3302 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#S-ctor)
3303 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
3304 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
3305 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
3306 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
3307 * [C.union: Unions](#SS-union)
3309 ### <a name="Rc-org"></a>C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
3311 ##### Reason
3313 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
3315 ##### Example
3317     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
3318     void draw(Point from, Point to);          // better
3320 ##### Note
3322 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
3324 ##### Note
3326 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
3328 ##### Enforcement
3330 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
3332 ### <a name="Rc-struct"></a>C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
3334 ##### Reason
3336 Readability.
3337 Ease of comprehension.
3338 The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
3339 This is a useful convention.
3341 ##### Note
3343 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
3344 After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object.
3345 An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
3347 If all data members can vary independently of each other, no invariant is possible.
3349 ##### Example
3351     struct Pair {  // the members can vary independently
3352         string name;
3353         int volume;
3354     };
3356 but:
3358     class Date {
3359     public:
3360         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3361         Date(int yy, Month mm, char dd);
3362         // ...
3363     private:
3364         int y;
3365         Month m;
3366         char d;    // day
3367         Date(int yy, Month mm, char dd);
3368     };
3370 ##### Note
3372 If a class has any `private` data, a user cannot completely initialize an object without the use of a constructor.
3373 Hence, the class definer will provide a constructor and must specify its meaning.
3374 This effectively means the definer need to define an invariant.
3376 * See also [define a class with private data as `class`](#Rc-class).
3377 * See also [Prefer to place the interface first in a class](#Rl-order).
3378 * See also [minimize exposure of members](#Rc-private).
3379 * See also [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
3381 ##### Enforcement
3383 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3385 ### <a name="Rc-interface"></a>C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3387 ##### Reason
3389 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3391 ##### Example
3393     class Date {
3394         // ... some representation ...
3395     public:
3396         Date();
3397         // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3398         Date(int yy, Month mm, char dd);
3400         int day() const;
3401         Month month() const;
3402         // ...
3403     };
3405 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3407 ##### Note
3409 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3410 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.
3411 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3412 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3414 ##### Enforcement
3418 ### <a name="Rc-member"></a>C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3420 ##### Reason
3422 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.
3424 ##### Example
3426     class Date {
3427         // ... relatively small interface ...
3428     };
3430     // helper functions:
3431     Date next_weekday(Date);
3432     bool operator==(Date, Date);
3434 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3436 ##### Note
3438 This rule becomes even better if C++17 gets "uniform function call." ???
3440 ##### Enforcement
3442 Look for member function that do not touch data members directly.
3443 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3445 ### <a name="Rc-helper"></a>C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3447 ##### Reason
3449 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.
3450 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.
3452 ##### Example
3454     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3456         class Time { /* ... */ };
3457         class Date { /* ... */ };
3459         // helper functions:
3460         bool operator==(Date, Date);
3461         Date next_weekday(Date);
3462         // ...
3463     }
3465 ##### Note
3467 This is especially important for [overloaded operators](#Ro-namespace).
3469 ##### Enforcement
3471 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3473 ### <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
3475 ##### Reason
3477 Mixing a type definition and the definition of another entity in the same declaration is confusing and unnecessary.
3479 ##### Example; bad
3481     struct Data { /*...*/ } data{ /*...*/ };
3483 ##### Example; good
3485     struct Data { /*...*/ };
3486     Data data{ /*...*/ };
3488 ##### Enforcement
3490 * Flag if the `}` of a class or enumeration definition is not followed by a `;`. The `;` is missing.
3492 ### <a name="Rc-class"></a>C.8: use `class` rather that `struct` if any member is non-public
3494 ##### Reason
3496 Readability.
3497 To make it clear that something is being hidden/abstracted.
3498 This is a useful convention.
3500 ##### Example, bad
3502     struct Date {
3503         int d, m;
3505         Date(int i, Month m);
3506         // ... lots of functions ...
3507     private:
3508         int y;  // year
3509     };
3511 There is nothing wrong with this code as far as the C++ language rules are concerned,
3512 but nearly everything is wrong from a design perspective.
3513 The private data is hidden far from the public data.
3514 The data is split in different parts of the class declaration.
3515 Different parts of the data has difference access.
3516 All of this decreases readability and complicates maintenance.
3518 ##### Note
3520 Prefer to place the interface first in a class [see](#Rl-order).
3522 ##### Enforcement
3524 Flag classes declared with `struct` if there is a `private` or `public` member.
3526 ### <a name="Rc-private"></a>C.9: minimize exposure of members
3528 ##### Reason
3530 Encapsulation.
3531 Information hiding.
3532 Minimize the chance of untended access.
3533 This simplifies maintenance.
3535 ##### Example
3537     ???
3539 ##### Note
3541 Prefer the order `public` members before `protected` members before `private` members [see](#Rl-order).
3543 ##### Enforcement
3547 ## <a name="SS-concrete"></a>C.concrete: Concrete types
3549 One ideal for a class is to be a regular type.
3550 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3551 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.
3552 If a concrete type has both `=` and `==`, `a=b` should result in `a == b` being `true`.
3553 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3554 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3555 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types uses as part of a hierarchy.
3557 Concrete type rule summary:
3559 * [C.10: Prefer a concrete type over more complicated classes](#Rc-concrete)
3560 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3562 ### <a name="Rc-concrete"></a>C.10 Prefer a concrete type over more complicated classes
3564 ##### Reason
3566 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3567 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3568 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3570 ##### Example
3572     class Point1 {
3573         int x, y;
3574         // ... operations ...
3575         // ... no virtual functions ...
3576     };
3578     class Point2 {
3579         int x, y;
3580         // ... operations, some virtual ...
3581         virtual ~Point2();
3582     };
3584     void use()
3585     {
3586         Point1 p11 {1, 2};   // make an object on the stack
3587         Point1 p12 {p11};    // a copy
3589         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3590         auto p22 = p21.clone();                 // make a copy
3591         // ...
3592     }
3594 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.
3595 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3597 ##### Note
3599 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3601 ##### Note
3603 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3604 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3605 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3606 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.
3608 ##### Enforcement
3612 ### <a name="Rc-regular"></a>C.11: Make concrete types regular
3614 ##### Reason
3616 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3618 ##### Example
3620     struct Bundle {
3621         string name;
3622         vector<Record> vr;
3623     };
3625     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b)
3626     {
3627         return a.name == b.name && a.vr == b.vr;
3628     }
3630     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3631     Bundle b2 = b1;
3632     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3633     b2.name = "the other bundle";
3634     if (b1 == b2) error("No!");
3636 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a=b` implies `a == b`.
3638 ##### Enforcement
3642 ## <a name="S-ctor"></a>C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
3644 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
3645 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
3647 These are *default operations*:
3649 * a default constructor: `X()`
3650 * a copy constructor: `X(const X&)`
3651 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
3652 * a move constructor: `X(X&&)`
3653 * a move assignment: `operator=(X&&)`
3654 * a destructor: `~X()`
3656 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
3658 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
3659 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
3661 Set of default operations rules:
3663 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
3664 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
3665 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
3667 Destructor rules:
3669 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
3670 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
3671 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
3672 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
3673 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
3674 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
3675 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
3676 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
3678 Constructor rules:
3680 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
3681 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
3682 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
3683 * [C.43: Ensure that a class has a default constructor](#Rc-default0)
3684 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
3685 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
3686 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
3687 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
3688 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
3689 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
3690 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
3691 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
3692 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
3694 Copy and move rules:
3696 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
3697 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
3698 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
3699 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
3700 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
3701 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
3702 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
3703 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
3705 Other default operations rules:
3707 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-default)
3708 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-delete)
3709 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
3710 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
3711 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
3712 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
3713 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
3714 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
3715 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
3717 ## <a name="SS-defop"></a>C.defop: Default Operations
3719 By default, the language supply the default operations with their default semantics.
3720 However, a programmer can disable or replace these defaults.
3722 ### <a name="Rc-zero"></a>C.20: If you can avoid defining default operations, do
3724 ##### Reason
3726 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
3728 ##### Example
3730     struct Named_map {
3731     public:
3732         // ... no default operations declared ...
3733     private:
3734         string name;
3735         map<int, int> rep;
3736     };
3738     Named_map nm;        // default construct
3739     Named_map nm2 {nm};  // copy construct
3741 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
3743 ##### Note
3745 This is known as "the rule of zero".
3747 ##### Enforcement
3749 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
3750 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`.
3752 ### <a name="Rc-five"></a>C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
3754 ##### Reason
3756 The semantics of the special functions are closely related, so if one needs to be non-default, the odds are that others need modification too.
3758 ##### Example, bad
3760     struct M2 {   // bad: incomplete set of default operations
3761     public:
3762         // ...
3763         // ... no copy or move operations ...
3764         ~M2() { delete[] rep; }
3765     private:
3766         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
3767     };
3769     void use()
3770     {
3771         M2 x;
3772         M2 y;
3773         // ...
3774         x = y;   // the default assignment
3775         // ...
3776     }
3778 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).
3780 ##### Note
3782 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
3784 ##### Note
3786 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.
3787 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
3789 ##### Note
3791 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
3793 ##### Note
3795 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
3797 ##### Enforcement
3799 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
3801 ### <a name="Rc-matched"></a>C.22: Make default operations consistent
3803 ##### Reason
3805 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
3806 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.
3808 ##### Example, bad
3810     class Silly {   // BAD: Inconsistent copy operations
3811         class Impl {
3812             // ...
3813         };
3814         shared_ptr<Impl> p;
3815     public:
3816         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
3817         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
3818         // ...
3819     };
3821 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
3823 ##### Enforcement
3825 * (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.
3826 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
3827 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
3828 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
3830 ## <a name="SS-dtor"></a>C.dtor: Destructors
3832 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
3833 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);
3834 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
3835 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five)).
3837 ### <a name="Rc-dtor"></a>C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
3839 ##### Reason
3841 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
3842 If the default destructor is sufficient, use it.
3843 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
3845 ##### Example
3847     template<typename A>
3848     struct final_action {   // slightly simplified
3849         A act;
3850         final_action(A a) :act{a} {}
3851         ~final_action() { act(); }
3852     };
3854     template<typename A>
3855     final_action<A> finally(A act)   // deduce action type
3856     {
3857         return final_action<A>{act};
3858     }
3860     void test()
3861     {
3862         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
3863         // ...
3864         if (something) return;   // act done here
3865         // ...
3866     } // act done here
3868 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
3870 ##### Note
3872 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
3874 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
3875 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
3877 ##### Example, bad
3879     class Foo {   // bad; use the default destructor
3880     public:
3881         // ...
3882         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
3883     private:
3884         string s;
3885         int i;
3886         vector<int> vi;
3887     };
3889 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
3891 ##### Note
3893 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
3895 ##### Enforcement
3897 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
3899 ### <a name="Rc-dtor-release"></a>C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
3901 ##### Reason
3903 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
3905 ##### Note
3907 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
3909 ##### Example
3911     class X {
3912         ifstream f;   // may own a file
3913         // ... no default operations defined or =deleted ...
3914     };
3916 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
3918 ##### Example, bad
3920     class X2 {     // bad
3921         FILE* f;   // may own a file
3922         // ... no default operations defined or =deleted ...
3923     };
3925 `X2` may leak a file handle.
3927 ##### Note
3929 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
3930 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
3931 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
3932 See [discussion](#Sd-never-fail).
3933 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
3934 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
3935 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
3937 ##### Note
3939 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
3940 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
3941 For example:
3943     Preprocessor pp { /* ... */ };
3944     Parser p { pp, /* ... */ };
3945     Type_checker tc { p, /* ... */ };
3947 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
3949 ##### Enforcement
3951 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
3952   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
3953 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
3954   (e.g., look into the constructors).
3956 ### <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
3958 ##### Reason
3960 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
3962 ##### Example
3964     ???
3966 ##### Note
3968 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
3969 This will aide documentation and analysis.
3971 ##### Enforcement
3973 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
3975 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a>C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
3977 ##### Reason
3979 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
3981 ##### Example
3983 A pointer member may represent a resource.
3984 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
3985 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
3987     template<typename T>
3988     class Smart_ptr {
3989         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
3990         // ...
3991     public:
3992         // ... no user-defined default operations ...
3993     };
3995     void use(Smart_ptr<int> p1)
3996     {
3997         // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
3998         auto p2 = p1;
3999     }
4001 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
4003     template<typename T>
4004     class Smart_ptr2 {
4005         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
4006         // ...
4007     public:
4008         // ... no user-defined copy operations ...
4009         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
4010     };
4012     void use(Smart_ptr<int> p1)
4013     {
4014         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4015     }
4017 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:
4019     template<typename T>
4020     class Smart_ptr3 {
4021         owner<T>* p;   // OK: explicit about ownership of *p
4022         // ...
4023     public:
4024         // ...
4025         // ... copy and move operations ...
4026         ~Smart_ptr3() { delete p; }
4027     };
4029     void use(Smart_ptr3<int> p1)
4030     {
4031         auto p2 = p1;   // error: double deletion
4032     }
4034 ##### Note
4036 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.
4038 ##### Note
4040 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
4041 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
4043 ##### Enforcement
4045 * A class with a pointer data member is suspect.
4046 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
4048 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a>C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
4050 ##### Reason
4052 A reference member may represent a resource.
4053 It should not do so, but in older code, that's common.
4054 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
4055 Also, copying may lead to slicing.
4057 ##### Example, bad
4059     class Handle {  // Very suspect
4060         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4061                     // BAD: vague about ownership of *p
4062         // ...
4063     public:
4064         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4065         // ...
4066     };
4068 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
4069 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
4071 ##### Example
4073     class Handle {        // OK
4074         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
4075         // ...
4076     public:
4077         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
4078         ~Handle() { delete &s; }
4079         // ...
4080     };
4082 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
4084     // the Handle had better own the Circle or we have a leak
4085     Handle x {*new Circle{p1, 17}};
4087     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
4088     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
4090 That `x=y` is highly suspect.
4091 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
4092 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
4094 ##### Note
4096 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
4097 Changing from references to smart pointers implies code changes.
4098 We don't (yet) have smart references.
4099 Also, that may affect ABIs.
4101 ##### Enforcement
4103 * A class with a reference data member is suspect.
4104 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
4106 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a>C.35: A base class destructor should be either public and virtual, or protected and nonvirtual
4108 ##### Reason
4110 To prevent undefined behavior.
4111 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.
4112 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.
4113 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
4115 ##### Discussion
4117 See [this in the Discussion section](#Sd-dtor).
4119 ##### Example, bad
4121     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
4122         virtual f();
4123     };
4125     struct D : Base {
4126         string s {"a resource needing cleanup"};
4127         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
4128         // ...
4129     };
4131     void use()
4132     {
4133         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
4134         // ...
4135     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
4137 ##### Note
4139 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
4140 If the interface allows destroying, it should be safe to do so.
4142 ##### Note
4144 A destructor must be nonprivate or it will prevent using the type :
4146     class X {
4147         ~X();   // private destructor
4148         // ...
4149     };
4151     void use()
4152     {
4153         X a;                        // error: cannot destroy
4154         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
4155     }
4157 ##### Exception
4159 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.
4161 ##### Enforcement
4163 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
4165 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a>C.36: A destructor may not fail
4167 ##### Reason
4169 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
4170 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
4172 ##### Example
4174     class X {
4175     public:
4176         ~X() noexcept;
4177         // ...
4178     };
4180     X::~X() noexcept
4181     {
4182         // ...
4183         if (cannot_release_a_resource) terminate();
4184         // ...
4185     }
4187 ##### Note
4189 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
4190 None have succeeded to come up with a general scheme.
4191 This can be a real practical problem: For example, what about a socket that won't close?
4192 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
4193 See [discussion](#Sd-dtor).
4194 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
4195 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
4197 ##### Note
4199 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
4201 ##### Note
4203 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
4204 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
4205 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
4206 Consider the "my connection will not close" example.
4207 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.
4208 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
4210 ##### Note
4212 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
4213 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
4215 ##### Enforcement
4217 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4219 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a>C.37: Make destructors `noexcept`
4221 ##### Reason
4223  [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.
4225 ##### Note
4227 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.
4229 ##### Enforcement
4231 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
4233 ## <a name="SS-ctor"></a>C.ctor: Constructors
4235 A constructor defines how an object is initialized (constructed).
4237 ### <a name="Rc-ctor"></a>C.40: Define a constructor if a class has an invariant
4239 ##### Reason
4241 That's what constructors are for.
4243 ##### Example
4245     class Date {  // a Date represents a valid date
4246                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
4247         Date(int dd, int mm, int yy)
4248             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
4249         {
4250             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
4251         }
4252         // ...
4253     private:
4254         int d, m, y;
4255     };
4257 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensures` on the constructor.
4259 ##### Note
4261 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
4263     struct Rec {
4264         string s;
4265         int i {0};
4266         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
4267         Rec(int ii) :i{ii} {}
4268     };
4270     Rec r1 {7};
4271     Rec r2 {"Foo bar"};
4273 ##### Note
4275 The C++11 initializer list rule eliminates the need for many constructors. For example:
4277     struct Rec2{
4278         string s;
4279         int i;
4280         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}   // redundant
4281     };
4283     Rec r1 {"Foo", 7};
4284     Rec r2 {"Bar"};
4286 The `Rec2` constructor is redundant.
4287 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4289 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
4291 ##### Enforcement
4293 * Flag classes with user-defined copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
4295 ### <a name="Rc-complete"></a>C.41: A constructor should create a fully initialized object
4297 ##### Reason
4299 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
4301 ##### Example, bad
4303     class X1 {
4304         FILE* f;   // call init() before any other function
4305         // ...
4306     public:
4307         X1() {}
4308         void init();   // initialize f
4309         void read();   // read from f
4310         // ...
4311     };
4313     void f()
4314     {
4315         X1 file;
4316         file.read();   // crash or bad read!
4317         // ...
4318         file.init();   // too late
4319         // ...
4320     }
4322 Compilers do not read comments.
4324 **Exception**: If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor [use a factory function](#Rc-factory).
4326 ##### Note
4328 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
4329 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisition Is Initialization").
4331 ### <a name="Rc-throw"></a>C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
4333 ##### Reason
4335 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
4337 ##### Example
4339     class X2 {
4340         FILE* f;   // call init() before any other function
4341         // ...
4342     public:
4343         X2(const string& name)
4344             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
4345         {
4346             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
4347             // ...
4348         }
4350         void read();      // read from f
4351         // ...
4352     };
4354     void f()
4355     {
4356         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
4357         file.read();      // fine
4358         // ...
4359     }
4361 ##### Example, bad
4363     class X3 {     // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
4364         FILE* f;   // call init() before any other function
4365         bool valid;
4366         // ...
4367     public:
4368         X3(const string& name)
4369             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
4370         {
4371             if (f) valid = true;
4372             // ...
4373         }
4375         void is_valid() { return valid; }
4376         void read();   // read from f
4377         // ...
4378     };
4380     void f()
4381     {
4382         X3 file {"Heraclides"};
4383         file.read();   // crash or bad read!
4384         // ...
4385         if (is_valid()) {
4386             file.read();
4387             // ...
4388         }
4389         else {
4390             // ... handle error ...
4391         }
4392         // ...
4393     }
4395 ##### Note
4397 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.
4398 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
4400 **Exception**: 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.
4401 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
4403 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
4404 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
4406 ##### Note
4408 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
4409 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
4410 Another reason is been to delay initialization until an object is needed; the solution to that is often [not to declare a variable until it can be properly initialized](#Res-init)
4412 ##### Enforcement
4414 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4415 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
4417 ### <a name="Rc-default0"></a>C.43: Ensure that a class has a default constructor
4419 ##### Reason
4421 Many language and library facilities rely on default constructors to initialize their elements, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)`.
4423 ##### Example , bad
4425     class Date { // BAD: no default constructor
4426     public:
4427         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4428         // ...
4429     };
4431     vector<Date> vd1(1000);   // default Date needed here
4432     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});   // alternative
4434 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.
4436 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.
4437 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's `NaN`.
4438 However, most realistic `Date` classes have a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
4440 ##### Example
4442     class Date {
4443     public:
4444         Date(int dd, int mm, int yyyy);
4445         Date() = default; // See also C.45
4446         // ...
4447     private:
4448         int dd = 1;
4449         int mm = 1;
4450         int yyyy = 1970;
4451         // ...
4452     };
4454     vector<Date> vd1(1000);
4456 ##### Note
4458 A class with members that all have default constructors implicitly gets a default constructor:
4460     struct X {
4461         string s;
4462         vector v;
4463     };
4465     X x; // means X{{}, {}}; that is the empty string and the empty vector
4467 Beware that built-in types are not properly default constructed:
4469     struct X {
4470        string s;
4471        int i;
4472     };
4474     void f()
4475     {
4476        X x;    // x.s is initialized to the empty string; x.i is uninitialized
4478        cout << x.s << ' ' << x.i << '\n';
4479        ++x.i;
4480     }
4482 Statically allocated objects of built-in types are by default initialized to `0`, but local built-in variables are not.
4483 Beware that your compiler may default initialize local built-in variables, whereas an optimized build will not.
4484 Thus, code like the example above may appear to work, but it relies on undefined behavior.
4485 Assuming that you want initialization, an explicit default initialization can help:
4487     struct X {
4488        string s;
4489        int i {};   // default initialize (to 0)
4490     };
4492 ##### Enforcement
4494 * Flag classes without a default constructor
4496 ### <a name="Rc-default00"></a>C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
4498 ##### Reason
4500 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
4502 ##### Example, problematic
4504     template<typename T>
4505     // elem points to space-elem element allocated using new
4506     class Vector0 {
4507     public:
4508         Vector0() :Vector0{0} {}
4509         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4510         // ...
4511     private:
4512         own<T*> elem;
4513         T* space;
4514         T* last;
4515     };
4517 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4518 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4519 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4521 ##### Example
4523     template<typename T>
4524     // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4525     class Vector1 {
4526     public:
4527         // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4528         Vector1() noexcept {}
4529         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4530         // ...
4531     private:
4532         own<T*> elem = nullptr;
4533         T* space = nullptr;
4534         T* last = nullptr;
4535     };
4537 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4538 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4540 ##### Enforcement
4542 * Flag throwing default constructors
4544 ### <a name="Rc-default"></a>C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4546 ##### Reason
4548 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4550 ##### Example, bad
4552     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4553         string s;
4554         int i;
4555     public:
4556         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4557         // ...
4558     };
4560 ##### Example
4562     class X2 {
4563         string s = "default";
4564         int i = 1;
4565     public:
4566         // use compiler-generated default constructor
4567         // ...
4568     };
4570 ##### Enforcement
4572 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4574 ### <a name="Rc-explicit"></a>C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4576 ##### Reason
4578 To avoid unintended conversions.
4580 ##### Example, bad
4582     class String {
4583         // ...
4584     public:
4585         String(int);   // BAD
4586         // ...
4587     };
4589     String s = 10;   // surprise: string of size 10
4591 ##### Exception
4593 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4595     class Complex {
4596         // ...
4597     public:
4598         Complex(double d);   // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4599         // ...
4600     };
4602     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4604 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4606 ##### Enforcement
4608 (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".
4610 ### <a name="Rc-order"></a>C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4612 ##### Reason
4614 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4616 ##### Example, bad
4618     class Foo {
4619         int m1;
4620         int m2;
4621     public:
4622         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }   // BAD: misleading initializer order
4623         // ...
4624     };
4626     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4628 ##### Enforcement
4630 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4632 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4634 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a>C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
4636 ##### Reason
4638 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.
4640 ##### Example, bad
4642     class X {   // BAD
4643         int i;
4644         string s;
4645         int j;
4646     public:
4647         X() :i{666}, s{"qqq"} { }   // j is uninitialized
4648         X(int ii) :i{ii} {}         // s is "" and j is uninitialized
4649         // ...
4650     };
4652 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.
4654 ##### Example
4656     class X2 {
4657         int i {666};
4658         string s {"qqq"};
4659         int j {0};
4660     public:
4661         X2() = default;        // all members are initialized to their defaults
4662         X2(int ii) :i{ii} {}   // s and j initialized to their defaults
4663         // ...
4664     };
4666 **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:
4668     class X3 {   // BAD: inexplicit, argument passing overhead
4669         int i;
4670         string s;
4671         int j;
4672     public:
4673         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
4674             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }   // all members are initialized to their defaults
4675         // ...
4676     };
4678 ##### Enforcement
4680 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4681 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
4683 ### <a name="Rc-initialize"></a>C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
4685 ##### Reason
4687 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
4689 ##### Example, good
4691     class A {   // Good
4692         string s1;
4693     public:
4694         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
4695         // ...
4696     };
4698 ##### Example, bad
4700     class B {   // BAD
4701         string s1;
4702     public:
4703         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
4704         // ...
4705     };
4707     class C {   // UGLY, aka very bad
4708         int* p;
4709     public:
4710         C() { cout << *p; p = new int{10}; }   // accidental use before initialized
4711         // ...
4712     };
4714 ### <a name="Rc-factory"></a>C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
4716 ##### Reason
4718 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.
4720 ##### Example, bad
4722     class B {
4723     public:
4724         B()
4725         {
4726             // ...
4727             f();   // BAD: virtual call in constructor
4728             // ...
4729         }
4731         virtual void f() = 0;
4733         // ...
4734     };
4736 ##### Example
4738     class B {
4739     protected:
4740         B() { /* ... */ }              // create an imperfectly initialized object
4742         virtual void PostInitialize()  // to be called right after construction
4743         {
4744             // ...
4745             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
4746             // ...
4747         }
4749     public:
4750         virtual void f() = 0;
4752         template<class T>
4753         static shared_ptr<T> Create()  // interface for creating objects
4754         {
4755             auto p = make_shared<T>();
4756             p->PostInitialize();
4757             return p;
4758         }
4759     };
4761     class D : public B { /* ... */ };            // some derived class
4763     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();  // creating a D object
4765 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
4766 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
4768 ##### Note
4770 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
4772 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
4774 ### <a name="Rc-delegating"></a>C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
4776 ##### Reason
4778 To avoid repetition and accidental differences.
4780 ##### Example, bad
4782     class Date {   // BAD: repetitive
4783         int d;
4784         Month m;
4785         int y;
4786     public:
4787         Date(int ii, Month mm, year yy)
4788             :i{ii}, m{mm} y{yy}
4789             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4791         Date(int ii, Month mm)
4792             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
4793             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4794         // ...
4795     };
4797 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
4799 ##### Example
4801     class Date2 {
4802         int d;
4803         Month m;
4804         int y;
4805     public:
4806         Date2(int ii, Month mm, year yy)
4807             :i{ii}, m{mm} y{yy}
4808             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4810         Date2(int ii, Month mm)
4811             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
4812         // ...
4813     };
4815 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4817 ##### Enforcement
4819 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
4821 ### <a name="Rc-inheriting"></a>C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
4823 ##### Reason
4825 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
4827 ##### Example
4829 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
4831     class Rec {
4832         // ... data and lots of nice constructors ...
4833     };
4835     class Oper : public Rec {
4836         using Rec::Rec;
4837         // ... no data members ...
4838         // ... lots of nice utility functions ...
4839     };
4841 ##### Example, bad
4843     struct Rec2 : public Rec {
4844         int x;
4845         using Rec::Rec;
4846     };
4848     Rec2 r {"foo", 7};
4849     int val = r.x;   // uninitialized
4851 ##### Enforcement
4853 Make sure that every member of the derived class is initialized.
4855 ## <a name="SS-copy"></a>C.copy: Copy and move
4857 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
4858 Resource handles may or may not be copyable.
4859 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
4861 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a>C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
4863 ##### Reason
4865 It is simple and efficient. If you want to optimize for rvalues, provide an overload that takes a `&&` (see [F.24](#Rf-pass-ref-ref)).
4867 ##### Example
4869     class Foo {
4870     public:
4871         Foo& operator=(const Foo& x)
4872         {
4873             // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
4874             auto tmp = x;
4875             std::swap(*this, tmp);
4876             return *this;
4877         }
4878         // ...
4879     };
4881     Foo a;
4882     Foo b;
4883     Foo f();
4885     a = b;    // assign lvalue: copy
4886     a = f();  // assign rvalue: potentially move
4888 ##### Note
4890 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
4892 ##### Example
4894 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:
4896     template<typename T>
4897     class Vector {
4898     public:
4899         Vector& operator=(const Vector&);
4900         // ...
4901     private:
4902         T* elem;
4903         int sz;
4904     };
4906     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
4907     {
4908         if (a.sz > sz) {
4909             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
4910             return *this
4911         }
4912         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
4913         if (a.sz < sz) {
4914             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
4915         }
4916         return *this;
4917     }
4919 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#???) rather than the strong guarantee offered by the `swap` technique. Beware of [self assignment](#Rc-copy-self).
4921 **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&)`.
4922 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
4924 ##### Enforcement
4926 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
4927 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
4928 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
4929   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
4931 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a>C.61: A copy operation should copy
4933 ##### Reason
4935 That is the generally assumed semantics. After `x=y`, we should have `x == y`.
4936 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).
4938 ##### Example
4940     class X {   // OK: value semantics
4941     public:
4942         X();
4943         X(const X&);     // copy X
4944         void modify();   // change the value of X
4945         // ...
4946         ~X() { delete[] p; }
4947     private:
4948         T* p;
4949         int sz;
4950     };
4952     bool operator==(const X& a, const X& b)
4953     {
4954         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
4955     }
4957     X::X(const X& a)
4958         :p{new T[a.sz]}, sz{a.sz}
4959     {
4960         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
4961     }
4963     X x;
4964     X y = x;
4965     if (x != y) throw Bad{};
4966     x.modify();
4967     if (x == y) throw Bad{};   // assume value semantics
4969 ##### Example
4971     class X2 {  // OK: pointer semantics
4972     public:
4973         X2();
4974         X2(const X&) = default; // shallow copy
4975         ~X2() = default;
4976         void modify();          // change the value of X
4977         // ...
4978     private:
4979         T* p;
4980         int sz;
4981     };
4983     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
4984     {
4985         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
4986     }
4988     X2 x;
4989     X2 y = x;
4990     if (x != y) throw Bad{};
4991     x.modify();
4992     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
4994 ##### Note
4996 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.
4998 ##### Enforcement
5000 (Not enforceable)
5002 ### <a name="Rc-copy-self"></a>C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
5004 ##### Reason
5006 If `x=x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
5008 ##### Example
5010 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
5012     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
5013     v = v;
5014     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
5016 ##### Note
5018 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
5020     struct Bar {
5021         vector<pair<int, int>> v;
5022         map<string, int> m;
5023         string s;
5024     };
5026     Bar b;
5027     // ...
5028     b = b;   // correct and efficient
5030 ##### Note
5032 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)).
5034     class Foo {
5035         string s;
5036         int i;
5037     public:
5038         Foo& operator=(const Foo& a);
5039         // ...
5040     };
5042     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
5043     {
5044         if (this == &a) return *this;
5045         s = a.s;
5046         i = a.i;
5047         return *this;
5048     }
5050 This is obviously safe and apparently efficient.
5051 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
5052 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).
5053 Consider:
5055     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
5056     {
5057         s = a.s;
5058         i = a.i;
5059         return *this;
5060     }
5062 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
5064 ##### Enforcement
5066 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
5068 ### <a name="Rc-move-assignment"></a>C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
5070 ##### Reason
5072 It is simple and efficient.
5074 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5076 ##### Enforcement
5078 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
5080 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
5081 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
5082 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
5084 ### <a name="Rc-move-semantic"></a>C.64: A move operation should move and leave its source in valid state
5086 ##### Reason
5088 That is the generally assumed semantics. After `x=std::move(y)` the value of `x` should be the value `y` had and `y` should be in a valid state.
5090 ##### Example
5092     template<typename T>
5093     class X {   // OK: value semantics
5094     public:
5095         X();
5096         X(X&& a);          // move X
5097         void modify();     // change the value of X
5098         // ...
5099         ~X() { delete[] p; }
5100     private:
5101         T* p;
5102         int sz;
5103     };
5106     X::X(X&& a)
5107         :p{a.p}, sz{a.sz}  // steal representation
5108     {
5109         a.p = nullptr;     // set to "empty"
5110         a.sz = 0;
5111     }
5113     void use()
5114     {
5115         X x{};
5116         // ...
5117         X y = std::move(x);
5118         x = X{};   // OK
5119     } // OK: x can be destroyed
5121 ##### Note
5123 Ideally, that moved-from should be the default value of the type. Ensure that unless there is an exceptionally good reason not to. However, not all types have a default value and for some types establishing the default value can be expensive. The standard requires only that the moved-from object can be destroyed.
5124 Often, we can easily and cheaply do better: The standard library assumes that it it possible to assign to a moved-from object. Always leave the moved-from object in some (necessarily specified) valid state.
5126 ##### Note
5128 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
5130 ##### Enforcement
5132 (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.
5134 ### <a name="Rc-move-self"></a>C.65: Make move assignment safe for self-assignment
5136 ##### Reason
5138 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.
5140 ##### Example
5142     class Foo {
5143         string s;
5144         int i;
5145     public:
5146         Foo& operator=(Foo&& a);
5147         // ...
5148     };
5150     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
5151     {
5152         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
5153         s = std::move(a.s);
5154         i = a.i;
5155         return *this;
5156     }
5158 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.
5160 ##### Note
5162 There is no know general way of avoiding a `if (this == &a) return *this;` test for a move assignment and still get a correct answer (i.e., after `x=x` the value of `x` is unchanged).
5164 ##### Note
5166 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.
5168 ##### Example
5170 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
5172     // move from other.ptr to this->ptr
5173     T* temp = other.ptr;
5174     other.ptr = nullptr;
5175     delete ptr;
5176     ptr = temp;
5178 ##### Enforcement
5180 * (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.
5181 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
5183 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a>C.66: Make move operations `noexcept`
5185 ##### Reason
5187 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
5188 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
5190 ##### Example
5192     template<typename T>
5193     class Vector {
5194         // ...
5195         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5196         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
5197         // ...
5198     public:
5199         T* elem;
5200         int sz;
5201     };
5203 These copy operations do not throw.
5205 ##### Example, bad
5207     template<typename T>
5208     class Vector2 {
5209         // ...
5210         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }             // just use the copy
5211         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
5212         // ...
5213     public:
5214         T* elem;
5215         int sz;
5216     };
5218 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
5220 ##### Enforcement
5222 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
5224 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a>C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
5226 ##### Reason
5228 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
5230 ##### Example, bad
5232     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
5233         int data;
5234         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
5235     };
5237     class D : public B {
5238         string moredata; // add a data member
5239         // ...
5240     };
5242     auto d = make_unique<D>();
5244     // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.moredata
5245     auto b = make_unique<B>(d);
5247 ##### Example
5249     class B { // GOOD: base class suppresses copying
5250         B(const B&) = delete;
5251         B& operator=(const B&) = delete;
5252         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
5253         // ...
5254     };
5256     class D : public B {
5257         string moredata; // add a data member
5258         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
5259         // ...
5260     };
5262     auto d = make_unique<D>();
5263     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
5265 ##### Note
5267 It's good to return a smart pointer, but unlike with raw pointers the return type cannot be covariant (for example, `D::clone` can't return a `unique_ptr<D>`. Don't let this tempt you into returning an owning raw pointer; this is a minor drawback compared to the major robustness benefit delivered by the owning smart pointer.
5269 ##### Exceptions
5271 If you need covariant return types, return an `owner<derived*>`. See [C.130](#Rh-copy).
5273 ##### Enforcement
5275 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
5277 ## C.other: Other default operation rules
5279 In addition to the operations for which the language offer default implementations,
5280 there are a few operations that are so foundational that it rules for their definition are needed:
5281 comparisons, `swap`, and `hash`.
5283 ### <a name="Rc-default"></a>C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
5285 ##### Reason
5287 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these function better than the compiler.
5289 ##### Example
5291     class Tracer {
5292         string message;
5293     public:
5294         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5295         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5297         Tracer(const Tracer&) = default;
5298         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
5299         Tracer(Tracer&&) = default;
5300         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
5301     };
5303 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `=default` is the best and simplest way of doing that.
5305 ##### Example, bad
5307     class Tracer2 {
5308         string message;
5309     public:
5310         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
5311         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
5313         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
5314         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; }
5315         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
5316         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; }
5317     };
5319 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
5321 ##### Enforcement
5323 (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
5325 ### <a name="Rc-delete"></a>C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
5327 ##### Reason
5329 In a few cases, a default operation is not desirable.
5331 ##### Example
5333     class Immortal {
5334     public:
5335         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
5336         // ...
5337     };
5339     void use()
5340     {
5341         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
5342         Immortal* p = new Immortal{};
5343         delete p;       // error: cannot destroy *p
5344     }
5346 ##### Example
5348 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:
5350     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
5351     public:
5352         // ...
5353         constexpr unique_ptr() noexcept;
5354         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
5355         // ...
5356         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;   // move constructor
5357         // ...
5358         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
5359         // ...
5360     };
5362     unique_ptr<int> make();   // make "something" and return it by moving
5364     void f()
5365     {
5366         unique_ptr<int> pi {};
5367         auto pi2 {pi};      // error: no move constructor from lvalue
5368         auto pi3 {make()};  // OK, move: the result of make() is an rvalue
5369     }
5371 ##### Enforcement
5373 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.
5375 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a>C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
5377 ##### Reason
5379 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
5380 This can be most confusing.
5381 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
5383 ##### Example, bad
5385     class base {
5386     public:
5387         virtual void f() = 0;   // not implemented
5388         virtual void g();       // implemented with base version
5389         virtual void h();       // implemented with base version
5390     };
5392     class derived : public base {
5393     public:
5394         void g() override;   // provide derived implementation
5395         void h() final;      // provide derived implementation
5397         derived()
5398         {
5399             // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
5400             f();
5402             // BAD: will call derived::g, not dispatch further virtually
5403             g();
5405             // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
5406             derived::g();
5408             // ok, no qualification needed, h is final
5409             h();
5410         }
5411     };
5413 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
5415 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
5417 ##### Note
5419 There is nothing inherently wrong with calling virtual functions from constructors and destructors.
5420 The semantics of such calls is type safe.
5421 However, experience shows that such calls are rarely needed, easily confuse maintainers, and become a source of errors when used by novices.
5423 ##### Enforcement
5425 * Flag calls of virtual functions from constructors and destructors.
5427 ### <a name="Rc-swap"></a>C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
5429 ##### Reason
5431 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).
5433 ##### Example, good
5435     class Foo {
5436         // ...
5437     public:
5438         void swap(Foo& rhs) noexcept
5439         {
5440             m1.swap(rhs.m1);
5441             std::swap(m2, rhs.m2);
5442         }
5443     private:
5444         Bar m1;
5445         int m2;
5446     };
5448 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
5450     void swap(Foo& a, Foo& b)
5451     {
5452         a.swap(b);
5453     }
5455 ##### Enforcement
5457 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
5458 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5460 ### <a name="Rc-swap-fail"></a>C.84: A `swap` function may not fail
5462 ##### Reason
5464  `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.
5466 ##### Example, bad
5468     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
5469     {
5470         auto tmp = x;   // copy elements
5471         x = y;
5472         y = tmp;
5473     }
5475 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.
5477 ##### Enforcement
5479 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5481 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a>C.85: Make `swap` `noexcept`
5483 ##### Reason
5485  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
5486 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
5488 ##### Enforcement
5490 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
5492 ### <a name="Rc-eq"></a>C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5494 ##### Reason
5496 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
5497 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
5499 ##### Example
5501     class X {
5502         string name;
5503         int number;
5504     };
5506     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept { return a.name == b.name && a.number == b.number; }
5508 ##### Example, bad
5510     class B {
5511         string name;
5512         int number;
5513         bool operator==(const B& a) const { return name == a.name && number == a.number; }
5514         // ...
5515     };
5517 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5519 ##### Note
5521 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
5522 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
5524 #### Note
5526 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5528 ##### Enforcement
5530 * Flag an `operator==()` for which the argument types differ; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5531 * Flag member `operator==()`s; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5533 ### <a name="Rc-eq-base"></a>C.87: Beware of `==` on base classes
5535 ##### Reason
5537 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
5539 ##### Example, bad
5541     class B {
5542         string name;
5543         int number;
5544         virtual bool operator==(const B& a) const
5545         {
5546              return name == a.name && number == a.number;
5547         }
5548         // ...
5549     };
5551 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5553     class D :B {
5554         char character;
5555         virtual bool operator==(const D& a) const
5556         {
5557             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5558         }
5559         // ...
5560     };
5562     B b = ...
5563     D d = ...
5564     b == d;    // compares name and number, ignores d's character
5565     d == b;    // error: no == defined
5566     D d2;
5567     d == d2;   // compares name, number, and character
5568     B& b2 = d2;
5569     b2 == d;   // compares name and number, ignores d2's and d's character
5571 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5573 #### Note
5575 This rule applies to all the usual comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5577 ##### Enforcement
5579 * Flag a virtual `operator==()`; same for other comparison operators: `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`.
5581 ### <a name="Rc-hash"></a>C.89: Make a `hash` `noexcept`
5583 ##### Reason
5585 Users of hashed containers use hash indirectly and don't expect simple access to throw.
5586 It's a standard-library requirement.
5588 ##### Example, bad
5590     template<>
5591     struct hash<My_type> {  // thoroughly bad hash specialization
5592         using result_type = size_t;
5593         using argument_type = My_type;
5595         size_t operator() (const My_type & x) const
5596         {
5597             size_t xs = x.s.size();
5598             if (xs < 4) throw Bad_My_type{};    // "Nobody expects the Spanish inquisition!"
5599             return hash<size_t>()(x.s.size()) ^ trim(x.s);
5600         }
5601     };
5603     int main()
5604     {
5605         unordered_map<My_type, int> m;
5606         My_type mt{ "asdfg" };
5607         m[mt] = 7;
5608         cout << m[My_type{ "asdfg" }] << '\n';
5609     }
5611 If you have to define a `hash` specialization, try simply to let it combine standard-library `hash` specializations with `^` (xor).
5612 That tends to work better than "cleverness" for non-specialists.
5614 ##### Enforcement
5616 * Flag throwing `hash`es.
5618 ## <a name="SS-containers"></a>C.con: Containers and other resource handles
5620 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5621 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
5623 Summary of container rules:
5625 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
5626 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
5627 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
5628 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
5629 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
5630 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
5631 * ???
5632 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
5634 **See also**: [Resources](#S-resource)
5636 ## <a name="SS-lambdas"></a>C.lambdas: Function objects and lambdas
5638 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
5639 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
5640 Function objects should be cheap to copy (and therefore [passed by value](#Rf-in)).
5642 Summary:
5644 * [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)
5645 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
5646 * [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)
5647 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
5649 ## <a name="SS-hier"></a>C.hier: Class hierarchies (OOP)
5651 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
5652 Typically base classes act as interfaces.
5653 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
5655 Class hierarchy rule summary:
5657 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure](#Rh-domain)
5658 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
5659 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
5661 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
5663 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
5664 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor](#Rh-dtor)
5665 * [C.128: Use `override` to make overriding explicit in large class hierarchies](#Rh-override)
5666 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
5667 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
5668 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
5669 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
5670 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
5671 * [C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level](#Rh-public)
5672 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
5673 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
5674 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
5675 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
5676 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
5677 * [C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider](#Rh-virtual-default-arg)
5679 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
5681 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
5682 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
5683 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
5684 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
5685 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
5686 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s](#Rh-make_unique)
5687 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
5688 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
5690 ### <a name="Rh-domain"></a>C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
5692 ##### Reason
5694 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.
5696 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.
5698 ##### Example
5700     ??? Good old Shape example?
5702 ##### Example, bad
5704 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
5706     template<typename T>
5707     class Container {
5708     public:
5709         // list operations:
5710         virtual T& get() = 0;
5711         virtual void put(T&) = 0;
5712         virtual void insert(Position) = 0;
5713         // ...
5714         // vector operations:
5715         virtual T& operator[](int) = 0;
5716         virtual void sort() = 0;
5717         // ...
5718         // tree operations:
5719         virtual void balance() = 0;
5720         // ...
5721     };
5723 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
5724 Thus the base class becomes an implementation burden.
5725 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
5726 it may throw an exception instead.
5727 Thus users have to resort to run-time checking and/or
5728 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
5730 ##### Enforcement
5732 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
5733 * 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`.
5735 ### <a name="Rh-abstract"></a>C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
5737 ##### Reason
5739 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data.
5740 Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions and a default/empty virtual destructor.
5742 ##### Example
5744     class my_interface {
5745     public:
5746         // ...only pure virtual functions here ...
5747         virtual ~my_interface() {}   // or =default
5748     };
5750 ##### Example, bad
5752     class Goof {
5753     public:
5754         // ...only pure virtual functions here ...
5755         // no virtual destructor
5756     };
5758     class Derived : public Goof {
5759         string s;
5760         // ...
5761     };
5763     void use()
5764     {
5765         unique_ptr<Goof> p {new Derived{"here we go"}};
5766         f(p.get()); // use Derived through the Goof interface
5767         g(p.get()); // use Derived through the Goof interface
5768      } // leak
5770 The `Derived` is `delete`d through its `Goof` interface, so its `string` is leaked.
5771 Give `Goof` a virtual destructor and all is well.
5774 ##### Enforcement
5776 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
5778 ### <a name="Rh-separation"></a>C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
5780 ##### Reason
5782 Such as on an ABI (link) boundary.
5784 ##### Example
5786     struct Device {
5787         virtual void write(span<const char> outbuf) = 0;
5788         virtual void read(span<char> inbuf) = 0;
5789     };
5791     class D1 : public Device {
5792         // ... data ...
5794         void write(span<const char> outbuf) override;
5795         void read(span<char> inbuf) override;
5796     };
5798     class D2 : public Device {
5799         // ... different data ...
5801         void write(span<const char> outbuf) override;
5802         void read(span<char> inbuf) override;
5803     };
5805 A user can now use `D1`s and `D2`s interchangeably through the interface provided by `Device`.
5806 Furthermore, we can update `D1` and `D2` in a ways that are not binarily compatible with older versions as long as all access goes through `Device`.
5808 ##### Enforcement
5810     ???
5812 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
5814 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a>C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
5816 ##### Reason
5818 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
5820 ##### Example
5822     ???
5824 ##### Exceptions
5826 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
5827 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
5828   (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.
5830 ##### Enforcement
5832 Flag abstract classes with constructors.
5834 ### <a name="Rh-dtor"></a>C.127: A class with a virtual function should have a virtual or protected destructor
5836 ##### Reason
5838 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).
5840 ##### Example, bad
5842     struct B {
5843         virtual int f() = 0;
5844         // ... no user-written destructor, defaults to public nonvirtual ...
5845     };
5847     // bad: class with a resource derived from a class without a virtual destructor
5848     struct D : B {
5849         string s {"default"};
5850     };
5852     void use()
5853     {
5854         auto p = make_unique<D>();
5855         // ...
5856     } // calls B::~B only, leaks the string
5858 ##### Note
5860 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`.
5862 ##### Enforcement
5864 * A class with any virtual functions should have a destructor that is either public and virtual or else protected and nonvirtual.
5865 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
5867 ### <a name="Rh-override"></a>C.128: Virtual functions should specify exactly one of `virtual`, `override`, or `final`
5869 ##### Reason
5871 Readability. Detection of mistakes. 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.
5873 Use `virtual` only when declaring a new virtual function. Use `override` only when declaring an overrider. Use `final` only when declaring an final overrider.
5875 ##### Example, bad
5877     struct B {
5878         void f1(int);
5879         virtual void f2(int) const;
5880         virtual void f3(int);
5881         // ...
5882     };
5884     struct D : B {
5885         void f1(int);        // warn: D::f1() hides B::f1()
5886         void f2(int) const;  // warn: no explicit override
5887         void f3(double);     // warn: D::f3() hides B::f3()
5888         // ...
5889     };
5891     struct D2 : B {
5892         virtual void f2(int) final;  // BAD; pitfall, D2::f does not override B::f
5893     };
5895 ##### Enforcement
5897 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
5898 * Flag overrides with neither `override` nor `final`.
5899 * Flag function declarations that use more than one of `virtual`, `override`, and `final`.
5901 ### <a name="Rh-kind"></a>C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
5903 ##### Reason
5905  ??? Herb: I've become a non-fan of implementation inheritance -- seems most often an anti-pattern. Are there reasonable examples of it?
5907 ##### Example
5909     ???
5911 ##### Enforcement
5915 ### <a name="Rh-copy"></a>C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
5917 ##### Reason
5919 Copying a base is usually slicing. If you really need copy semantics, copy deeply: Provide a virtual `clone` function that will copy the actual most-derived type and return an owning pointer to the new object, and then in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
5921 ##### Example
5923     class base {
5924     public:
5925         virtual owner<base*> clone() = 0;
5926         virtual ~base() = 0;
5928         base(const base&) = delete;
5929         base& operator=(const base&) = delete;
5930     };
5932     class derived : public base {
5933     public:
5934         owner<derived*> clone() override;
5935         virtual ~derived() override;
5936     };
5938 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer. See also [C.67](#Rc-copy-virtual).
5940 ##### Enforcement
5942 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
5943 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
5945 ### <a name="Rh-get"></a>C.131: Avoid trivial getters and setters
5947 ##### Reason
5949 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
5951 ##### Example
5953     class point {
5954         int x;
5955         int y;
5956     public:
5957         point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
5958         int get_x() { return x; }
5959         void set_x(int xx) { x = xx; }
5960         int get_y() { return y; }
5961         void set_y(int yy) { y = yy; }
5962         // no behavioral member functions
5963     };
5965 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
5967     struct point {
5968         int x = 0;
5969         int y = 0;
5970     };
5972 ##### Note
5974 A getter or a setter that converts from an internal type to an interface type is not trivial (it provides a form of information hiding).
5976 ##### Enforcement
5978 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
5980 ### <a name="Rh-virtual"></a>C.132: Don't make a function `virtual` without reason
5982 ##### Reason
5984 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
5985 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
5986 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
5988 ##### Example, bad
5990     template<class T>
5991     class Vector {
5992     public:
5993         // ...
5994         virtual int size() const { return sz; }   // bad: what good could a derived class do?
5995     private:
5996         T* elem;   // the elements
5997         int sz;    // number of elements
5998     };
6000 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
6002 ##### Enforcement
6004 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
6005 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
6007 ### <a name="Rh-protected"></a>C.133: Avoid `protected` data
6009 ##### Reason
6011 `protected` data is a source of complexity and errors.
6012 `protected` data complicated the statement of invariants.
6013 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
6015 ##### Example
6017     ???
6019 ##### Note
6021 Protected member function can be just fine.
6023 ##### Enforcement
6025 Flag classes with `protected` data.
6027 ### <a name="Rh-public"></a>C.134: Ensure all non-`const` data members have the same access level
6029 ##### Reason
6031 Prevention of logical confusion leading to errors.
6032 If the non-`const` data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
6033 Is it a type that maintains an invariant or simply a collection of values?
6035 ##### Discussion
6037 The core question is: What code is responsible for maintaining a meaningful/correct value for that variable?
6039 There are exactly two kinds of data members:
6041 * A: Ones that don't participate in the object's invariant. Any combination of values for these members is valid.
6042 * 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.
6044 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.
6046 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.
6048 Most classes are either all A or all B:
6050 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be `public`.
6051   [By convention, declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
6052 * *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.
6054 ##### Exceptions
6056 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`).
6058 ##### Enforcement
6060 Flag any class that has non-`const` data members with different access levels.
6062 ### <a name="Rh-mi-interface"></a>C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
6064 ##### Reason
6066 Not all classes will necessarily support all interfaces, and not all callers will necessarily want to deal with all operations. Especially to break apart monolithic interfaces into "aspects" of behavior supported by a given derived class.
6068 ##### Example
6070     ???
6072 ##### Note
6074 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
6075 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
6077 ##### Note
6079 Such interfaces are typically abstract classes.
6081 ##### Enforcement
6085 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a>C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
6087 ##### Reason
6089  ??? Herb: Here's the second mention of implementation inheritance. I'm very skeptical, even of single implementation inheritance, never mind multiple implementation inheritance which just seems frightening -- I don't think that even policy-based design really needs to inherit from the policy types. Am I missing some good examples, or could we consider discouraging this as an anti-pattern?
6091 ##### Example
6093     ???
6095 ##### Note
6097 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
6099 ##### Enforcement
6101 ??? Herb: How about opposite enforcement: Flag any type that inherits from more than one non-empty base class?
6103 ### <a name="Rh-vbase"></a>C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
6105 ##### Reason
6107  ???
6109 ##### Example
6111     ???
6113 ##### Note
6117 ##### Enforcement
6121 ### <a name="Rh-using"></a>C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
6123 ##### Reason
6127 ##### Example
6129     ???
6131 ### <a name="Rh-final"></a>C.139: Use `final` sparingly
6133 ##### Reason
6135 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
6136 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
6138 ##### Example, bad
6140     class Widget { /* ... */ };
6142     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };    // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
6144     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
6146 ##### Example, bad
6148     struct Interface {
6149         virtual int f() = 0;
6150         virtual int g() = 0;
6151     };
6153     class My_implementation : public Interface {
6154         int f() override;
6155         int g() final;  // I want g() to be FAST!
6156         // ...
6157     };
6159     class Better_implementation : public My_implementation {
6160         int f();
6161         int g();
6162         // ...
6163     };
6165     void use(Interface* p)
6166     {
6167         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
6168         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
6169     }
6171     // ...
6173     use(new Better_interface{});
6175 The problem is easy to see in a small example, but in a large hierarchy with many virtual functions, tools are required for reliably spotting such problems.
6176 Consistent use of `override` would catch this.
6178 ##### Note
6180 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
6181 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
6183 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
6184 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
6185 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
6186 However, misuses are (or at least has been) far more common.
6188 ##### Enforcement
6190 Flag uses of `final`.
6193 ## <a name="Rh-virtual-default-arg"></a>C.140: Do not provide different default arguments for a virtual function and an overrider
6195 ##### Reason
6197 That can cause confusion: An overrider do not inherit default arguments..
6199 ##### Example, bad
6201     class base {
6202     public:
6203         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
6204     };
6206     class derived : public base {
6207     public:
6208         int multiply(int value, int factor = 10) override;
6209     };
6211     derived d;
6212     base& b = d;
6214     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
6215     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
6217 ##### Enforcement
6219 Flag default arguments on virtual functions if they differ between base and derived declarations.
6221 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
6223 ### <a name="Rh-poly"></a>C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
6225 ##### Reason
6227 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
6229 ##### Example
6231     struct B { int a; virtual int f(); };
6232     struct D : B { int b; int f() override; };
6234     void use(B b)
6235     {
6236         D d;
6237         B b2 = d;   // slice
6238         B b3 = b;
6239     }
6241     void use2()
6242     {
6243         D d;
6244         use(d);   // slice
6245     }
6247 Both `d`s are sliced.
6249 ##### Exception
6251 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
6253     void use3()
6254     {
6255         D d;
6256         d.f();   // OK
6257     }
6259 ##### Enforcement
6261 Flag all slicing.
6263 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a>C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
6265 ##### Reason
6267 `dynamic_cast` is checked at run time.
6269 ##### Example
6271     struct B {   // an interface
6272         virtual void f();
6273         virtual void g();
6274     };
6276     struct D : B {   // a wider interface
6277         void f() override;
6278         virtual void h();
6279     };
6281     void user(B* pb)
6282     {
6283         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
6284             // ... use D's interface ...
6285         }
6286         else {
6287             // ... make do with B's interface ...
6288         }
6289     }
6291 ##### Note
6293 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
6294 [Prefer virtual functions to casting](#???).
6295 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
6296 and reasonably convenient.
6298 ##### Note
6300 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
6301 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
6302 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
6303 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
6304 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is -- for some reason -- prohibited),
6305 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
6307 Consider:
6309     struct B {
6310         const char * name {"B"};
6311         virtual const char* id() const { return name; }
6312         // ...
6313     };
6315     struct D : B {
6316         const char * name {"D"};
6317         const char* id() const override { return name; }
6318         // ...
6319     };
6321     void use()
6322     {
6323         B* pb1 = new B;
6324         B* pb2 = new D;
6326         cout << pb1->id(); // "B"
6327         cout << pb2->id(); // "D"
6329         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
6330         if (pb2 == "D") {         // looks innocent
6331                 D* pd = static_cast<D*>(pb1);
6332                 // ...
6333         }
6334         // ...
6335     }
6337 The result of `pb2 == "D"` is actually implementation defined.
6338 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
6339 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.
6341 If you implement your own RTTI, be careful.
6343 ##### Exceptions
6345 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
6346 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
6347 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
6348 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)
6349 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
6351 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
6352 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).
6353 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worthwhile.
6355 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.
6357 ##### Enforcement
6359 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
6361 ### <a name="Rh-ptr-cast"></a>C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error
6363 ##### Reason
6365 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.
6367 ##### Example
6369     ???
6371 ##### Enforcement
6375 ### <a name="Rh-ref-cast"></a>C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative
6377 ##### Reason
6381 ##### Example
6383     ???
6385 ##### Enforcement
6389 ### <a name="Rh-smart"></a>C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
6391 ##### Reason
6393 Avoid resource leaks.
6395 ##### Example
6397     void use(int i)
6398     {
6399         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
6400         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
6401         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
6402         delete p;                       // too late
6403     }
6405 ##### Enforcement
6407 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
6408 * Flag `delete` of local variable
6410 ### <a name="Rh-make_unique"></a>C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s
6412 ##### Reason
6414  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
6415 It also ensures exception safety in complex expressions.
6417 ##### Example
6419     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};   // OK: but repetitive
6421     auto q = make_unique<Foo>(7);      // Better: no repetition of Foo
6423     // Not exception-safe: the compiler may interleave the computations of arguments as follows:
6424     //
6425     // 1. allocate memory for Foo,
6426     // 2. construct Foo,
6427     // 3. call bar,
6428     // 4. construct unique_ptr<Foo>.
6429     //
6430     // If bar throws, Foo will not be destroyed, and the memory allocated for it will leak.
6431     f(unique_ptr<Foo>(new Foo()), bar());
6433     // Exception-safe: calls to functions are never interleaved.
6434     f(make_unique<Foo>(), bar());
6436 ##### Enforcement
6438 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
6439 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
6441 ### <a name="Rh-make_shared"></a>C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
6443 ##### Reason
6445  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
6446 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.
6448 ##### Example
6450     // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
6451     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};
6453     auto q = make_shared<Foo>(7);   // Better: no repetition of Foo; one object
6455 ##### Enforcement
6457 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
6458 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
6460 ### <a name="Rh-array"></a>C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
6462 ##### Reason
6464 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
6466 ##### Example
6468     struct B { int x; };
6469     struct D : B { int y; };
6471     void use(B*);
6473     D a[] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
6474     B* p = a;     // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
6475     p[1].x = 7;   // overwrite D[0].y
6477     use(a);       // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
6479 ##### Enforcement
6481 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
6482 * 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`
6484 ## <a name="SS-overload"></a>C.over: Overloading and overloaded operators
6486 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
6487 You cannot overload function objects.
6489 Overload rule summary:
6491 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
6492 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
6493 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
6494 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
6495 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
6496 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
6497 * [C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references](#Ro-address-of)
6498 * [C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning](#Ro-overload)
6499 * [C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands](#Ro-namespace)
6500 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
6502 ### <a name="Ro-conventional"></a>C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
6504 ##### Reason
6506 Minimize surprises.
6508 ##### Example
6510     class X {
6511     public:
6512         // ...
6513         X& operator=(const X&); // member function defining assignment
6514         friend bool operator==(const X&, const X&); // == needs access to representation
6515                                                     // after a=b we have a==b
6516         // ...
6517     };
6519 Here, the conventional semantics is maintained: [Copies compare equal](#SS-copy).
6521 ##### Example, bad
6523     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; }   // bad: makes + subtract
6525 ##### Note
6527 Non-member operators should be either friends or defined in [the same namespace as their operands](#Ro-namespace).
6528 [Binary operators should treat their operands equivalently](#Ro-symmetric).
6530 ##### Enforcement
6532 Possibly impossible.
6534 ### <a name="Ro-symmetric"></a>C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
6536 ##### Reason
6538 If you use member functions, you need two.
6539 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
6541 ##### Example
6543     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
6545 ##### Enforcement
6547 Flag member operator functions.
6549 ### <a name="Ro-equivalent"></a>C.162: Overload operations that are roughly equivalent
6551 ##### Reason
6553 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.
6555 ##### Example
6557 Consider:
6559     void print(int a);
6560     void print(int a, int base);
6561     void print(const string&);
6563 These three functions all print their arguments (appropriately). Conversely:
6565     void print_int(int a);
6566     void print_based(int a, int base);
6567     void print_string(const string&);
6569 These three functions all print their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
6571 ##### Enforcement
6575 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a>C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
6577 ##### Reason
6579 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
6581 ##### Example
6583 Consider:
6585     void open_gate(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
6586     void fopen(const char* name, const char* mode);   // open file
6588 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
6590     void open(Gate& g);   // remove obstacle from garage exit lane
6591     void open(const char* name, const char* mode ="r");   // open file
6593 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
6594 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
6596 ##### Note
6598 Be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
6600 ##### Enforcement
6604 ### <a name="Ro-conversion"></a>C.164: Avoid conversion operators
6606 ##### Reason
6608 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to `int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
6610 ##### Note
6612 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
6613 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
6614 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
6615 just to gain a minor convenience.
6617 ##### Example, bad
6619     class String {   // handle ownership and access to a sequence of characters
6620         // ...
6621         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
6622         // ...
6623         operator zstring() { return elem; }
6624         // ...
6625     };
6627     void user(zstring p)
6628     {
6629         if (*p == "") {
6630             String s {"Trouble ahead!"};
6631             // ...
6632             p = s;
6633         }
6634         // use p
6635     }
6637 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
6639 ##### Enforcement
6641 Flag all conversion operators.
6643 ### <a name="Ro-custom"></a>C.165: Use `using` for customization points
6645 ##### Reason
6647 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
6649 ##### Example
6651 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
6652 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
6653 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.
6655     namespace N {
6656         My_type X { /* ... */ };
6657         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
6658         // ...
6659     }
6661     void f1(N::X& a, N::X& b)
6662     {
6663         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
6664     }
6666 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
6667 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
6668 How do we get `N::X` considered?
6670     void f2(N::X& a, N::X& b)
6671     {
6672         swap(a, b);   // calls N::swap
6673     }
6675 But that may not be what we wanted for generic code.
6676 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
6677 This is done by including the general function in the lookup for the function:
6679     void f3(N::X& a, N::X& b)
6680     {
6681         using std::swap;  // make std::swap available
6682         swap(a, b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
6683     }
6685 ##### Enforcement
6687 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
6688 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
6690 ### <a name="Ro-address-of"></a>C.166: Overload unary `&` only as part of a system of smart pointers and references
6692 ##### Reason
6694 The `&` operator is fundamental in C++.
6695 Many parts of the C++ semantics assumes its default meaning.
6697 ##### Example
6699     class Ptr { // a somewhat smart pointer
6700         Ptr(X* pp) :p(pp) { /* check */ }
6701         X* operator->() { /* check */ return p; }
6702         X operator[](int i);
6703         X operator*();
6704     private:
6705         T* p;
6706     };
6708     class X {
6709         Ptr operator&() { return Ptr{this}; }
6710         // ...
6711     };
6713 ##### Note
6715 If you "mess with" operator `&` be sure that its definition has matching meanings for `->`, `[]`, `*`, and `.` on the result type.
6716 Note that operator `.` currently cannot be overloaded so a perfect system is impossible.
6717 We hope to remedy that: <http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4477.pdf>.
6718 Note that `std::addressof()` always yields a built-in pointer.
6720 ##### Enforcement
6722 Tricky. Warn if `&` is user-defined without also defining `->` for the result type.
6724 ### <a name="Ro-namespace"></a>C.168: Define overloaded operators in the namespace of their operands
6726 ##### Reason
6728 Readability.
6729 Ability for find operators using ADL.
6730 Avoiding inconsistent definition in different namespaces
6732 ##### Example
6734     struct S { };
6735     bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
6736     S s;
6738     bool s == s;
6740 This is what a default `==` would do, if we had such defaults.
6742 ##### Example
6744     namespace N {
6745         struct S { };
6746         bool operator==(S, S);   // OK: in the same namespace as S, and even next to S
6747     }
6749     N::S s;
6751     bool s == s;  // finds N::operator==() by ADL
6753 ##### Example, bad
6755     struct S { };
6756     S s;
6758     namespace N {
6759         S::operator!(S a) { return true; }
6760         S not_s = !s;
6761     }
6763     namespace M {
6764         S::operator!(S a) { return false; }
6765         S not_s = !s;
6766     }
6768 Here, the meaning of `!s` differs in `N` and `M`.
6769 This can be most confusing.
6770 Remove the definition of `namespace M` and the confusion is replaced by an opportunity to make the mistake.
6772 ##### Note
6774 If a binary operator is defined for two types that are defined in different namespaces, you cannot follow this rule.
6775 For example:
6777     Vec::Vector operator*(const Vec::Vector&, const Mat::Matrix&);
6779 This may be something best avoided.
6781 ##### See also
6783 This is a special case of the rule that [helper functions should be defined in the same namespace as their class](#Rc-helper).
6785 ##### Enforcement
6787 * Flag operator definitions that are not it the namespace of their operands
6789 ### <a name="Ro-overload"></a>C.167: Use an operator for an operation with its conventional meaning
6791 ##### Reason
6793 Readability. Convention. Reusability. Support for generic code
6795 ##### Example
6797     void cout_my_class(const my_class& c) // confusing, not conventional,not generic
6798     {
6799         std::cout << /* class members here */;
6800     }
6802     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const my_class& c) //OK
6803     {
6804         return os << /* class members here */;
6805     }
6807 By itself, `cout_my_class` would be OK, but it is not usable/composable with code that rely on the `<<` convention for output:
6809     My_class var { /* ... */ };
6810     // ...
6811     cout << "var = " << var << '\n';
6813 ##### Note
6815 There are strong and vigorous conventions for the meaning most operators, such as
6817 * comparisons (`==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, and `>=`),
6818 * arithmetic operations (`+`, `-`, `*`, `/`, and `%`)
6819 * access operations (`.`, `->`, unary `*`, and `[]`)
6820 * assignment (`=`)
6822 Don't define those unconventionally and don't invent your own names for them.
6824 ##### Enforcement
6826 Tricky. Requires semantic insight.
6828 ### <a name="Ro-lambda"></a>C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
6830 ##### Reason
6832 You cannot overload by defining two different lambdas with the same name.
6834 ##### Example
6836     void f(int);
6837     void f(double);
6838     auto f = [](char);   // error: cannot overload variable and function
6840     auto g = [](int) { /* ... */ };
6841     auto g = [](double) { /* ... */ };   // error: cannot overload variables
6843     auto h = [](auto) { /* ... */ };   // OK
6845 ##### Enforcement
6847 The compiler catches the attempt to overload a lambda.
6849 ## <a name="SS-union"></a>C.union: Unions
6853 Union rule summary:
6855 * [C.180: Use `union`s to ???](#Ru-union)
6856 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
6857 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
6858 * ???
6860 ### <a name="Ru-union"></a>C.180: Use `union`s to ???
6862 ??? When should unions be used, if at all? What's a good future-proof way to re-interpret object representations of PODs?
6863 ??? variant
6865 ##### Reason
6867  ???
6869 ##### Example
6872     ???
6874 ##### Enforcement
6878 ### <a name="Ru-naked"></a>C.181: Avoid "naked" `union`s
6880 ##### Reason
6883 Naked unions are a source of type errors.
6885 **Alternative**: Wrap them in a class together with a type field.
6887 **Alternative**: Use `variant`.
6889 ##### Example
6891     ???
6895 ##### Enforcement
6899 ### <a name="Ru-anonymous"></a>C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
6901 ##### Reason
6905 ##### Example
6907     ???
6909 ##### Enforcement
6913 # <a name="S-enum"></a>Enum: Enumerations
6915 Enumerations are used to define sets of integer values and for defining types for such sets of values. There are two kind of enumerations, "plain" `enum`s and `class enum`s.
6917 Enumeration rule summary:
6919 * [Enum.1: Prefer enums over macros](#Renum-macro)
6920 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of named constants](#Renum-set)
6921 * [Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums](#Renum-class)
6922 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
6923 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
6924 * [Enum.6: Use unnamed enumerations for ???](#Renum-unnamed)
6925 * ???
6927 ### <a name="Renum-macro"></a>Enum.1: Prefer enums over macros
6929 ##### Reason
6931 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.
6933 ##### Example
6935 First some bad old code:
6937     // webcolors.h (third party header)
6938     #define RED   0xFF0000
6939     #define GREEN 0x00FF00
6940     #define BLUE  0x0000FF
6942     // productinfo.h
6943     // The following define product subtypes based on color
6944     #define RED    0
6945     #define PURPLE 1
6946     #define BLUE   2
6948     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
6950 Instead use an `enum`:
6952     enum class Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6953     enum class Productinfo { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
6955     int webby = blue;   // error: be specific
6956     Webcolor webby = Webcolor::blue;
6958 ##### Enforcement
6960 Flag macros that define integer values
6962 ### <a name="Renum-set"></a>Enum.2: Use enumerations to represent sets of named constants
6964 ##### Reason
6966 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type
6968 ##### Example
6970     enum class Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6972 ##### Enforcement
6976 ### <a name="Renum-class"></a>Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
6978 ##### Reason
6980 To minimize surprises: traditional enums convert to int too readily.
6982 ##### Example
6984     void PrintColor(int color);
6986     enum Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6987     enum Productinfo { Red = 0, Purple = 1, Blue = 2 };
6989     Webcolor webby = Webcolor::blue;
6991     // Clearly at least one of these calls is buggy.
6992     PrintColor(webby);
6993     PrintColor(Productinfo::Blue);
6995 Instead use an `enum class`:
6997     void PrintColor(int color);
6999     enum class Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
7000     enum class Productinfo { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
7002     Webcolor webby = Webcolor::blue;
7003     PrintColor(webby);  // Error: cannot convert Webcolor to int.
7004     PrintColor(Productinfo::Red);  // Error: cannot convert Productinfo to int.
7006 ##### Enforcement
7008 (Simple) Warn on any non-class enum definition.
7010 ### <a name="Renum-oper"></a>Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
7012 ##### Reason
7014 Convenience of use and avoidance of errors.
7016 ##### Example
7018     ???
7020 ##### Enforcement
7024 ### <a name="Renum-caps"></a>Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
7026 ##### Reason
7028 Avoid clashes with macros.
7030 ##### Example
7032     ???
7034 ##### Enforcement
7038 ### <a name="Renum-unnamed"></a>Enum.6: Use unnamed enumerations for ???
7040 ##### Reason
7044 ##### Example
7046     ???
7048 ##### Enforcement
7052 # <a name="S-resource"></a>R: Resource management
7054 This section contains rules related to resources.
7055 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
7056 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
7057 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.
7058 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
7060 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
7061 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.
7062 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.
7063 Here, we ignore such cases.
7065 * Resource management rule summary:
7067   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)](#Rr-raii)
7068   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
7069   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
7070   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
7071   * [R.5: Prefer scoped objects](#Rr-scoped)
7072   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
7074 * Allocation and deallocation rule summary:
7076   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
7077   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
7078   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
7079   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
7080   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
7081   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
7083 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a>Smart pointer rule summary:
7085   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
7086   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
7087   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
7088   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
7089   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
7090   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
7091   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
7092   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
7093   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the `widget`](#Rr-reseat)
7094   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
7095   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
7096   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
7097   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
7099 ### <a name="Rr-raii"></a>R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (Resource Acquisition Is Initialization)
7101 ##### Reason
7103 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
7104 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`.
7105 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.
7107 ##### Example, bad
7109 Consider:
7111     void send(X* x, cstring_span destination)
7112     {
7113         auto port = OpenPort(destination);
7114         my_mutex.lock();
7115         // ...
7116         Send(port, x);
7117         // ...
7118         my_mutex.unlock();
7119         ClosePort(port);
7120         delete x;
7121     }
7123 In this code, you have to remember to `unlock`, `ClosePort`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
7124 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
7126 ##### Example
7128 Consider:
7130     void send(unique_ptr<X> x, cstring_span destination)  // x owns the X
7131     {
7132         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
7133         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
7134         // ...
7135         Send(port, x);
7136         // ...
7137     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
7139 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.
7141 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
7143     class Port {
7144         PortHandle port;
7145     public:
7146         Port(cstring_span destination) : port{OpenPort(destination)} { }
7147         ~Port() { ClosePort(port); }
7148         operator PortHandle() { return port; }
7150         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
7151         Port(const Port&) =delete;
7152         Port& operator=(const Port&) =delete;
7153     };
7155 ##### Note
7157 Where a resource is "ill-behaved" in that it isn't represented as a class with a destructor, wrap it in a class or use [`finally`](#S-gsl)
7159 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
7161 ### <a name="Rr-use-ptr"></a>R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
7163 ##### Reason
7165 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or a `span` (non-owning).
7166 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
7168 ##### Example, bad
7170     void f(int* p, int n)   // n is the number of elements in p[]
7171     {
7172         // ...
7173         p[2] = 7;   // bad: subscript raw pointer
7174         // ...
7175     }
7177 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
7178 Use a `span` instead.
7180 ##### Example
7182     void g(int* p, int fmt)   // print *p using format #fmt
7183     {
7184         // ... uses *p and p[0] only ...
7185     }
7187 **Exception**: C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
7188 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
7190 ##### Note
7192 Many current uses of pointers to a single element could be references.
7193 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
7195 ##### Enforcement
7197 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
7198   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
7199 * Flag array names passed as simple pointers
7201 ### <a name="Rr-ptr"></a>R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
7203 ##### Reason
7205 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
7206 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
7208 ##### Example
7210     void f()
7211     {
7212         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
7213         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
7214         // ...
7215     }
7217 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
7219 ##### Example
7221     template<typename T>
7222     class X {
7223         // ...
7224     public:
7225         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
7226         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
7227     };
7229 We can fix that problem by making ownership explicit:
7231     template<typename T>
7232     class X2 {
7233         // ...
7234     public:
7235         owner<T> p;   // OK: p is owning
7236         T* q;         // OK: q is not owning
7237     };
7239 ##### Exceptions
7241 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.
7242 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
7243 We'd love to see program transformation tools turning 20-year-old "legacy" code into shiny modern code,
7244 we encourage the development, deployment and use of such tools,
7245 we hope the guidelines will help the development of such tools,
7246 and we even contributed (and contribute) to the research and development in this area.
7247 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.
7249 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software), especially not soon.
7250 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointers to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s,
7251 partly because we need/use owning "raw pointers" as well as simple pointers in the implementation of our fundamental resource handles.
7252 For example, common `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
7253 Many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
7254 Some interfaces cannot be simply annotated with `owner` because they need to remain compilable as C
7255 (although this would be a rare good use for a macro, that expands to `owner` in C++ mode only).
7257 ##### Note
7259 `owner<T>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
7260 It is simply a indicator to programmers and analysis tools.
7261 For example, if an `owner<T>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
7263 ##### Example, bad
7265 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management uncertainty on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
7267     Gadget* make_gadget(int n)
7268     {
7269         auto p = new Gadget{n};
7270         // ...
7271         return p;
7272     }
7274     void caller(int n)
7275     {
7276         auto p = make_gadget(n);   // remember to delete p
7277         // ...
7278         delete p;
7279     }
7281 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)):
7283     Gadget make_gadget(int n)
7284     {
7285         Gadget g{n};
7286         // ...
7287         return g;
7288     }
7290 ##### Note
7292 This rule applies to factory functions.
7294 ##### Note
7296 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."
7298 ##### Enforcement
7300 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
7301 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
7302 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
7303 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
7304   Suggest considering returning it by value instead.
7306 ### <a name="Rr-ref"></a>R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
7308 ##### Reason
7310 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
7311 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
7313 ##### Example
7315     void f()
7316     {
7317         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
7318         // ...
7319         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
7320     }
7322 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
7324 ##### Enforcement
7326 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
7328 ### <a name="Rr-scoped"></a>R.5: Don't heap-allocate unnecessarily
7330 ##### Reason
7332 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
7333 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
7334 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
7336 ##### Example
7338 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:
7340     void f(int n)
7341     {
7342         auto p = new Gadget{n};
7343         // ...
7344         delete p;
7345     }
7347 Instead, use a local variable:
7349     void f(int n)
7350     {
7351         Gadget g{n};
7352         // ...
7353     }
7355 ##### Enforcement
7357 * (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.
7358 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
7360 ### <a name="Rr-global"></a>R.6: Avoid non-`const` global variables
7362 ##### Reason
7364 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
7365 They are a notable source of errors.
7367 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered.
7368 If you use a global object initialize it with a constant.
7369 Note that it is possible to get undefined initialization order even for `const` objects.
7371 **Exception**: A global object is often better than a singleton.
7373 **Exception**: An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
7375 ##### Enforcement
7377 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
7379 ## <a name="SS-alloc"></a>R.alloc: Allocation and deallocation
7381 ### <a name="Rr-mallocfree"></a>R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
7383 ##### Reason
7385  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
7387 ##### Example
7389     class Record {
7390         int id;
7391         string name;
7392         // ...
7393     };
7395     void use()
7396     {
7397         // p1 may be nullptr
7398         // *p1 is not initialized; in particular,
7399         // that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
7400         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
7402         auto p2 = new Record;
7404         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
7405         auto p3 = new(nothrow) Record;
7406         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
7408         // ...
7410         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
7411         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
7412     }
7414 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
7416 ##### Exception
7418 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
7419 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
7420 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
7421 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
7422 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
7424 ##### Enforcement
7426 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
7428 ### <a name="Rr-newdelete"></a>R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
7430 ##### Reason
7432 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
7433 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
7435 ##### Note
7437 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
7438 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?
7439 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
7440 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
7442 ##### Enforcement
7444 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
7446 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a>R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
7448 ##### Reason
7450 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
7452 ##### Example, bad
7454     void f(const string& name)
7455     {
7456         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
7457         vector<char> buf(1024);
7458         auto _ = finally([f] { fclose(f); })  // remember to close the file
7459         // ...
7460     }
7462 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
7464 ##### Example
7466     void f(const string& name)
7467     {
7468         ifstream f{name, "r"};   // open the file
7469         vector<char> buf(1024);
7470         // ...
7471     }
7473 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
7475 ##### Enforcement
7477 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
7479 ### <a name="Rr-single-alloc"></a>R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
7481 ##### Reason
7483 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.
7485 ##### Example
7487     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
7489 This `fun` can be called like this:
7491     // BAD: potential leak
7492     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));
7494 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
7495 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
7496 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
7497 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
7499 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
7500 For example:
7502     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
7503     fun(sp1, new Widget(c, d));
7505 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
7507     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
7509 Write your own factory wrapper if there is not one already.
7511 ##### Enforcement
7513 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
7515 ### <a name="Rr-ap"></a>R.14: ??? array vs. pointer parameter
7517 ##### Reason
7519 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
7521 ##### Example
7523     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
7525 **Alternative**: Use `span` to preserve size information.
7527 ##### Enforcement
7529 Flag `[]` parameters.
7531 ### <a name="Rr-pair"></a>R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
7533 ##### Reason
7535 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
7537 ##### Example
7539     class X {
7540         // ...
7541         void* operator new(size_t s);
7542         void operator delete(void*);
7543         // ...
7544     };
7546 ##### Note
7548 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
7549 Don't leave it undeclared.
7551 ##### Enforcement
7553 Flag incomplete pairs.
7555 ## <a name="SS-smart"></a>R.smart: Smart pointers
7557 ### <a name="Rr-owner"></a>R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
7559 ##### Reason
7561 They can prevent resource leaks.
7563 ##### Example
7565 Consider:
7567     void f()
7568     {
7569         X x;
7570         X* p1 { new X };              // see also ???
7571         unique_ptr<T> p2 { new X };   // unique ownership; see also ???
7572         shared_ptr<T> p3 { new X };   // shared ownership; see also ???
7573     }
7575 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
7577 ##### Enforcement
7579 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
7581 ### <a name="Rr-unique"></a>R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
7583 ##### Reason
7585 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
7587 ##### Example, bad
7589 This needlessly adds and maintains a reference count.
7591     void f()
7592     {
7593         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
7594         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
7595     } // destroy base
7597 ##### Example
7599 This is more efficient:
7601     void f()
7602     {
7603         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
7604         // use base locally
7605     } // destroy base
7607 ##### Enforcement
7609 (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.
7611 ### <a name="Rr-make_shared"></a>R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
7613 ##### Reason
7615 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.
7617 ##### Example
7619 Consider:
7621     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
7622     auto p = make_shared<X>(2);    // good
7624 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
7626 ##### Enforcement
7628 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
7630 ### <a name="Rr-make_unique"></a>R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
7632 ##### Reason
7634 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
7636 ##### Note
7638 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
7640 ##### Enforcement
7642 (Simple) Warn if a `unique_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
7644 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a>R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
7646 ##### Reason
7648  `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
7649 be able to destroy a cyclic structure.
7651 ##### Example
7653     ???
7655 ##### Note
7657  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
7658 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
7659 You could "temporarily share ownership" simply by using another `shared_ptr`.)
7661 ##### Enforcement
7663 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
7665 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a>R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
7667 ##### Reason
7669 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
7670 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
7671 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
7673 ##### Example, bad
7675     // callee
7676     void f(shared_ptr<widget>& w)
7677     {
7678         // ...
7679         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
7680         // ...
7681     };
7683     // caller
7684     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
7685     f(my_widget);
7687     widget stack_widget;
7688     f(stack_widget); // error
7690 ##### Example, good
7692     // callee
7693     void f(widget& w)
7694     {
7695         // ...
7696         use(w);
7697         // ...
7698     };
7700     // caller
7701     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
7702     f(*my_widget);
7704     widget stack_widget;
7705     f(stack_widget); // ok -- now this works
7707 ##### Enforcement
7709 * (Simple) Warn if a function takes a parameter of a smart pointer type (that overloads `operator->` or `operator*`) `unique_ptr` or `shared_ptr` and the function only calls any of: `operator*`, `operator->` or `get()`.
7710 * Flag a parameter of a smart pointer type (a type that overloads `operator->` or `operator*`) that is copyable but never copied/moved from in the function body or else movable but never moved from in the function body or by being a by-value parameter, 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.
7711   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
7713 ### <a name="Rr-smart"></a>R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
7715 ##### Reason
7717 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.
7718 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
7720 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
7722 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `shared_ptr`.
7723 * If it is not copyable, it is recognized as a unique `unique_ptr`.
7725 ##### Example
7727     // use Boost's intrusive_ptr
7728     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
7729     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
7730     {
7731         p->foo();
7732     }
7734     // use Microsoft's CComPtr
7735     #include <atlbase.h>
7736     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
7737     {
7738         p->foo();
7739     }
7741 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
7742 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
7743 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&`.
7744 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.
7746 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a>R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
7748 ##### Reason
7750 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
7752 ##### Example
7754     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
7756     void sink(widget*);            // just uses the widget
7758 ##### Example, bad
7760     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
7762 ##### Enforcement
7764 * (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.
7765 * (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.
7766 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
7768 ### <a name="Rr-reseat"></a>R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
7770 ##### Reason
7772 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
7774 ##### Note
7776 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
7778 ##### Example
7780     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
7782 ##### Example, bad
7784     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
7786 ##### Enforcement
7788 * (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.
7789 * (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.
7790 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
7792 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a>R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
7794 ##### Reason
7796 This makes the function's ownership sharing explicit.
7798 ##### Example, good
7800     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
7802     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
7804     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
7806 ##### Enforcement
7808 * (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.
7809 * (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.
7810 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
7812 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a>R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
7814 ##### Reason
7816 This makes the function's reseating explicit.
7818 ##### Note
7820 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
7822 ##### Example, good
7824     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
7826     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
7828     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
7830 ##### Enforcement
7832 * (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.
7833 * (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.
7834 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
7836 ### <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 ???
7838 ##### Reason
7840 This makes the function's ??? explicit.
7842 ##### Example, good
7844     void share(shared_ptr<widget>);            // share -- "will" retain refcount
7846     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
7848     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
7850 ##### Enforcement
7852 * (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.
7853 * (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.
7854 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
7856 ### <a name="Rr-smartptrget"></a>R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
7858 ##### Reason
7860 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
7861 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
7862 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
7863 You need to be sure that the smart pointer cannot inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below.
7865 ##### Note
7867 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.
7869 ##### Example
7871 Consider this code:
7873     // global (static or heap), or aliased local ...
7874     shared_ptr<widget> g_p = ...;
7876     void f(widget& w)
7877     {
7878         g();
7879         use(w);  // A
7880     }
7882     void g()
7883     {
7884         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
7885     }
7887 The following should not pass code review:
7889     void my_code()
7890     {
7891         // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
7892         //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
7893         f(*g_p);
7895         // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
7896          g_p->func();
7897     }
7899 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
7901     void my_code()
7902     {
7903         // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
7904         auto pin = g_p;
7906         // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
7907         f(*pin);
7909         // GOOD: same reason
7910         pin->func();
7911     }
7913 ##### Enforcement
7915 * (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.
7917 # <a name="S-expr"></a>ES: Expressions and Statements
7919 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
7921 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
7923 General rules:
7925 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
7926 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
7928 Declaration rules:
7930 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
7931 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
7932 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
7933 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
7934 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-not-CAPS)
7935 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
7936 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
7937 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
7938 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
7939 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
7940 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
7941 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
7942 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
7943 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
7944 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
7945 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7946 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
7947 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
7948 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-ALL_CAPS)
7949 * [ES.33: If you must use macros, give them unique names](#Res-MACROS)
7950 * [ES.34: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
7952 Expression rules:
7954 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
7955 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
7956 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
7957 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
7958 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
7959 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
7960 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
7961 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
7962 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
7963 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
7964 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
7965 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
7966 * [ES.56: Avoid `std::move()` in application code](#Res-move)
7967 * [ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions](#Res-new)
7968 * [ES.61: delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
7969 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
7970 * [ES.63: Don't slice](#Res-slice)
7972 Statement rules:
7974 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
7975 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
7976 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
7977 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
7978 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of as `for`-statement](#Res-for-init)
7979 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
7980 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
7981 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
7982 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
7983 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
7984 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
7985 * [ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops](#Res-loop-counter)
7987 Arithmetic rules:
7989 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
7990 * [ES.101: Use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
7991 * [ES.102: Use signed types for arithmetic](#Res-signed)
7992 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
7993 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
7994 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
7996 ### <a name="Res-lib"></a>ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
7998 ##### Reason
8000 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.
8001 The ISO C++ standard library is among the most widely known and best tested libraries.
8002 It is available as part of all C++ Implementations.
8004 ##### Example
8006     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);   // good
8008 a range version of `accumulate` would be even better:
8010     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
8012 but don't hand-code a well-known algorithm:
8014     int max = v.size();   // bad: verbose, purpose unstated
8015     double sum = 0.0;
8016     for (int i = 0; i < max; ++i)
8017         sum = sum + v[i];
8019 **Exception**: 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.
8021 ##### Enforcement
8023 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8025 ### <a name="Res-abstr"></a>ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
8027 ##### Reason
8029 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.
8031 ##### Example
8033     vector<string> read1(istream& is)   // good
8034     {
8035         vector<string> res;
8036         for (string s; is >> s;)
8037             res.push_back(s);
8038         return res;
8039     }
8041 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
8043     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
8044     {
8045         auto res = new char*[maxelem];
8046         int elemcount = 0;
8047         while (is && elemcount < maxelem) {
8048             auto s = new char[maxstring];
8049             is.read(s, maxstring);
8050             res[elemcount++] = s;
8051         }
8052         nread = elemcount;
8053         return res;
8054     }
8056 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.
8058 ##### Enforcement
8060 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
8062 ## ES.dcl: Declarations
8064 A declaration is a statement. a declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
8066 ### <a name="Res-scope"></a>ES.5: Keep scopes small
8068 ##### Reason
8070 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
8072 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
8074 ##### Example
8076     void use()
8077     {
8078         int i;    // bad: i is needlessly accessible after loop
8079         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
8080         // no intended use of i here
8081         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
8083         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
8084             // ... deal with Circle ...
8085         }
8086         else {
8087             // ... handle error ...
8088         }
8089     }
8091 ##### Example, bad
8093     void use(const string& name)
8094     {
8095         string fn = name + ".txt";
8096         ifstream is {fn};
8097         Record r;
8098         is >> r;
8099         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
8100     }
8102 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`
8103 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
8104 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
8106     Record load_record(const string& name)
8107     {
8108         string fn = name + ".txt";
8109         ifstream is {fn};
8110         Record r;
8111         is >> r;
8112         return r;
8113     }
8115     void use(const string& name)
8116     {
8117         Record r = load_record(name);
8118         // ... 200 lines of code ...
8119     }
8121 ##### Enforcement
8123 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
8124 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
8126 ### <a name="Res-cond"></a>ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
8128 ##### Reason
8130 Readability. Minimize resource retention.
8132 ##### Example
8134     void use()
8135     {
8136         for (string s; cin >> s;)
8137             v.push_back(s);
8139         for (int i = 0; i < 20; ++i) {   // good: i is local to for-loop
8140             // ...
8141         }
8143         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {   // good: pc is local to if-statement
8144             // ... deal with Circle ...
8145         }
8146         else {
8147             // ... handle error ...
8148         }
8149     }
8151 ##### Enforcement
8153 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
8154 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
8156 ### <a name="Res-name-length"></a>ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
8158 ##### Reason
8160 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
8162 ##### Example
8164 Conventional short, local names increase readability:
8166     template<typename T>    // good
8167     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
8168     {
8169         for (int i = 0; i < v.end(); ++i)
8170             os << v[i] << '\n';
8171     }
8173 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
8175     template<typename Element_type>   // bad: verbose, hard to read
8176     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
8177     {
8178         for (int current_element_index = 0;
8179                 current_element_index < current_vector.end();
8180                 ++current_element_index
8181         )
8182         target_stream << current_vector[i] << '\n';
8183     }
8185 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
8187 ##### Example
8189 Unconventional and short non-local names obscure code:
8191     void use1(const string& s)
8192     {
8193         // ...
8194         tt(s);   // bad: what is tt()?
8195         // ...
8196     }
8198 Better, give non-local entities readable names:
8200     void use1(const string& s)
8201     {
8202         // ...
8203         trim_tail(s);   // better
8204         // ...
8205     }
8207 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
8209 ##### Example, bad
8211 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
8213     void complicated_algorithm(vector<Record>& vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
8214     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in vi placing (name, index) pairs into out
8215     {
8216         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
8217     }
8219 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
8221 ##### Enforcement
8223 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
8225 ### <a name="Res-name-similar"></a>ES.8: Avoid similar-looking names
8227 ##### Reason
8229 Code clarity and readability. Too-similar names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
8231 ##### Example; bad
8233     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
8235 ##### Example; bad
8237 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.
8239     struct foo { int n; };
8240     struct foo foo();       // BAD, foo is a type already in scope
8241     struct foo x = foo();   // requires disambiguation
8243 ##### Exception
8245 Antique header files might declare non-types and types with the same name in the same scope.
8247 ##### Enforcement
8249 * Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
8250 * Flag a declaration of a variable, function, or enumerator that hides a class or enumeration declared in the same scope.
8252 ### <a name="Res-not-CAPS"></a>ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
8254 ##### Reason
8256 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
8258 ##### Example
8260     // somewhere in some header:
8261     #define NE !=
8263     // somewhere else in some other header:
8264     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
8266     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
8267     switch (direction) {
8268     case N:
8269         // ...
8270     case NE:
8271         // ...
8272     // ...
8273     }
8275 ##### Note
8277 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
8279 ##### Enforcement
8281 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
8283 ### <a name="Res-name-one"></a>ES.10: Declare one name (only) per declaration
8285 ##### Reason
8287 One-declaration-per line increases readability and avoids mistakes related to
8288 the C/C++ grammar. It also leaves room for a more descriptive end-of-line
8289 comment.
8291 ##### Example, bad
8293        char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];   // yuck!
8295 **Exception**: a function declaration can contain several function argument declarations.
8297 ##### Example
8299     template <class InputIterator, class Predicate>
8300     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
8302 or better using concepts:
8304     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
8306 ##### Example
8308     double scalbn(double x, int n);   // OK: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
8312     double scalbn(    // better: x * pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
8313         double x,     // base value
8314         int n         // exponent
8315     );
8319     // better: base * pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
8320     double scalbn(double base, int exponent);
8322 ##### Enforcement
8324 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
8326 ### <a name="Res-auto"></a>ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
8328 ##### Reason
8330 * Simple repetition is tedious and error prone.
8331 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
8332 * In a template function declaration the return type can be a member type.
8334 ##### Example
8336 Consider:
8338     auto p = v.begin();   // vector<int>::iterator
8339     auto s = v.size();
8340     auto h = t.future();
8341     auto q = make_unique<int[]>(s);
8342     auto f = [](int x){ return x + 10; };
8344 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
8346 ##### Example
8348     template<class T>
8349     auto Container<T>::first() -> Iterator;   // Container<T>::Iterator
8351 **Exception**: Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
8353 ##### Example
8355     auto lst = { 1, 2, 3 };   // lst is an initializer list
8356     auto x{1};   // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
8358 ##### Note
8360 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
8362     // ...
8363     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
8365 ##### Enforcement
8367 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
8369 ### <a name="Res-always"></a>ES.20: Always initialize an object
8371 ##### Reason
8373 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
8374 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
8375 Simplify refactoring.
8377 ##### Example
8379     void use(int arg)   // bad: uninitialized variable
8380     {
8381         int i;
8382         // ...
8383         i = 7;   // initialize i
8384     }
8386 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
8388     void use(int arg)   // OK
8389     {
8390         int i = 7;   // OK: initialized
8391         string s;    // OK: default initialized
8392         // ...
8393     }
8395 ##### Note
8397 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
8398 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
8400 * It leads to less readable code
8401 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
8402 * It leads to harder to read code
8403 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
8404 * It hampers refactoring
8406 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
8408 ##### Example
8410 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
8412     widget i;    // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
8413     widget j;
8415     if (cond) {  // bad: i and j are initialized "late"
8416         i = f1();
8417         j = f2();
8418     }
8419     else {
8420         i = f3();
8421         j = f4();
8422     }
8424 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
8425 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
8426 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.
8428 At the cost of repeating `cond` we could write:
8430     widget i = (cond) ? f1() : f3();
8431     widget j = (cond) ? f2() : f4();
8433 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
8435     pair<widget, widget> make_related_widgets(bool x)
8436     {
8437         return (x) ? {f1(), f2()} : {f3(), f4() };
8438     }
8440     auto init = make_related_widgets(cond);
8441     widget i = init.first;
8442     widget j = init.second;
8444 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
8446     auto {i, j} = make_related_widgets(cond);    // Not C++14
8448 Today, we might approximate that using `tie()`:
8450     widget i;       // bad: uninitialized variable
8451     widget j;
8452     tie(i, j) = make_related_widgets(cond);
8454 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
8456 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
8457 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
8458 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case).
8460 ##### Note
8462 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
8463 It has also been a major source of errors and complexity.
8464 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
8466 ##### Exception
8468 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
8469 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input -- and that has been a fertile source of errors and security breaches:
8471     constexpr int max = 8 * 1024;
8472     int buf[max];         // OK, but suspicious: uninitialized
8473     f.read(buf, max);
8475 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
8476 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
8478     constexpr int max = 8 * 1024;
8479     int buf[max] = {0};   // better in some situations
8480     f.read(buf, max);
8482 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
8484     string s;   // s is default initialized to ""
8485     cin >> s;   // s expands to hold the string
8487 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
8489     int i;   // bad
8490     // ...
8491     cin >> i;
8493 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.
8495     int i2 = 0;   // better
8496     // ...
8497     cin >> i;
8499 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
8501 ##### Example
8503 Using an `uninitialized` or sentinel value is a symptom of a problem and not a
8504 solution:
8506     widget i = uninit;  // bad
8507     widget j = uninit;
8509     // ...
8510     use(i);         // possibly used before set
8511     // ...
8513     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
8514         i = f1();
8515         j = f2();
8516     }
8517     else {
8518         i = f3();
8519         j = f4();
8520     }
8522 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?
8524 ##### Note
8526 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
8528     error_code ec;
8529     Value v = [&] {
8530         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
8531         ec = p.first;
8532         return p.second;
8533     }();
8535 or maybe:
8537     Value v = [] {
8538         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
8539         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
8540         return p.second;
8541     }();
8543 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
8545 ##### Enforcement
8547 * Flag every uninitialized variable.
8548   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
8549 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
8550   Passing an uninitialized variable as a reference to non-`const` argument can be assumed to be a write into the variable.
8552 ### <a name="Res-introduce"></a>ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
8554 ##### Reason
8556 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
8558 ##### Example
8560     int x = 7;
8561     // ... no use of x here ...
8562     ++x;
8564 ##### Enforcement
8566 Flag declarations that are distant from their first use.
8568 ### <a name="Res-init"></a>ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
8570 ##### Reason
8572 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
8574 ##### Example, bad
8576     string s;
8577     // ... no use of s here ...
8578     s = "what a waste";
8580 ##### Example, bad
8582     SomeLargeType var;   // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
8584     if (cond)   // some non-trivial condition
8585         Set(&var);
8586     else if (cond2 || !cond3) {
8587         var = Set2(3.14);
8588     }
8589     else {
8590         var = 0;
8591         for (auto& e : something)
8592             var += e;
8593     }
8595     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
8597 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
8598 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
8599 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
8601 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
8603 ##### Enforcement
8605 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
8606 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
8608 ### <a name="Res-list"></a>ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
8610 ##### Reason
8612 The rules for `{}` initialization are simpler, more general, less ambiguous, and safer than for other forms of initialization.
8614 ##### Example
8616        int x {f(99)};
8617        vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
8619 ##### Exception
8621 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
8623     vector<int> v1(10);    // vector of 10 elements with the default value 0
8624     vector<int> v2 {10};   // vector of 1 element with the value 10
8626 ##### Note
8628 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
8630 ##### Example
8632     int x {7.9};   // error: narrowing
8633     int y = 7.9;   // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
8635 ##### Note
8637 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
8639     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
8640     D::D(int a, int b) :m{a, b} {   // member initializer (e.g., m might be a pair)
8641         // ...
8642     };
8643     X var {};   // initialize var to be empty
8644     struct S {
8645         int m {7};   // default initializer for a member
8646         // ...
8647     };
8649 ##### Note
8651 Initialization of a variable declared using `auto` with a single value, e.g., `{v}`, had surprising results until recently:
8653     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
8654     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_list<int> with an element 7
8656     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
8657     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_list<int> with elements 7 and 8
8659 ##### Exception
8661 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
8663     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 25, 38, 63};   // fib10 is a list
8665 ##### Example
8667     template<typename T>
8668     void f()
8669     {
8670         T x1(1);    // T initialized with 1
8671         T x0();     // bad: function declaration (often a mistake)
8673         T y1 {1};   // T initialized with 1
8674         T y0 {};    // default initialized T
8675         // ...
8676     }
8678 **See also**: [Discussion](#???)
8680 ##### Enforcement
8682 Tricky.
8684 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
8685 * Look for `=` after `auto` has been seen.
8687 ### <a name="Res-unique"></a>ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers
8689 ##### Reason
8691 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. It is reliable, it
8692 makes the type system do much of the work to validate ownership safety, it
8693 increases readability, and it has zero or near zero runtime cost.
8695 ##### Example
8697     void use(bool leak)
8698     {
8699         auto p1 = make_unique<int>(7);   // OK
8700         int* p2 = new int{7};            // bad: might leak
8701         // ...
8702         if (leak) return;
8703         // ...
8704     }
8706 If `leak == true` the object pointed to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
8708 ##### Enforcement
8710 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
8712 ### <a name="Res-const"></a>ES.25: Declare objects `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
8714 ##### Reason
8716 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
8718 ##### Example
8720     void f(int n)
8721     {
8722         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
8723         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
8724         // ...
8725     }
8727 ##### Enforcement
8729 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if
8730 not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not
8731 *intended* to vary (vs when it merely did not vary).
8733 ### <a name="Res-recycle"></a>ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
8735 ##### Reason
8737 Readability.
8739 ##### Example, bad
8741     void use()
8742     {
8743         int i;
8744         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
8745         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
8746     }
8748 ##### Enforcement
8750 Flag recycled variables.
8752 ### <a name="Res-stack"></a>ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
8754 ##### Reason
8756 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
8757 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
8759 ##### Example, bad
8761     const int n = 7;
8762     int m = 9;
8764     void f()
8765     {
8766         int a1[n];
8767         int a2[m];   // error: not ISO C++
8768         // ...
8769     }
8771 ##### Note
8773 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
8774 There is a lot of such code.
8775 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
8776 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
8777 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
8779 ##### Example
8781     const int n = 7;
8782     int m = 9;
8784     void f()
8785     {
8786         array<int, n> a1;
8787         stack_array<int> a2(m);
8788         // ...
8789     }
8791 ##### Enforcement
8793 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
8794 * Flag arrays with non-local constant bounds
8796 ### <a name="Res-lambda-init"></a>ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
8798 ##### Reason
8800 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.
8802 ##### Example, bad
8804     widget x;   // should be const, but:
8805     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
8806         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
8807     }                                        // needed to initialize x
8808     // from here, x should be const, but we can't say so in code in this style
8810 ##### Example, good
8812     const widget x = [&]{
8813         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
8814         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
8815             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
8816         }                                          // needed to initialize x
8817         return val;
8818     }();
8820 ##### Example
8822     string var = [&]{
8823         if (!in) return "";   // default
8824         string s;
8825         for (char c : in >> c)
8826             s += toupper(c);
8827         return s;
8828     }(); // note ()
8830 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.
8832 ##### Example
8834     owner<istream&> in = [&]{
8835         switch (source) {
8836         case default:       owned = false; return cin;
8837         case command_line:  owned = true;  return *new istringstream{argv[2]};
8838         case file:          owned = true;  return *new ifstream{argv[2]};
8839     }();
8841 ##### Enforcement
8843 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
8845 ### <a name="Res-macros"></a>ES.30: Don't use macros for program text manipulation
8847 ##### Reason
8849 Macros are a major source of bugs.
8850 Macros don't obey the usual scope and type rules.
8851 Macros ensure that the human reader see something different from what the compiler sees.
8852 Macros complicates tool building.
8854 ##### Example, bad
8856     #define Case break; case   /* BAD */
8858 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
8860 ##### Note
8862 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
8864 ##### Enforcement
8866 Scream when you see a macro that isn't just use for source control (e.g., `#ifdef`)
8868 ### <a name="Res-macros2"></a>ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
8870 ##### Reason
8872 Macros are a major source of bugs.
8873 Macros don't obey the usual scope and type rules.
8874 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
8875 Macros ensure that the human reader sees something different from what the compiler sees.
8876 Macros complicate tool building.
8878 ##### Example, bad
8880     #define PI 3.14
8881     #define SQUARE(a, b) (a * b)
8883 Even if we hadn't left a well-known bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
8885     constexpr double pi = 3.14;
8886     template<typename T> T square(T a, T b) { return a * b; }
8888 ##### Enforcement
8890 Scream when you see a macro that isn't just used for source control (e.g., `#ifdef`)
8892 ### <a name="Res-ALL_CAPS"></a>ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
8894 ##### Reason
8896 Convention. Readability. Distinguishing macros.
8898 ##### Example
8900     #define forever for (;;)   /* very BAD */
8902     #define FOREVER for (;;)   /* Still evil, but at least visible to humans */
8904 ##### Enforcement
8906 Scream when you see a lower case macro.
8908 ### <a name="Res-MACROS"></a>ES.33: If you must use macros, give them unique names
8910 ##### Reason
8912 Macros do not obey scope rules.
8914 ##### Example
8916     #define MYCHAR        /* BAD, will eventually clash with someone else's MYCHAR*/
8918     #define ZCORP_CHAR    /* Still evil, but less likely to clash */
8920 ##### Note
8922 Avoid macros if you can: [ES.30](#Res-macros), [ES.31](#Res-macros2), and [ES.32](#Res-ALL_CAPS).
8923 However, there are billions of lines of code littered with macros and a long tradition for using and overusing macros.
8924 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.
8926 ##### Enforcement
8928 Warn against short macro names.
8930 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.34: Don't define a (C-style) variadic function
8932 ##### Reason
8934 Not type safe. Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
8936 ##### Example
8938     ??? <vararg>
8940 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
8942 ##### Note
8944 There are rare used of variadic functions in SFINAE code, but those don't actually run and don't need the `<vararg>` implementation mess.
8946 ##### Enforcement
8948 Flag definitions of C-style variadic functions.
8950 ## ES.stmt: Statements
8952 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
8954 ### <a name="Res-switch-if"></a>ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
8956 ##### Reason
8958 * Readability.
8959 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
8960 * a `switch` is enables some heuristic consistency checking. For example, have all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
8962 ##### Example
8964     void use(int n)
8965     {
8966         switch (n) {   // good
8967         case 0:   // ...
8968         case 7:   // ...
8969         }
8970     }
8972 rather than:
8974     void use2(int n)
8975     {
8976         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
8977             // ...
8978         else if (n == 7)
8979             // ...
8980     }
8982 ##### Enforcement
8984 Flag if-then-else chains that check against constants (only).
8986 ### <a name="Res-for-range"></a>ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
8988 ##### Reason
8990 Readability. Error prevention. Efficiency.
8992 ##### Example
8994     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)   // bad
8995             cout << v[i] << '\n';
8997     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p)   // bad
8998         cout << *p << '\n';
9000     for (auto& x : v)    // OK
9001         cout << x << '\n';
9003     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
9004         cout << v[i] + v[i - 1] << '\n';
9006     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
9007         cout << f(v, &v[i]) << '\n';
9009     for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
9010         if (i % 2)
9011             ++i;   // skip even elements
9012         else
9013             cout << v[i] << '\n';
9014     }
9016 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.
9018 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
9020 ##### Note
9022 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
9024     for (string s : vs) // ...
9026 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better:
9028     for (string& s : vs) // ...
9030 Better still, if the loop variable isn't modified or copied:
9032     for (const string& s : vs) // ...
9034 ##### Enforcement
9036 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.
9038 ### <a name="Res-for-while"></a>ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
9040 ##### Reason
9042 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
9044 ##### Example
9046     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
9047      // do work
9048     }
9050 ##### Example, bad
9052     int i = 0;
9053     while (i < vec.size()) {
9054      // do work
9055      i++;
9056     }
9058 ##### Enforcement
9062 ### <a name="Res-while-for"></a>ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
9064 ##### Reason
9066  ???
9068 ##### Example
9070     ???
9072 ##### Enforcement
9076 ### <a name="Res-for-init"></a>ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of as `for`-statement
9078 ##### Reason
9080 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
9081 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
9083 ##### Example
9085     for (int i = 0; i < 100; ++i) {   // GOOD: i var is visible only inside the loop
9086         // ...
9087     }
9089 ##### Example, don't
9091     int j;                            // BAD: j is visible outside the loop
9092     for (j = 0; j < 100; ++j) {
9093         // ...
9094     }
9095     // j is still visible here and isn't needed
9097 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
9099 ##### Enforcement
9101 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
9103 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
9104 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
9106 ### <a name="Res-do"></a>ES.75: Avoid `do`-statements
9108 ##### Reason
9110 Readability, avoidance of errors.
9111 The termination condition is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
9113 ##### Example
9115     int x;
9116     do {
9117         cin >> x;
9118         x
9119     } while (x < 0);
9121 ##### Enforcement
9125 ### <a name="Res-goto"></a>ES.76: Avoid `goto`
9127 ##### Reason
9129 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
9131 ##### Exception
9133 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
9135 ##### Example
9137     ???
9139 ##### Example
9141 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
9143     void f()
9144     {
9145         // ...
9146             goto exit;
9147         // ...
9148             goto exit;
9149         // ...
9150     exit:
9151         ... common cleanup code ...
9152     }
9154 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
9156 ##### Enforcement
9158 * 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.
9160 ### <a name="Res-continue"></a>ES.77: ??? `continue`
9162 ##### Reason
9164  ???
9166 ##### Example
9168     ???
9170 ##### Enforcement
9174 ### <a name="Res-break"></a>ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
9176 ##### Reason
9178  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
9179  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
9181 ##### Example
9183     switch (eventType)
9184     {
9185     case Information:
9186         update_status_bar();
9187         break;
9188     case Warning:
9189         write_event_log();
9190     case Error:
9191         display_error_window(); // Bad
9192         break;
9193     }
9195 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
9197     switch (eventType)
9198     {
9199     case Information:
9200         update_status_bar();
9201         break;
9202     case Warning:
9203         write_event_log();
9204         // fallthrough
9205     case Error:
9206         display_error_window(); // Bad
9207         break;
9208     }
9210 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
9212 ##### Note
9214 Multiple case labels of a single statement is OK:
9216     switch (x) {
9217     case 'a':
9218     case 'b':
9219     case 'f':
9220         do_something(x);
9221         break;
9222     }
9224 ##### Enforcement
9226 Flag all fallthroughs from non-empty `case`s.
9228 ### <a name="Res-default"></a>ES.79: ??? `default`
9230 ##### Reason
9232  ???
9234 ##### Example
9236     ???
9238 ##### Enforcement
9242 ### <a name="Res-empty"></a>ES.85: Make empty statements visible
9244 ##### Reason
9246 Readability.
9248 ##### Example
9250     for (i = 0; i < max; ++i);   // BAD: the empty statement is easily overlooked
9251     v[i] = f(v[i]);
9253     for (auto x : v) {           // better
9254         // nothing
9255     }
9256     v[i] = f(v[i]);
9258 ##### Enforcement
9260 Flag empty statements that are not blocks and don't contain comments.
9262 ### <a name="Res-loop-counter"></a>ES.86: Avoid modifying loop control variables inside the body of raw for-loops
9264 ##### Reason
9266 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.
9268 ##### Example
9270     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
9271         // no updates to i -- ok
9272     }
9274     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
9275         //
9276         if (/* something */) ++i; // BAD
9277         //
9278     }
9280     bool skip = false;
9281     for (int i = 0; i < 10; ++i) {
9282         if (skip) { skip = false; continue; }
9283         //
9284         if (/* something */) skip = true;  // Better: using two variable for two concepts.
9285         //
9286     }
9288 ##### Enforcement
9290 Flag variables that are potentially updated (have a non-const use) in both the loop control iteration-expression and the loop body.
9292 ## ES.expr: Expressions
9294 Expressions manipulate values.
9296 ### <a name="Res-complicated"></a>ES.40: Avoid complicated expressions
9298 ##### Reason
9300 Complicated expressions are error-prone.
9302 ##### Example
9304     // bad: assignment hidden in subexpression
9305     while ((c = getc()) != -1)
9307     // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
9308     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2)
9310     // better, but possibly still too complicated
9311     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)
9313     // OK: iff i and j are not aliased
9314     int x = ++i + ++j;
9316     // OK: iff i != j and i != k
9317     v[i] = v[j] + v[k];
9319     // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
9320     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;
9322     // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
9323     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;
9325     // bad: undefined behavior
9326     x = x++ + x++ + ++x;
9328 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.
9330 ##### Note
9332 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
9334 ##### Example
9336     x = k * y + z;             // OK
9338     auto t1 = k * y;           // bad: unnecessarily verbose
9339     x = t1 + z;
9341     if (0 <= x && x < max)   // OK
9343     auto t1 = 0 <= x;        // bad: unnecessarily verbose
9344     auto t2 = x < max;
9345     if (t1 && t2)            // ...
9347 ##### Enforcement
9349 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:
9351 * 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
9352 * writes to aliased variables
9353 * more than N operators (and what should N be?)
9354 * reliance of subtle precedence rules
9355 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
9356 * implementation defined behavior?
9357 * ???
9359 ### <a name="Res-parens"></a>ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
9361 ##### Reason
9363 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
9365 ##### Example
9367     const unsigned int flag = 2;
9368     unsigned int a = flag;
9370     if (a & flag != 0)  // bad: means a&(flag != 0)
9372 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.
9374     if ((a & flag) != 0)  // OK: works as intended
9376 ##### Note
9378 You should know enough not to need parentheses for:
9380     if (a < 0 || a <= max) {
9381         // ...
9382     }
9384 ##### Enforcement
9386 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
9387 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
9388 * ???
9390 ### <a name="Res-ptr"></a>ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
9392 ##### Reason
9394 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
9396 * Do all pointer arithmetic on a `span` (exception ++p in simple loop???)
9397 * Avoid pointers to pointers
9398 * ???
9400 ##### Example
9402     ???
9404 ##### Enforcement
9406 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
9408 ### <a name="Res-order"></a>ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
9410 ##### Reason
9412 You have no idea what such code does. Portability.
9413 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.
9415 ##### Example
9417     v[i] = ++i;   //  the result is undefined
9419 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
9421 ##### Example
9423     ???
9425 ##### Note
9427 What is safe?
9429 ##### Enforcement
9431 Can be detected by a good analyzer.
9433 ### <a name="Res-order-fct"></a>ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
9435 ##### Reason
9437 Because that order is unspecified.
9439 ##### Example
9441     int i = 0;
9442     f(++i, ++i);
9444 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
9446 ##### Example
9448 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
9450     f1()->m(f2());   // m(f1(), f2())
9451     cout << f1() << f2();   // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
9453 ##### Enforcement
9455 Can be detected by a good analyzer.
9457 ### <a name="Res-magic"></a>ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
9459 ##### Reason
9461 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
9463 ##### Example
9465     for (int m = 1; m <= 12; ++m)   // don't: magic constant 12
9466         cout << month[m] << '\n';
9468 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
9470     constexpr int month_count = 12;   // months are numbered 1..12
9472     for (int m = first_month; m <= month_count; ++m)   // better
9473         cout << month[m] << '\n';
9475 Better still, don't expose constants:
9477     for (auto m : month)
9478         cout << m << '\n';
9480 ##### Enforcement
9482 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
9484 ### <a name="Res-narrowing"></a>ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
9486 ##### Reason
9488 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
9490 ##### Example, bad
9492 A key example is basic narrowing:
9494     double d = 7.9;
9495     int i = d;    // bad: narrowing: i becomes 7
9496     i = (int)d;   // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
9498     void f(int x, long y, double d)
9499     {
9500         char c1 = x;   // bad: narrowing
9501         char c2 = y;   // bad: narrowing
9502         char c3 = d;   // bad: narrowing
9503     }
9505 ##### Note
9507 The guideline support library offers a `narrow` operation for specifying that narrowing is acceptable and a `narrow` ("narrow if") that throws an exception if a narrowing would throw away information:
9509     i = narrow_cast<int>(d);   // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
9510     i = narrow<int>(d);        // OK: throws narrowing_error
9512 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
9514     double d = -7.9;
9515     unsigned u = 0;
9517     u = d;                          // BAD
9518     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
9519     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
9521 ##### Enforcement
9523 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
9525 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only float->char and double->int. Here be dragons! we need data)
9526 * flag all long->char (I suspect int->char is very common. Here be dragons! we need data)
9527 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
9529 ### <a name="Res-nullptr"></a>ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
9531 ##### Reason
9533 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an
9534 `int`. `nullptr` also has a well-specified (very restrictive) type, and thus
9535 works in more scenarios where type deduction might do the wrong thing on `NULL`
9536 or `0`.
9538 ##### Example
9540 Consider:
9542     void f(int);
9543     void f(char*);
9544     f(0);         // call f(int)
9545     f(nullptr);   // call f(char*)
9547 ##### Enforcement
9549 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
9551 ### <a name="Res-casts"></a>ES.48: Avoid casts
9553 ##### Reason
9555 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
9557 ##### Example
9559     ???
9561 ##### Note
9563 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
9564 In fact, they often disable the general rules for using values.
9565 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
9566 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
9568 ##### Note
9570 Casts are necessary in a systems programming language.  For example, how else
9571 would we get the address of a device register into a pointer?  However, casts
9572 are seriously overused as well as a major source of errors.
9574 ##### Note
9576 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
9578 ##### Enforcement
9580 * Force the elimination of C-style casts
9581 * Warn against named casts
9582 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
9584 ### <a name="Res-casts-named"></a>ES.49: If you must use a cast, use a named cast
9586 ##### Reason
9588 Readability. Error avoidance.
9589 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
9591 The named casts are:
9593 * `static_cast`
9594 * `const_cast`
9595 * `reinterpret_cast`
9596 * `dynamic_cast`
9597 * `std::move`         // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
9598 * `std::forward`      // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
9599 * `gsl::narrow_cast`  // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
9600 * `gsl::narrow`       // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
9602 ##### Example
9604     ???
9606 ##### Note
9608 When converting between types with no information loss (e.g. from float to
9609 double or int64 from int32), brace initialization may be used instead.
9611     double d{some_float};
9612     int64_t i{some_int32};
9614 This makes it clear that the type conversion was intended and also prevents
9615 conversions between types that might result in loss of precision. (It is a
9616 compilation error to try to initialize a float from a double in this fashion,
9617 for example.)
9619 ##### Enforcement
9621 Flag C-style and functional casts.
9623 ## <a name="Res-casts-const"></a>ES.50: Don't cast away `const`
9625 ##### Reason
9627 It makes a lie out of `const`.
9629 ##### Note
9631 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
9632 Examples are caching, memoization, and precomputation.
9633 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
9635 ##### Example
9637     ???
9639 ##### Enforcement
9641 Flag `const_cast`s.
9643 ### <a name="Res-range-checking"></a>ES.55: Avoid the need for range checking
9645 ##### Reason
9647 Constructs that cannot overflow do not overflow (and usually run faster):
9649 ##### Example
9651     for (auto& x : v)      // print all elements of v
9652         cout << x << '\n';
9654     auto p = find(v, x);   // find x in v
9656 ##### Enforcement
9658 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
9660 ### <a name="Res-move"></a>ES.56: Write `std::move()` only when you need to explicitly move an object to another scope
9662 ##### Reason
9664 We move, rather than copy, to avoid duplication and for improved performance.
9666 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).
9668 ##### Notes
9670 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.
9672 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`.
9674 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.
9676 ##### Example, bad
9678     void sink(X&& x);   // sink takes ownership of x
9680     void user()
9681     {
9682         X x;
9683         // error: cannot bind an lvalue to a rvalue reference
9684         sink(x);
9685         // OK: sink takes the contents of x, x must now be assumed to be empty
9686         sink(std::move(x));
9688         // ...
9690         // probably a mistake
9691         use(x);
9692     }
9694 Usually, a `std::move()` is used as an argument to a `&&` parameter.
9695 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.
9697     void f() {
9698         string s1 = "supercalifragilisticexpialidocious";
9700         string s2 = s1;             // ok, takes a copy
9701         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");  // ok
9703         // bad, if you want to keep using s1's value
9704         string s3 = move(s1);
9706         // bad, assert will likely fail, s1 likely changed
9707         assert(s1 == "supercalifragilisticexpialidocious");
9708     }
9710 ##### Example
9712     void sink(unique_ptr<widget> p);  // pass ownership of p to sink()
9714     void f() {
9715         auto w = make_unique<widget>();
9716         // ...
9717         sink(std::move(w));               // ok, give to sink()
9718         // ...
9719         sink(w);    // Error: unique_ptr is carefully designed so that you cannot copy it
9720     }
9722 ##### Notes
9724 `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.
9725 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.
9727 Never write `std::move()` just because you've heard "it's more efficient."
9728 In general, don't believe claims of "efficiency" without data (???).
9729 In general, don't complicate your code without reason (??)
9731 ##### Example, bad
9733     vector<int> make_vector() {
9734         vector<int> result;
9735         // ... load result with data
9736         return std::move(result);       // bad; just write "return result;"
9737     }
9739 Never write `return move(local_variable);`, because the language already knows the variable is a move candidate.
9740 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.
9743 ##### Example, bad
9745     vector<int> v = std::move(make_vector());   // bad; the std::move is entirely redundant
9747 Never write `move` on a returned value such as `x = move(f());` where `f` returns by value.
9748 The language already knows that a returned value is a temporary object that can be moved from.
9750 ##### Example
9752     void mover(X&& x) {
9753         call_something(std::move(x));         // ok
9754         call_something(std::forward<X>(x));   // bad, don't std::forward an rvalue reference
9755         call_something(x);                    // suspicious, why not std::move?
9756     }
9758     template<class T>
9759     void forwarder(T&& t) {
9760         call_something(std::move(t));         // bad, don't std::move a forwarding reference
9761         call_something(std::forward<T>(t));   // ok
9762         call_something(t);                    // suspicious, why not std::forward?
9763     }
9765 ##### Enforcement
9767 * 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.
9768 * Flag functions taking an `S&&` parameter if there is no `const S&` overload to take care of lvalues.
9769 * 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.
9770 * Flag when `std::move` is applied to a forwarding reference (`T&&` where `T` is a template parameter type). Use `std::forward` instead.
9771 * 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.)
9772 * Flag when `std::forward` is applied to an rvalue reference (`X&&` where `X` is a concrete type). Use `std::move` instead.
9773 * 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.)
9774 * 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.
9776 ### <a name="Res-new"></a>ES.60: Avoid `new` and `delete` outside resource management functions
9778 ##### Reason
9780 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
9782 ##### Note
9784 also known as "No naked `new`!"
9786 ##### Example, bad
9788     void f(int n)
9789     {
9790         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
9791         // ...
9792         delete[] p;
9793     }
9795 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
9797 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
9799 ##### Enforcement
9801 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
9803 ### <a name="Res-del"></a>ES.61: delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
9805 ##### Reason
9807 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
9809 ##### Example, bad
9811     void f(int n)
9812     {
9813         auto p = new X[n];   // n default constructed Xs
9814         // ...
9815         delete p;   // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
9816     }
9818 ##### Note
9820 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
9822 ##### Enforcement
9824 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
9825 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
9827 ### <a name="Res-arr2"></a>ES.62: Don't compare pointers into different arrays
9829 ##### Reason
9831 The result of doing so is undefined.
9833 ##### Example, bad
9835     void f(int n)
9836     {
9837         int a1[7];
9838         int a2[9];
9839         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
9840         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
9841     }
9843 ##### Note
9845 This example has many more problems.
9847 ##### Enforcement
9851 ### <a name="Res-slice"></a>ES.63: Don't slice
9853 ##### Reason
9855 Slicing -- that is, copying only part of an object using assignment or initialization -- most often leads to errors because
9856 the object was meant to be considered as a whole.
9857 In the rare cases where the slicing was deliberate the code can be surprising.
9859 ##### Example
9861     class Shape { /* ... */ };
9862     class Circle : public Shape { /* ... */ Point c; int r; };
9864     Circle c {{0, 0}, 42};
9865     Shape s {c};    // copy Shape part of Circle
9867 The result will be meaningless because the center and radius will not be copied from `c` into `s`.
9868 The first defense against this is to [define the base class `Shape` not to allow this](#Rc-copy-virtual).
9870 ##### Alternative
9872 If you mean to slice, define an explicit operations to do so.
9873 This saves readers from confusion.
9874 For example:
9876     class Smiley : public Circle {
9877         public:
9878         Circle copy_circle();
9879         // ...
9880     };
9882     Smiley sm { /* ... */ };
9883     Circle c1 {sm};  // ideally prevented by the definition of Circle
9884     Circle c2 {sm.copy_circle()};
9886 ##### Enforcement
9888 Warn against slicing.
9890 ## <a name="SS-numbers"></a>Arithmetic
9892 ### <a name="Res-mix"></a>ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
9894 ##### Reason
9896 Avoid wrong results.
9898 ##### Example
9900     unsigned x = 100;
9901     unsigned y = 102;
9902     cout << abs(x-y) << '\n'; // wrong result
9904 ##### Note
9906 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
9907 This precludes consistency.
9909 ##### Enforcement
9911 Compilers already know and sometimes warn.
9913 ### <a name="Res-unsigned"></a>ES.101: Use unsigned types for bit manipulation
9915 ##### Reason
9917 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
9919 ##### Example
9921     ???
9923 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
9924 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
9925 is going to be surprising for many programmers.
9927 ##### Enforcement
9931 ### <a name="Res-signed"></a>ES.102: Use signed types for arithmetic
9933 ##### Reason
9935 Signed types support modulo arithmetic without surprises from lack of sign bits.
9937 ##### Example
9939     ???
9941 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic - add
9942 comments as necessary noting the reliance on overflow behavior, as such code
9943 is going to be surprising for many programmers.
9945 ##### Enforcement
9949 ### <a name="Res-overflow"></a>ES.103: Don't overflow
9951 ##### Reason
9953 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
9954 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
9956 ##### Example, bad
9958     int a[10];
9959     a[10] = 7;   // bad
9961     int n = 0;
9962     while (n++ < 10)
9963         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
9965 ##### Example, bad
9967     int n = numeric_limits<int>::max();
9968     int m = n + 1;   // bad
9970 ##### Example, bad
9972     int area(int h, int w) { return h * w; }
9974     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);   // bad
9976 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
9978 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
9980 ##### Enforcement
9984 ### <a name="Res-underflow"></a>ES.104: Don't underflow
9986 ##### Reason
9988 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
9990 ##### Example, bad
9992     int a[10];
9993     a[-2] = 7;   // bad
9995     int n = 101;
9996     while (n--)
9997         a[n - 1] = 9;   // bad (twice)
9999 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
10001 ##### Enforcement
10005 ### <a name="Res-zero"></a>ES.105: Don't divide by zero
10007 ##### Reason
10009 The result is undefined and probably a crash.
10011 ##### Note
10013 This also applies to `%`.
10015 ##### Example; bad
10017     double divide(int a, int b) {
10018         // BAD, should be checked (e.g., in a precondition)
10019         return a / b;
10020     }
10022 ##### Example; good
10024     double divide(int a, int b) {
10025         // good, address via precondition (and replace with contracts once C++ gets them)
10026         Expects(b != 0);
10027         return a / b;
10028     }
10030     double divide(int a, int b) {
10031         // good, address via check
10032         return b ? a / b : quiet_NaN<double>();
10033     }
10035 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
10037 ##### Enforcement
10039 * Flag division by an integral value that could be zero
10041 # <a name="S-performance"></a>PER: Performance
10043 ??? should this section be in the main guide???
10045 This section contains rules for people who need high performance or low-latency.
10046 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.
10047 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
10048 Do not blindly try to follow them in general code: achieving the goals of low latency requires extra work.
10050 Performance rule summary:
10052 * [PER.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
10053 * [PER.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
10054 * [PER.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
10055 * [PER.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
10056 * [PER.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
10057 * [PER.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
10058 * [PER.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
10059 * [PER.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
10060 * [PER.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
10061 * [PER.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
10062 * [PER.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
10063 * [PER.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
10064 * [PER.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
10065 * [PER.17: Declare the most used member of a time-critical struct first](#Rper-struct)
10066 * [PER.18: Space is time](#Rper-space)
10067 * [PER.19: Access memory predictably](#Rper-access)
10068 * [PER.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
10070 ### <a name="Rper-reason"></a>PER.1: Don't optimize without reason
10072 ##### Reason
10074 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
10076 ##### Note
10078 Some people optimize out of habit or because it's fun.
10082 ### <a name="Rper-Knuth"></a>PER.2: Don't optimize prematurely
10084 ##### Reason
10086 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
10090 ### <a name="Rper-critical"></a>PER.3: Don't optimize something that's not performance critical
10092 ##### Reason
10094 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
10096 ##### Note
10098 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
10100 Put another way: If your program spends 4% of its processing time doing
10101 computation A and 40% of its time doing computation B, a 50% improvement on A is
10102 only as impactful as a 5% improvement on B. (If you don't even know how much
10103 time is spent on A or B, see <a href="#Rper-reason">PER.1</a> and <a
10104 href="#Rper-Knuth">PER.2</a>.)
10106 ### <a name="Rper-simple"></a>PER.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
10108 ##### Reason
10110 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
10112 ##### Example, good
10114     // clear expression of intent, fast execution
10116     vector<uint8_t> v(100000);
10118     for (auto& c : v)
10119         c = ~c;
10121 ##### Example, bad
10123     // intended to be faster, but is actually slower
10125     vector<uint8_t> v(100000);
10127     for (size_t i = 0; i < v.size(); i += sizeof(uint64_t))
10128     {
10129         uint64_t& quad_word = *reinterpret_cast<uint64_t*>(&v[i]);
10130         quad_word = ~quad_word;
10131     }
10133 ##### Note
10139 ### <a name="Rper-low"></a>PER.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
10141 ##### Reason
10143 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
10145 ##### Note
10151 ### <a name="Rper-measure"></a>PER.6: Don't make claims about performance without measurements
10153 ##### Reason
10155 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
10156 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
10158 ##### Note
10160 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
10162 ##### Note
10164 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
10165 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
10166 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
10167 Often, you will be surprised.
10171 ### <a name="Rper-type"></a>PER.10: Rely on the static type system
10173 ##### Reason
10175 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.
10179 ### <a name="Rper-Comp"></a>PER.11: Move computation from run time to compile time
10183 ### <a name="Rper-alias"></a>PER.12: Eliminate redundant aliases
10187 ### <a name="Rper-indirect"></a>PER.13: Eliminate redundant indirections
10191 ### <a name="Rper-alloc"></a>PER.14: Minimize the number of allocations and deallocations
10195 ### <a name="Rper-alloc0"></a>PER.15: Do not allocate on a critical branch
10199 ### <a name="Rper-compact"></a>PER.16: Use compact data structures
10201 ##### Reason
10203 Performance is typically dominated by memory access times.
10207 ### <a name="Rper-struct"></a>PER.17: Declare the most used member of a time-critical struct first
10211 ### <a name="Rper-space"></a>PER.18: Space is time
10213 ##### Reason
10215 Performance is typically dominated by memory access times.
10219 ### <a name="Rper-access"></a>PER.19: Access memory predictably
10221 ##### Reason
10223 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
10225 ##### Example
10227     int matrix[rows][cols];
10229     // bad
10230     for (int c = 0; c < cols; ++c)
10231         for (int r = 0; r < rows; ++r)
10232             sum += matrix[r][c];
10234     // good
10235     for (int r = 0; r < rows; ++r)
10236         for (int c = 0; c < cols; ++c)
10237             sum += matrix[r][c];
10239 ### <a name="Rper-context"></a>PER.30: Avoid context switches on the critical path
10243 # <a name="S-concurrency"></a>CP: Concurrency and Parallelism
10245 We often want our computers to do many tasks at the same time (or at least make them appear to do them at the same time).
10246 The reasons for doing so varies (e.g., wanting to wait for many events using only a single processor, processing many data streams simultaneously, or utilizing many hardware facilities)
10247 and so does the basic facilities for expressing concurrency and parallelism.
10248 Here, we articulate a few general principles and rules for using the ISO standard C++ facilities for expressing basic concurrency and parallelism.
10250 The core machine support for concurrent and parallel programming is the thread.
10251 Threads allow you to run multiple instances of your program independently, while sharing
10252 the same memory. Concurrent programming is tricky for many reasons, most
10253 importantly that it is undefined behavior to read data in one thread after it
10254 was written by another thread, if there is no proper synchronization between
10255 those threads. Making existing single-threaded code execute concurrently can be
10256 as trivial as adding `std::async` or `std::thread` strategically, or it can be
10257 necessitate a full rewrite, depending on whether the original code was written
10258 in a thread-friendly way.
10260 The concurrency/parallelism rules in this document are designed with three goals
10261 in mind:
10263 * To help you write code that is amenable to being used in a threaded
10264   environment
10265 * To show clean, safe ways to use the threading primitives offered by the
10266   standard library
10267 * To offer guidance on what to do when concurrency and parallelism aren't giving
10268   you the performance gains you need
10270 It is also important to note that concurrency in C++ is an unfinished
10271 story. C++11 introduced many core concurrency primitives, C++14 improved on
10272 them, and it seems that there is much interest in making the writing of
10273 concurrent programs in C++ even easier. We expect some of the library-related
10274 guidance here to change significantly over time.
10276 This section needs a lot of work (obviously).
10277 Please note that we start with rules for relative non-experts.
10278 Real experts must wait a bit;
10279 contributions are welcome,
10280 but please think about the majority of programmers who are struggling to get their concurrent programs correct and performant.
10282 Concurrency and parallelism rule summary:
10284 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
10285 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
10286 * [CP.3: Minimize explicit sharing of writable data](#Rconc-data)
10287 * [CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads](#Rconc-task)
10288 * [CP.8 Don't try to use `volatile` for synchronization](#Rconc-volatile)
10290 See also:
10292 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
10293 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
10294 * [CP.mess: Message passing](#SScp-mess)
10295 * [CP.vec: Vectorization](#SScp-vec)
10296 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
10297 * [CP.etc: Etc. concurrency rules](#SScp-etc)
10299 ### <a name="Rconc-multi"></a>CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
10301 ##### Reason
10303 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or will be sometime in the future.
10304 Code gets re-used.
10305 Libraries using threads may be used from some other part of the program.
10306 Note that this applies most urgently to library code and least urgently to stand-alone applications.
10307 However, thanks to the magic of cut-and-paste, code fragments can turn up in unexpected places.
10309 ##### Example
10311     double cached_computation(double x)
10312     {
10313         static double cached_x = 0.0;
10314         static double cached_result = COMPUTATION_OF_ZERO;
10315         double result;
10317         if (cached_x == x)
10318             return cached_result;
10319         result = computation(x);
10320         cached_x = x;
10321         cached_result = result;
10322         return result;
10323     }
10325 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.
10327 There are several ways that this example could be made safe for a multi-threaded environment:
10329 * Delegate concurrency concerns upwards to the caller.
10330 * Mark the `static` variables as `thread_local` (which might make caching less effective).
10331 * Implement concurrency control, for example, protecting the two `static` variables with a `static` lock (which might reduce performance).
10332 * Have the caller provide the memory to be used for the cache, thereby delegating both memory allocation and concurrency concerns upwards to the caller.
10333 * Refuse to build and/or run in a multi-threaded environment.
10334 * Provide two implementations, one which is used in single-threaded environments and another which is used in multi-threaded environments.
10336 **Exception**: Code that is never run in a multi-threaded environment.
10337 Be careful: there are many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
10338 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
10339 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
10340 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.
10342 ### <a name="Rconc-races"></a>CP.2: Avoid data races
10344 ##### Reason
10346 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
10348 ##### Note
10350 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.
10351 For further information of how to use synchronization well to eliminate data races, please consult a good book about concurrency.
10353 ##### Example, bad
10355 There are many examples of data races that exist, some of which are running in
10356 production software at this very moment. One very simple example:
10358     int get_id() {
10359       static int id = 1;
10360       return id++;
10361     }
10363 The increment here is an example of a data race. This can go wrong in many ways,
10364 including:
10366 * Thread A loads the value of `id`, the OS context switches A out for some
10367   period, during which other threads create hundreds of IDs. Thread A is then
10368   allowed to run again, and `id` is written back to that location as A's read of
10369   `id` plus one.
10370 * Thread A and B load `id` and increment it simultaneously.  They both get the
10371   same ID.
10373 Local static variables are a common source of data races.
10375 ##### Example, bad:
10377     void f(fstream&  fs, regex pat)
10378     {
10379         array<double,max> buf;
10380         int sz = read_vec(fs,buf,max);            // read from fs into buf
10381         gsl::span<double> s {buf,max};
10382         // ...
10383         auto h1 = async([&]{ sort(par,s); });     // spawn a task to sort
10384         // ...
10385         auto h2 = async([&]{ return find_all(buf,sz,pat); });   // span a task to find matches
10386         // ...
10387     }
10389 Here, we have a (nasty) data race on the elements of `buf` (`sort` will both read and write).
10390 All data races are nasty.
10391 Here, we managed to get a data race on data on the stack.
10392 Not all data races are as easy to spot as this one.
10394 ##### Example, bad:
10396     // code not controlled by a lock
10398     unsigned val;
10400     if (val < 5) {
10401         // ... other thread can change val here ...
10402         switch(val) {
10403         case 0: // ...
10404         case 1: // ...
10405         case 2: // ...
10406         case 3: // ...
10407         case 4: // ...
10408         }
10409     }
10411 Now, a compiler that does not know that `val` can change will  most likely implement that `switch` using a jump table with five entries.
10412 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.
10413 Really, "all bets are off" if you get a data race.
10414 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;
10415 this can be a security risk.
10417 ##### Enforcement
10419 Some is possible, do at least something.
10420 There are commercial and open-source tools that try to address this problem, but static tools often have many false positives and run-time tools often have a significant cost.
10421 We hope for better tools.
10423 Help the tools:
10425 * less global data
10426 * fewer `static` variables
10427 * more use of stack memory (and don't pass pointers around too much)
10428 * more immutable data (literals, `constexpr`, and `const`)
10430 ### <a name="Rconc-data"></a>CP.3: Minimize explicit sharing of writable data
10432 ##### Reason
10434 If you don't share writable data, you can't have a data race.
10435 The less sharing you do, the less chance you have to forget to synchanize access (and get data races).
10436 The less sharing you do, the less chance you have to wait on a lock (so performance can improve).
10438 ##### Example
10440     bool validate(const vector<Reading>&);
10441     Graph<Temp_node> validate(const vector<Reading>&);
10442     Image validate(const vector<Reading>&);
10443     // ...
10445     void process_readings(istream& socket1)
10446     {
10447         vector<Reading> surface_readings;
10448         socket1 >> surface_readings;
10449         if (!socket1) throw Bad_input{};
10451         auto h1 = async([&] { if (!validate(surface_readings) throw Invalide_data{}; });
10452         auto h2 = async([&] { return temparature_gradiants(surface_readings); });
10453         auto h3 = async([&] { return altitude_map(surface_readings); });
10454         // ...
10455         auto v1 = h1.get();
10456         auto v2 = h2.get();
10457         auto v3 = h3.get();
10458         // ...
10459     }
10461 Without those `const`s, we would have to review every asynchroneously invoked function for potential data races on `surface_readings`.
10463 ##### Note
10465 Immutable data can be safely and efficiently shared.
10466 No locking is needed: You can't have a data race on a constant.
10468 ##### Enforcement
10473 ### <a name="Rconc-task"></a>CP.4: Think in terms of tasks, rather than threads
10475 ##### Reason
10477 A `thread` is a implementation concept, a way of thinking about the machine.
10478 A task is an application notion, something you'd like to do, preferably concurrently with other tasks.
10479 Application concepts are easier to reason about.
10481 ##### Example
10483     ???
10485 ###### Note
10487 With the exception of `async()`, the standard-library facilities are low-level, machine-oriented, threads-and-lock level.
10488 This is a necessary foundation, but we have to try to raise the level of abstrcation: for productivity, for reliability, and for performance.
10489 This is a potent argument for using higher level, more applications-oriented libraries (if possibly, built on top of standard-library facilities).
10491 ##### Enforcement
10495 ### <a name="Rconc-volatile"></a>CP.8 Don't try to use `volatile` for synchronization
10497 ##### Reason
10499 In C++, unlike some other languages, `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads,
10500 and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware).
10501 It simply has nothing to do with concurrency.
10503 ##### Example, bad:
10505     int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
10507     Pool* use()
10508     {
10509         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
10510     }
10512 Here we have a problem:
10513 This is perfectly good code in a single-threaded program, but have two treads exectute this and
10514 there is a race condition on `free_slots` so that two threads might get the same value and `free_slots`.
10515 That's (obviously) a bad data race, so people trained in other languages may try to fix it like this:
10517     volatile int free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
10519     Pool* use()
10520     {
10521         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
10522     }
10524 This has no effect on synchronization: The data race is still there!
10526 The C++ mechanism for this is `atomic` types:
10528     atomic<int> free_slots = max_slots; // current source of memory for objects
10530     Pool* use()
10531     {
10532         if (int n = free_slots--) return &pool[n];
10533     }
10535 Now the `--` operation is atomic,
10536 rather than a read-increment-write sequence where another thread might get in-between the individual operations.
10538 ##### Alternative
10540 Use `atomic` types where you might have used `volatile` in some other language.
10541 Use a `mutex` for more complicated examples.
10543 ##### See also
10545 [(rare) proper uses of `volatile`](#Rconc-volatile2)
10547 ## <a name="SScp-con"></a>CP.con: Concurrency
10549 This section focuses on relatively ad-hoc uses of multiple threads communicating through shared data.
10551 * For parallel algorithms, see [parallelism](#SScp-par)
10552 * For inter-task communication without explicit sharing, see [messaging](#SScp-mess)
10553 * For vector parallel code, see [vectorization](#SScp-vec)
10554 * For lock-free programming, see [lock free](#SScp-free)
10556 Concurrency rule summary:
10558 * [CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`](#Rconc-raii)
10559 * [CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es](#Rconc-lock)
10560 * [CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)](#Rconc-unknown)
10561 * [CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container](#Rconc-join)
10562 * [CP.24: Think of a detached `thread` as a global container](#Rconc-detach)
10563 * [CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`](#Rconc-raii_thread)
10564 * [CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`](#Rconc-detached_thread)
10565 * [CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)](#Rconc-thread)
10566 * [CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed](#Rconc-join)
10567 * [CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread's](#Rconc-pass)
10568 * [CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, reather by reference or pointer](#Rconc-data)
10569 * [CP.32: To share ownership beween unrelated `thread`s use `shared_ptr`](#Rconc-shared)
10570 * [CP.40: Minimize context switching](#Rconc-switch)
10571 * [CP.41: Minimize thread creation and destruction](#Rconc-create)
10572 * [CP.42: Don't `wait` without a condition](#Rconc-wait)
10573 * [CP.43: Minimize time spent in a critical section](#Rconc-time)
10574 * [CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s](#Rconc-name)
10575 * [CP.50: Define a `mutex` together with the data it protects](#Rconc-mutex)
10576 * ??? when to use a spinlock
10577 * ??? when to use `try_lock()`
10578 * ??? when to prefer `lock_guard` over `unique_lock`
10579 * ??? Time multiplexing
10580 * ??? when/how to use `new thread`
10582 ### <a name="Rconc-raii"></a>CP.20: Use RAII, never plain `lock()`/`unlock()`
10584 ##### Reason
10586 Avoids nasty errors from unreleased locks.
10588 ##### Example, bad
10590     mutex mtx;
10592     void do_stuff()
10593     {
10594         mtx.lock();
10595         // ... do stuff ...
10596         mtx.unlock();
10597     }
10599 Sooner or later, someone will forget the `mtx.unlock()`, place a `return` in the `... do stuff ...`, throw an exception, or something.
10601      mutex mtx;
10603     void do_stuff()
10604     {
10605         unique_lock<mutex> lck {mtx};
10606         // ... do stuff ...
10607     }
10609 ##### Enforcement
10611 Flag calls of member `lock()` and `unlock()`.  ???
10614 ### <a name="Rconc-lock"></a>CP.21: Use `std::lock()` to acquire multiple `mutex`es
10616 ##### Reason
10618 To avoid deadlocks on multiple `mutex`s
10620 ##### Example
10622 This is asking for deadlock:
10624     // thread 1
10625     lock_guard<mutex> lck1(m1);
10626     lock_guard<mutex> lck2(m2);
10628     // thread 2
10629     lock_guard<mutex> lck2(m2);
10630     lock_guard<mutex> lck1(m1);
10632 Instead, use `lock()`:
10634     // thread 1
10635     lock_guard<mutex> lck1(m1,defer_lock);
10636     lock_guard<mutex> lck2(m2,defer_lock);
10637     lock(lck1,lck2);
10639     // thread 2
10640     lock_guard<mutex> lck2(m2,defer_lock);
10641     lock_guard<mutex> lck1(m1,defer_lock);
10642     lock(lck2,lck1);
10644 Here, the writers of `thread1` and `thread2` are still not agreeing on the order of the `mutex`es, but order no longer matters.
10646 ##### Note
10648 In real code, `mutex`es are rarely named to conveniently remind the programmer of an intended relation and intended order of acquisition.
10649 In real code, `mutex`es are not always conveniently aquired on consequtive lines.
10651 I'm really looking forward to be able to write plain
10653     lock_guard lck1(m1,defer_lock);
10655 and have the `mutex` type deduced.
10657 ##### Enforcement
10659 Detect the acquistion of multiple `mutex`es.
10660 This is undecidable in general, but catching common simple examples (like the one above) is easy.
10663 ### <a name="Rconc-unknown"></a>CP.22: Never call unknown code while holding a lock (e.g., a callback)
10665 ##### Reason
10667 If you don't know what a piece of code does, you are risking deadlock.
10669 ##### Example
10671     void do_this(Foo* p)
10672     {
10673         lock_guard<mutex> lck {my_mutex};
10674         // ... do something ...
10675         p->act(my_data);
10676         // ...
10677     }
10679 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),
10680 it may call `do_this` (recursively) and cause a deadlock on `my_mutex`.
10681 Maybe it will lock on a different mutex and not return in a reasonable time, causing delays to any code calling `do_this`.
10683 ##### Example
10685 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.
10686 Such problem cal often be solved by using a `recursive_mutex`. For example:
10688     recursive_mutex my_mutex;
10690     template<typename Action>
10691     void do_something(Action f)
10692     {
10693         unique_lock<recursive_mutex> lck {my_mutex};
10694         // ... do something ...
10695         f(this);    // f will do something to *this
10696         // ...
10697     }
10699 If, as it is likely, `f()` invokes operations on `*this`, we must make sure that the object's invariant holds before the call.   
10701 ##### Enforcement
10703 * Flag calling a virtual function with a non-recursive `mutex` held
10704 * Flag calling a callback with a non-recursive `mutex` held
10707 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.23: Think of a joining `thread` as a scoped container
10709 ##### Reason
10711 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers a used by a `thread`.
10712 If a `thread` joins, we can safely pass pointers to objects in the scope of the `thread` and its enclosing scopes.
10714 ##### Example
10716     void f(int * p)
10717     {
10718         // ...
10719         *p = 99;
10720         // ...
10721     }
10722     int glob = 33;
10724     void some_fct(int* p)
10725     {
10726         int x = 77;
10727         raii_thread t0(f,&x);           // OK
10728         raii_thread t1(f,p);            // OK
10729         raii_thread t2(f,&glob);        // OK
10730         auto q = make_unique<int>(99);
10731         raii_thread t3(f,q.get());      // OK
10732         // ...
10733      }
10735 An `raii_thread` is a `std::thread` with a destructor that joined and cannot be `detached()`.
10736 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointer to it.
10737 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
10738 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
10740 ##### Enforcement
10742 Ensure that `raii_thread`s don't `detach()`.
10743 After that, the usual lifetime and ownership (for local objects) enforcement applies.
10746 ### <a name="Rconc-detach"></a>CP.24: Think of a detached `thread` as a global container
10748 ##### Reason
10750 To maintain pointer safety and avoid leaks, we need to consider what pointers a used by a `thread`.
10751 If a `thread` is detached, we can safely pass pointers to static and free store objects (only).
10753 ##### Example
10755     void f(int * p)
10756     {
10757         // ...
10758         *p = 99;
10759         // ...
10760     }
10762     int glob = 33;
10764     void some_fct(int* p)
10765     {
10766         int x = 77;
10767         std::thread t0(f,&x);           // bad
10768         std::thread t1(f,p);            // bad
10769         std::thread t2(f,&glob);        // OK
10770         auto q = make_unique<int>(99);
10771         std::thread t3(f,q.get());      // bad
10772         // ...
10773         t0.detach();
10774         t1.detach();
10775         t2.detach();
10776         t3.detach();
10777         // ...
10778      }
10780 By "OK" we mean that the object will be in scope ("live") for as long as a `thread` can use the pointers to it.
10781 By "bad" we mean that a `thread` may use a pointer after the pointed-to object is destroyed.
10782 The fact that `thread`s run concurrently doesn't affect the lifetime or ownership issues here;
10783 these `thread`s can be seen as just a function object called from `some_fct`.
10785 ##### Enforcement
10787 In general, it is undecidable whether a `detach()` is executed for a `thread`, but simple common cases are easily detected.
10788 If we cannot prove that a `thread` does not `detatch()`, we must assune that it does and that it outlives the scope in which it was constructed;
10789 After that, the usual lifetime and ownership (for global objects) enforcement applies.
10792 ### <a name="Rconc-raii_thread"></a>CP.25: Prefer `gsl::raii_thread` over `std::thread` unless you plan to `detach()`
10794 ##### Reason
10796 An `raii_thread` is a thread that joins at the end of its scope.
10798 Detatched threads are hard to monitor.
10800 ??? Place all "immortal threads" on the free store rather than `detach()`?
10802 ##### Example
10804     ???
10806 ##### Enforcement
10810 ### <a name="Rconc-detached_thread"></a>CP.26: Prefer `gsl::detached_thread` over `std::thread` if you plan to `detach()`
10812 ##### Reason
10814 Often, the need to `detach` is inherent in the `thread`s task.
10815 Documenting that aids comprehension and helps static analysis.
10817 ##### Example
10819     void heartbeat();
10821     void use()
10822     {
10823         gsl::detached_thread t1(heartbeat);    // obviously need not be joined
10824         std::thread t2(heartbeat);             // do we need to join? (read the code for heartbeat())
10825         // ...
10826     }
10828 Flag unconditional `detach` on a plain `thread`
10831 ### <a name="Rconc-thread"></a>CP.27: Use plain `std::thread` for `thread`s that detach based on a run-time condition (only)
10833 ##### Reason
10835 `thread`s that are supposed to unconditionally `join` or unconditionally `detach` can be clearly identified as such.
10836 The plain `thread`s should be assumed to use the full generality of `std::thread`.
10838 ##### Example
10840     void tricky(thread* t, int n)
10841     {
10842         // ...
10843         if (is_odd(n))
10844             t->detach();
10845         // ...
10846     }
10848     void use(int n)
10849     {
10850         thread t { thricky, this, n };
10851         // ...
10852         // ... should I join here? ...
10853     }
10855 ##### Enforcement
10861 ### <a name="Rconc-join"></a>CP.28: Remember to join scoped `thread`s that are not `detach()`ed
10863 ##### Reason
10865 A `thread` that has not been `detach()`ed when it is destroyed terminates the program.
10867 ##### Example, bad
10869     void f() { std::cout << "Hello "; }
10871     struct F {
10872         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
10873     };
10875     int main()
10876     {
10877         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
10878         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
10879     }  // spot the bugs
10881 ##### Example
10883     void f() { std::cout << "Hello "; }
10885     struct F {
10886         void operator()() { std::cout << "parallel world "; }
10887     };
10889     int main()
10890     {
10891         std::thread t1{f};      // f() executes in separate thread
10892         std::thread t2{F()};    // F()() executes in separate thread
10894         t1.join();
10895         t2.join();
10896     }  // one bad bug left
10898 ??? Is `cout` synchronized?
10900 ##### Enforcement
10902 * Flag `join's for `raii_thread`s ???
10903 * Flag `detach`s for `detached_thread`s
10906 ### <a name="RRconc-pass"></a>CP.30: Do not pass pointers to local variables to non-`raii_thread's
10908 ###### Reason
10910 In general, you cannot know whether a non-`raii_thread` will outlife your thread (so that those pointers will become invalid.
10912 ##### Example, bad
10914     void use()
10915     {
10916         int x = 7;
10917         thread t0 { f, ref(x) };
10918         // ...
10919         t0.detach();
10920     }
10922 The detach` may not be so easy to spot.
10923 Use a `raii_thread` or don't pass the pointer.
10925 ##### Example, bad
10927     ??? put pointer to a local on a queue that is read by a longer-lived thread ???
10929 ##### Enforcement
10931 Flage pointers to locals passed in the constructor of a plain `thread`.
10934 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.31: Pass small amounts of data between threads by value, reather by reference or pointer
10936 ##### Reason
10938 Copying a small amount of data is cheaper to copy and access than to share it using some locking mechanism.
10939 Copying naturally gives unique ownership (simplifies code) and eliminates the possibility of data races.
10941 ##### Note
10943 Defining "small amount" precisely and is impossible.
10945 ##### Example
10947     string modify1(string);
10948     void modify2(shared_ptr<string);
10950     void fct(string& s)
10951     {
10952         auto res = async(modify1,string);
10953         async(modify2,&s);
10954     }
10956 The call of `modify1` involves copying two `string` values; the call of `modify2` does not.
10957 On the other hand, the implementation of `modify1` is exactly as we would have written in for single-threaded code,
10958 wheread the implementation of `modify2` will need some form of locking to avoid data races.
10959 If the string is short (say 10 characters), the call of `modify1` can be surprisingly fast;
10960 essentially all the cost is in the `thread` switch. If the string is long (say 1,000,000 characters), copying it twice
10961 is probably not a good idea.
10963 Note that this argument has nothing to do with `sync` as sunch. It applies equally to considerations about whether to use
10964 message passing or shared memory.
10966 ##### Enforcement
10971 ### <a name="Rconc-shared"></a>[CP.32: To share ownership beween unrelated `thread`s use `shared_ptr`
10973 ##### Reason
10975 If treads are unrelated (that is, not known to be in the same scope or one within the lifetime of the other)
10976 and they need to share free store memory that needs to be deleted, a `shared_ptr` (or equivalent) is the only
10977 safe way to ensure proper deletion.
10979 ##### Example
10981     ???
10983 ##### Note
10985 * A static object (e.g. a global) can be shard because it is not owned in the sense that some thread is responsible for it's deletion.
10986 * An object on free store that is never to be deleted can be shared.
10987 * An object owned by one thread can be safely shared with another as long as that second thread doesn't outlive the owner.
10989 ##### Enforcement
10994 ### <a name="Rconc-switch"></a>CP.40: Minimize context switching
10996 ##### Reason
10998 Context swtiches are expesive.
11000 ##### Example
11002     ???
11004 ##### Enforcement
11009 ### <a name="Rconc-create"></a>CP.41: Minimize thread creation and destruction
11011 ##### Reason
11013 Thread creation is expensive.
11015 ##### Example
11017     void worker(Message m)
11018     {
11019         // process
11020     }
11022     void master(istream& is)
11023     {
11024        for (Message m; is>>m; )
11025             run_list.push_back(new thread(worker,m);}
11026     }
11028 This spawns a `thread` per message, and the `run_list` is presumably managed to destroy those tasks once they are finished.
11030 Instead, we could have a set of pre-created worker threads processing the messages
11032     Sync_queue<Message> work;
11034     void master(istream& is)
11035     {
11036        for (Message m; is>>m; )
11037             work.put(n);
11038     }
11040     void worker()
11041     {
11042         for (Message m; m=work.get(); ) {
11043                // process
11044         }
11045     }
11047     void workers()  // set up worker threads (specifically 4 worker threads)
11048     {
11049         raii_thread w1 {worker};
11050         raii_thread w2 {worker};
11051         raii_thread w3 {worker};
11052         raii_thread w4 {worker};
11053     }
11055 ###### Note
11057 If you system has a good thread pool, use it.
11058 If your system has a good message queue, use it.
11060 ##### Enforcement
11065 ### <a name="Rconc-wait"></a>CP.42: Don't `wait` without a condition
11067 ##### Reason
11069 A `wait` without a condition can miss a wakeup or wake up simply to find that there is no work to do.
11071 ##### Example, bad
11073     std::condition_variable cv;
11074     std::mutex mx;
11076     void thread1()
11077     {
11078         while (true) {
11079             // do some work ...
11080             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
11081             cv.notify_one();    // wake other thread
11082         }
11083     }
11085     void thread2()
11086     {
11087         while (true) {
11088             std::unique_lock<std::mutex> lock(mx);
11089             cv.wait(lock);    // might block forever
11090             // do work ...
11091         }
11092     }
11094 Here, if some other `thread` consumes `thread1`'s notification, `thread2` can wait forever.
11096 ##### Example
11098     template<typename T>
11099     class Sync_queue {
11100     public:
11101         void put(const T& val);
11102         void put(T&& val);
11103         void get(T& val);
11104     private:
11105         mutex mtx;
11106         condition_variable cond;    // this controls access
11107         list<T> q;
11108     };
11110     template<typename T>
11111     void Sync_queue<T>::put(const T& val)
11112     {
11113         lock_guard<mutex> lck(mtx);
11114         q.push_back(val);
11115         cond.notify_one();
11116     }
11118     template<typename T>
11119     void Sync_queue<T>::get(T& val)
11120     {
11121         unique_lock<mutex> lck(mtx);
11122         cond.wait(lck,[this]{ return !q.empty(); });    // prevent spurious wakeup
11123         val=q.front();
11124         q.pop_front();
11125     }
11127 Now if the queue is empty when a thread executing `get()` wakes up (e.g., because another thread has gotton to `get()` before it),
11128 it will immediately go back to sleep, waiting.
11130 ##### Enforcement
11132 Flag all `waits` without conditions.
11135 ### <a name="Rconc-time"></a>CP.43: Minimize time spent in a critical section
11137 ##### Reason
11139 The less time is spent with a `mutex` taken, the less chance that another `thread` has to wait,
11140 and `thread` suspection and resumption are expensive.
11142 ##### Example
11144     void do_something() // bad
11145     {
11146         unique_lock<mutex> lck(my_lock);
11147         do0();  // preparation: does not need lock
11148         do1();  // transaction: needs locking
11149         do2();  // cleanup: does not need locking
11150     }
11152 Here, we are holding the lock for longer than necessary:
11153 We should not have taken the lock before we needed it and should have released it again before starting the cleanup.
11154 We could rewrite this to
11156     void do_something() // bad
11157     {
11158         do0();  // preparation: does not need lock
11159         my_lock.lock();
11160         do1();  // transaction: needs locking
11161         my_lock.unluck();
11162         do2();  // cleanup: does not need locking
11163     }
11165 But that compromises safety and violates the [use RAII](#Rconc-raii) rule.
11166 Instead, add a block for the critical section:
11168     void do_something() // OK
11169     {
11170         do0();  // preparation: does not need lock
11171         {
11172             unique_lock<mutex> lck(my_lock);
11173             do1();  // transaction: needs locking
11174         }
11175         do2();  // cleanup: does not need locking
11176     }
11178 ##### Enforcement
11180 Impossible in general.
11181 Flag "naked" `lock()` and `unlock()`.
11184 ### <a name="Rconc-name"></a>CP.44: Remember to name your `lock_guard`s and `unique_lock`s
11186 ##### Reason
11188 An unnamed local objects is a temporary that immediately goes out of scope.
11190 ##### Example
11192     unique_lock<mutex>(m1);
11193     lock_guard<mutex> {m2};
11194     lock(m1,m2);
11196 This looks innocent enough, but it isn't.
11198 ##### Enforcement
11200 Flag all unnamed `lock_guard`s and `unique_lock`s.
11204 ### <a name="Rconc-mutex"></a>P.50: Define a `mutex` together with the data it guards
11206 ##### Reason
11208 It should be obvious to a reader that the data is to be guarded and how.
11210 ##### Example
11212     struct Record {
11213         std::mutex m;   // take this mutex before accessing other members
11214         // ...
11215     };
11217 ##### Enforcement
11219 ??? Possible?
11222 ## <a name="SScp-par"></a>CP.par: Parallelism
11224 By "parallelism" we refer to a performing a task (more or less) simultaneously ("in parallel with") on many data items.
11226 Parallelism rule summary:
11228 * ???
11229 * ???
11230 * Where appropriate, prefer the standard-library parallel algorithms
11231 * Use algorithms that are designed for parallelism, not algorithms with unnecessary depaendency on linear evaluation
11235 ## <a name="SScp-mess"></a>CP.mess: Message passing
11237 The standard-library facilities are quite low level, focused on the needs of close-to the hardware critical programming using `thread`s, `mutex`ex, `atomic` types, etc.
11238 Most people shouldn't work at this level: it's error-prone and development is slow.
11239 If possible, use a higher level facility: messaging libraries, parallel algorithms, and vectorization.
11240 This section looks at passing messages so that a programmer doesn't have to do explicit synchronization.
11242 Message passing rules summary:
11244 * [CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task](#Rconc-future)
11245 * [CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task](#Rconc-async)
11246 * message queues
11247 * messaging libraries
11249 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
11251 ??? 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?
11254 ### <a name="Rconc-future"></a>CP.60: Use a `future` to return a value from a concurrent task
11256 ##### Reason
11258 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
11259 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
11261 ##### Example
11263     ???
11265 ##### Note
11269 ##### Enforcement
11273 ### <a name="Rconc-async"></a>CP.61: Use a `async()` to spawn a concurrent task
11275 ##### Reason
11277 A `future` preserves the usual function call return semantics for asynchronous tasks.
11278 The is no explicit locking and both correct (value) return and error (exception) return are handled simply.
11280 ##### Example
11282     ???
11284 ##### Note
11286 Unfortunately, `async()` is not perfect.
11287 For example, there is no guarantee that a thread pool is used to minimize thread construction.
11288 In fact, most current `async()` implementations don't.
11289 However, `async()` is simple and logically correct so until something better comes along
11290 and unless you really need to optimize for many asynchroneous tasks, stick with `async()`.
11292 ##### Enforcement
11297 ## <a name="SScp-vec"></a>CP.vec: Vectorization
11299 Vectorization is a technique for executing a number of tasks concurrently without introducing explicit synchronization.
11300 An operation is simply applied to elements of a data structure (a vector, an array, etc.) in parallel.
11301 Vectorization has the interesting property of often requiring no non-local changes to a program.
11302 However, vectorization works best with simple data structures and with algorithms specifically crafted to enable it.
11304 Vectorization rule summary:
11306 * ???
11307 * ???
11309 ## <a name="SScp-free"></a>CP.free: Lock-free programming
11311 Synchrionization using `mutex`es and `condition_variable`s can be relatively expensive.
11312 Furthermore, it can lead to deadlock.
11313 For performance and to eliminate the possibility of deadlock, we sometimes have to use the tricky low-level "lock-free" facilities
11314 that rely on briefly gaining exclusive ("atomic") access to memory.
11315 Lock free programming is also used to implement higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es.
11317 Lock-free programming rule summary:
11319 * [CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to](#Rconc-lockfree)
11320 * [CP.101: Distrust your hardware/compiler combination](#Rconc-distrust)
11321 * [CP.102: Carefully study the literature](#Rconc-litterature)
11322 * how/when to use atomics
11323 * avoid starvation
11324 * use a lock free data structure rather than hand-crafting specific lock-free access
11325 * [CP.110: Use a conventional pattern for double-checked locking](#Rconc-double)
11326 * how/when to compare and swap
11329 ### <a name="Rconc-lockfree"></a>CP.100: Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
11331 ##### Reason
11333 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
11335 ##### Example, bad
11337     extern atomic<Link*> head;        // the shared head of a linked list
11339     Link* nh = new Link(data,nullptr);    // make a link ready for insertion
11340     Link* h = head.load();                // read the shared head of the list
11342     do {
11343         if (h->data<=data) break;        // if so, insert elsewhere
11344         nh->next = h;                    // next element is the previous head
11345     } while (!head.compare_exchange_weak(h,nh));    // write nh to head or to h
11347 Spot the bug.
11348 It would be really hard to find through testing.
11349 Read up on the ABA problem.
11351 **Exception**: [Atomic variables](#???) can be used simply and safely.
11353 ##### Note
11355 Higher-level concurrency mechanisms, such as `thread`s and `mutex`es are implemented using lock-free programming.
11357 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
11360 ### <a name="Rconc-distrust"></a>CP.101: Distrust your hardware/compiler combination
11362 ##### Reason
11364 The low-level hardware interfaces used by lock-free progrmming are among the hardest to implement well and among
11365 the areas where the most subtle portability problems occur.
11366 If you are doing lock-free programming for performance, you need to check for regressions.
11368 ##### Note
11370 Instruction reordering (static and dynamic) makes it hard for us to think effectively at this level (especially if you use relaxed memory models).
11371 Experience, (semi)formal models and model checking can be useful.
11372 Testing - often to an extreme extent - is essential.
11373 "Don't fly too close to the wind."
11375 ##### Enforcement
11377 Have strong rules for re-testing in place that covers any change in hardware, operating system, compiler, and libraries.
11380 ### <a name="Rconc-litterature"></a>CP.102: Carefully study the literature
11382 ##### Reason
11384 With the exception of atomics and a few use standard patterns, lock-free programming is really an expert-only topic.
11385 Become an expert before shipping lock-free code for others to use.
11387 ##### References
11389 * Anthony Williams: C++ concurrency in action. Manning Publications.
11390 * Boehm, Adve, You Don't Know Jack About Shared Variables or Memory Models , Communications of the ACM, Feb 2012.
11391 * Boehm, "Threads Basics", HPL TR 2009-259.
11392 * Adve, Boehm, "Memory Models: A Case for Rethinking Parallel Languages and Hardware", Communications of the ACM, August 2010.
11393 * Boehm, Adve, "Foundations of the C++ Concurrency Memory Model", PLDI 08.
11394 * Mark Batty, Scott Owens, Susmit Sarkar, Peter Sewell, and Tjark Weber, "Mathematizing C++ Concurrency", POPL 2011.
11395 * 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.
11396 * Damian Dechev and Bjarne Stroustrup: Scalable Non-blocking Concurrent Objects for Mission Critical Code. ACM OOPSLA'09. October 2009
11397 * 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.
11400 ### <a name="Rconc-double"></a>CP.110: Use a conventional pattern for double-checked locking
11402 ##### Reason
11404 Double-checked locking is easy to mess up.
11406 ##### Example
11408     atomic<bool> x_init;
11410     if (!x_init.load(memory_order_acquire) {
11411         lock_guard<mutex> lck(x_mutex);
11412         if (!x_init.load(memory_order_relaxed) {
11413             // ... initialize x ...
11414             x_init.store(true, memory_order_release);
11415         }
11416     }
11418     // ... use x ...
11421 ##### Enforcement
11423 ??? Is it possible to detect the idiom?
11426 ## <a name="SScp-etc"></a>CP.etc: Etc. concurrency rules
11428 These rules defy simple catagorization:
11430 * [CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory](#Rconc-volatile2)
11431 * [CP.201: ??? Signals](#Rconc-signal)
11433 ### <a name="Rconc-volatile2"></a>CP.200: Use `volatile` only to talk to non-C++ memory
11435 ##### Reason
11437 `volatile` is used to refer to objectys that are shared with "non-C++" code or hardware that does not follow the C++ memory model.
11439 ##### Example
11441     const volatile long clock;
11443 This describes a register constantly updated by a clock circuit.
11444 `clock` is `volatile` because its value will change without any action from the C++ program that uses it.
11445 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:
11447     long t1 = clock;
11448     // ... no use of clock here ...
11449     long t2 = clock;
11451 `clock` is `const` because the program should not try to write to `clock`.
11453 ###### Note
11455 Unless you are writing the lowest level code manipulating hardware directly, consider `volatile` an esoteric feature that is best avoided.
11457 ###### Example
11459 Usually C++ code receives `volatile` memory that is owned Elsewhere (hardware or another language):
11461     int volatile* vi = get_hardware_memory_location();
11462         // note: we get a pointer to someone else's memory here
11463         // volatile says "treat this with extra respect"
11465 Sometimes C++ code allocates the `volatile` memory and shares it with "elsewhere" (hardware or another language) by deliberately escaping a pointer:
11467     static volatile long vl;
11468     please_use_this(&vl);   // escape a reference to this to "elsewhere" (not C++)
11470 ##### Example; bad
11472 `volatile` local variables are nearly always wrong -- how can they be shared with other languages or hardware if they're emphemeral?
11473 The same applies almost as strongly to member variables, for the same reason.
11475     void f() {
11476         volatile int i = 0; // bad, volatile local variable
11477         // etc.
11478     }
11480     class mytype {
11481         volatile int i = 0; // suspicious, volatile member variable
11482         // etc.
11483     };
11485 ##### Note
11487 In C++, unlike in some other languages, `volatile` has [nothing to do with synchrnization](#Rconc-volatile).
11489 ##### Enforcement
11491 * Flag `volatile T` local and member variables; almost certainly you intended to use `atomic<T>` instead.
11492 * ???
11494 ### <a name="Rconc-signal"></a>CP.201: ??? Signals
11496 ???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")
11499 # <a name="S-errors"></a>E: Error handling
11501 Error handling involves:
11503 * Detecting an error
11504 * Transmitting information about an error to some handler code
11505 * Preserve the state of a program in a valid state
11506 * Avoid resource leaks
11508 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.
11510 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
11512 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
11513 * Resource leaks (including memory leaks)
11514 * Bounds errors
11515 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
11516 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
11517 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
11519 Error-handling rule summary:
11521 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
11522 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
11523 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
11524 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
11525 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
11526 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
11527 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
11528 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
11530 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
11531 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
11532 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
11533 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
11534 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
11535 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
11536 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
11537 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
11539 * [E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management](Re-no-throw-raii)
11540 * [E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast](#Re-no-throw-crash)
11541 * [E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically](#Re-no-throw-codes)
11542 * [E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)](#Re-no-throw)
11544 ### <a name="Re-design"></a>E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
11546 ##### Reason
11548 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
11550 ### <a name="Re-throw"></a>E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
11552 ##### Reason
11554 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
11556 ##### Example
11558     struct Foo {
11559         vector<Thing> v;
11560         File_handle f;
11561         string s;
11562     };
11564     void use()
11565     {
11566         Foo bar {{Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
11567         // ...
11568     }
11570 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.
11571 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
11572 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
11573 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
11574 Note that there is no return value that could contain an error code.
11576 The `File_handle` constructor might defined like this:
11578     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
11579         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
11580     {
11581         if (!f)
11582             throw runtime_error{"File_handle: could not open "S-+ name + " as " + mode"}
11583     }
11585 ##### Note
11587 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
11588 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
11589 Examples:
11591 * A precondition that cannot be met
11592 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
11593 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] =7`)
11594 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
11596 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
11597 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
11599 ##### Note
11601 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
11603 **Exception**: 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`.
11605 **See also**: [RAII](#Re-raii)
11607 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
11609 ##### Note
11611 Before deciding that you cannot afford or don't like exception-based error handling, have a look at the [alternatives](#Re-no-throw-raii).
11613 ### <a name="Re-errors"></a>E.3: Use exceptions for error handling only
11615 ##### Reason
11617 To keep error handling separated from "ordinary code."
11618 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
11620 ##### Example, don't
11622       // don't: exception not used for error handling
11623     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)
11624     {
11625         try {
11626             for (int i =0; i < vec.size(); ++i)
11627                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
11628         } catch (int i) {
11629             return i;
11630         }
11631         return -1;   // not found
11632     }
11634 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
11635 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
11637 ### <a name="Re-design-invariants"></a>E.4: Design your error-handling strategy around invariants
11639 ##### Reason
11641 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.
11643 ##### Note
11645 An [invariant](#Rc-struct) is logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume.
11647 ### <a name="Re-invariant"></a>E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
11649 ##### Reason
11651 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
11652 Not all member functions can be called.
11654 ##### Example
11656     ???
11658 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
11660 ##### Enforcement
11664 ### <a name="Re-raii"></a>E.6: Use RAII to prevent leaks
11666 ##### Reason
11668 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
11670 ##### Example
11672     void f1(int i)   // Bad: possibly leak
11673     {
11674         int* p = new int[12];
11675         // ...
11676         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
11677         // ...
11678     }
11680 We could carefully release the resource before the throw:
11682     void f2(int i)   // Clumsy: explicit release
11683     {
11684         int* p = new int[12];
11685         // ...
11686         if (i < 17) {
11687             delete[] p;
11688             throw Bad {"in f()", i};
11689         }
11690         // ...
11691     }
11693 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
11695     void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle
11696     {
11697         auto p = make_unique<int[]>(12);
11698         // ...
11699         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
11700         // ...
11701     }
11703 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
11705     void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle
11706     {
11707         auto p = make_unique<int[]>(12);
11708         // ...
11709         helper(i);   // may throw
11710         // ...
11711     }
11713 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
11715     void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
11716     {
11717         vector<int> v(12);
11718         // ...
11719         helper(i);   // may throw
11720         // ...
11721     }
11723 ##### Note
11725 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
11727 ##### Note
11729 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
11730 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
11731 We know of only a few good reasons:
11733 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K or memory.
11734 * 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.
11735 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
11736   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
11737 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
11739 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exceptions to implement RAII, or design your RAII objects to never fail.
11740 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
11741 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
11742 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
11744     void f()
11745     {
11746         vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
11747         if (!vs.valid()) {
11748             // handle error or exit
11749         }
11751         Ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
11752         if (!fs.valid()) {
11753             // handle error or exit
11754         }
11756         // ...
11757     } // destructors clean up as usual
11759 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
11760 Prefer to use exceptions.
11762 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
11764 ##### Enforcement
11768 ### <a name="Re-precondition"></a>E.7: State your preconditions
11770 ##### Reason
11772 To avoid interface errors.
11774 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
11776 ### <a name="Re-postcondition"></a>E.8: State your postconditions
11778 ##### Reason
11780 To avoid interface errors.
11782 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
11784 ### <a name="Re-noexcept"></a>E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
11786 ##### Reason
11788 To make error handling systematic, robust, and efficient.
11790 ##### Example
11792     double compute(double d) noexcept
11793     {
11794         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
11795     }
11797 Here, I know that `compute` will not throw because it is composed out of operations that don't throw. By declaring `compute` to be `noexcept` I give the compiler and human readers information that can make it easier for them to understand and manipulate `compute`.
11799 ##### Note
11801 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
11803 ##### Example
11805     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
11806     {
11807         vector<double> v2(v.size());
11808         // ... do something ...
11809     }
11811 The `noexcept` here states that I am not willing or able to handle the situation where I cannot construct the local `vector`. That is, I consider memory exhaustion a serious design error (on par with hardware failures) so that I'm willing to crash the program if it happens.
11813 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
11815 ### <a name="Re-never-throw"></a>E.13: Never throw while being the direct owner of an object
11817 ##### Reason
11819 That would be a leak.
11821 ##### Example
11823     void leak(int x)   // don't: may leak
11824     {
11825         auto p = new int{7};
11826         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{}  // may leak *p
11827         // ...
11828         delete p;   // we may never get here
11829     }
11831 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
11833     void no_leak(int x)
11834     {
11835         auto p = make_unique<int>(7);
11836         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
11837         // ...
11838         // no need for delete p
11839     }
11841 **See also**: ???resource rule ???
11843 ### <a name="Re-exception-types"></a>E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
11845 ##### Reason
11847 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
11849 ##### Example
11851     void my_code()
11852     {
11853         // ...
11854         throw Moonphase_error{};
11855         // ...
11856     }
11858     void your_code()
11859     {
11860         try {
11861             // ...
11862             my_code();
11863             // ...
11864         }
11865         catch(Bufferpool_exhausted) {
11866             // ...
11867         }
11868     }
11870 ##### Example, don't
11872     void my_code()     // Don't
11873     {
11874         // ...
11875         throw 7;       // 7 means "moon in the 4th quarter"
11876         // ...
11877     }
11879     void your_code()   // Don't
11880     {
11881         try {
11882             // ...
11883             my_code();
11884             // ...
11885         }
11886         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
11887             // ...
11888         }
11889     }
11891 ##### Note
11893 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.
11895 ##### Example, don't
11897     void my_code()   // Don't
11898     {
11899         // ...
11900         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
11901         // ...
11902     }
11904     void your_code()   // Don't
11905     {
11906         try {
11907             // ...
11908             my_code();
11909             // ...
11910         }
11911         catch(runtime_error) {   // runtime_error means "input buffer too small"
11912             // ...
11913         }
11914     }
11916 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
11918 ##### Enforcement
11920 Catch `throw` and `catch` of a built-in type. Maybe warn about `throw` and `catch` using an standard-library `exception` type. Obviously, exceptions derived from the `std::exception` hierarchy is fine.
11922 ### <a name="Re-exception-ref"></a>E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
11924 ##### Reason
11926 To prevent slicing.
11928 ##### Example
11930     void f()
11931     try {
11932         // ...
11933     }
11934     catch (exception e) {   // don't: may slice
11935         // ...
11936     }
11938 Instead, use:
11940     catch (exception& e) { /* ... */ }
11942 ##### Enforcement
11944 Flag by-value exceptions if their types are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
11946 ### <a name="Re-never-fail"></a>E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
11948 ##### Reason
11950 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.
11952 ##### Example, don't
11954     class Connection {
11955         // ...
11956     public:
11957         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
11958         {
11959             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
11960             // ...
11961         }
11962     };
11964 ##### Note
11966 Many have tried to write reliable code violating this rule for examples such as a network connection that "refuses to close". To the best of our knowledge nobody has found a general way of doing this though occasionally, for very specific examples, you can get away with setting some state for future cleanup. Every example we have seen of this is error-prone, specialized, and usually buggy.
11968 ##### Note
11970 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.
11972 ##### Note
11974 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`. Most destructors are implicitly `noexcept` by default.
11976 ##### Enforcement
11978 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`. Catch such operations that are not `noexcept`.
11980 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
11982 ### <a name="Re-not-always"></a>E.17: Don't try to catch every exception in every function
11984 ##### Reason
11986 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
11987 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
11988 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
11990 ##### Example, don't
11992     void f()   // bad
11993     {
11994         try {
11995             // ...
11996         }
11997         catch (...) {
11998             throw;   // propagate exception
11999         }
12000     }
12002 ##### Enforcement
12004 * Flag nested try-blocks.
12005 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
12007 ### <a name="Re-catch"></a>E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
12009 ##### Reason
12011  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
12012  `try`/`catch` can be a sign of unsystematic and/or low-level resource management or error handling.
12014 ##### Example, Bad
12016     void f(zstring s)
12017     {
12018         Gadget* p;
12019         try {
12020             p = new Gadget(s);
12021             // ...
12022         }
12023         catch (Gadget_construction_failure) {
12024             delete p;
12025             throw;
12026         }
12027     }
12029 This code is messy.
12030 There could be a leak from the naked pointer in the `try` block.
12031 Not all exceptions are handled.
12032 `deleting` an object that failed to construct is almost certainly a mistake.
12033 Better:
12035     void f2(zstring s)
12036     {
12037         Gadget g {s};
12038     }
12040 ##### Alternatives
12042 * proper resource handles and [RAII](#Re-raii)
12043 * [`finally`](#Re-finally)
12045 ##### Enforcement
12047 ??? hard, needs a heuristic
12049 ### <a name="Re-finally"></a>E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
12051 ##### Reason
12053 `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
12055 ##### Example
12057     void f(int n)
12058     {
12059         void* p = malloc(1, n);
12060         auto _ = finally([p] { free(p); });
12061         // ...
12062     }
12064 ##### Note
12066 `finally` is not as messy as `try`/`catch`, but it is still ad-hoc.
12067 Prefer [proper resource management objects](#Re-raii).
12069 ### <a name="Re-no-throw-raii"></a>E.25: If you can't throw exceptions, simulate RAII for resource management
12071 ##### Reason
12073 Even without exceptions, [RAII](#Re-raii) is usually the best and most systematic way of dealing with resources.
12075 ##### Note
12077 Error handling using exceptions is the only complete and systematic way of handling non-local errors in C++.
12078 In particular, non-intrusively signaling failure to construct an object requires an exception.
12079 Signaling errors in a way that cannot be ignored requires exceptions.
12080 If you can't use exceptions, simulate their use as best you can.
12082 A lot of fear of exceptions is misguided.
12083 When used for exceptional circumstances in code that is not littered with pointers and complicated control structures,
12084 exception handling is almost always affordable (in time and space) and almost always leads to better code.
12085 This, of course, assumes a good implementation of the exception handling mechanisms, which is not available on all systems.
12086 There are also cases where the problems above do not apply, but exceptions cannot be used for other reasons.
12087 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.
12088 In the absence of appropriate time estimation tools, this is hard to guarantee for exceptions.
12089 Such systems (e.g. flight control software) typically also ban the use of dynamic (heap) memory.
12091 So, the primary guideline for error handling is "use exceptions and [RAII](#Re-raii)."
12092 This section deals with the cases where you either do not have an efficient implementation or exceptions
12093 or have such a rat's nest of old-style code
12094 (e.g., lots of pointers, ill-defined ownership, and lots of unsystematic error handling based on tests of errors codes)
12095 that it is infeasible to introduce simple and systematic exception handling.
12097 Before condemning exceptions or complaining too much about their cost, consider examples of the use of [error codes](#Re-no-throw-codes).
12099 ##### Example
12101 Assume you wanted to write
12103     void func(int n)
12104     {
12105         Gadget g(n);
12106         // ...
12107     }
12109 If the `gadget` isn't correctly constructed, `func` exits with an exception.
12110 If we cannot throw an exception, we can simulate this RAII style of resource handling by adding a `valid()` member function to `Gadget`:
12112     error_indicator func(int n)
12113     {
12114         Gadget g(n);
12115         if (!g.valid()) return gadget_construction_error;
12116         // ...
12117         return 0;   // zero indicates "good"
12118     }
12120 The problem is of course that the caller now have to remember to test the return value.
12122 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
12124 ##### Enforcement
12126 Possible (only) for specific versions of this idea: e.g., test for systematic test of `valid()` after resource handle construction
12128 ## <a name="Re-no-throw-crash"></a>E.26: If you can't throw exceptions, consider failing fast
12130 ##### Reason
12132 If you can't do a good job at recovering, at least you can get out before too much consequential damage is done.
12134 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
12136 ##### Note
12138 If you cannot be systematic about error handling, consider "crashing" as a response to any error that cannot be handled locally.
12139 That is, if you cannot recover from an error in the context of the function that detected it, call `abort()`, `quick_exit()`,
12140 or a similar function that will trigger some sort of system restart.
12142 In systems where you have lots of processes and/or lots of computers, you need to expect and handle fatal crashes anyway,
12143 say from hardware failures.
12144 In such cases, "crashing" is simply leaving error handling to the next level of the system.
12146 ##### Example
12148     void f(int n)
12149     {
12150            // ...
12151            p = static_cast<X*>(malloc(n, X));
12152            if (p == nullptr) abort();     // abort if memory is exhausted
12153            // ...
12154      }
12156 Most systems cannot handle memory exhaustion gracefully anyway. This is roughly equivalent to
12158     void f(Int n)
12159     {
12160            // ...
12161            p = new X[n];    // throw if memory is exhausted (by default, terminate)
12162            // ...
12163      }
12165 Typically, it is a good idea to log the reason for the "crash" before exiting.
12167 ##### Enforcement
12169 Awkward
12171 ## <a name="Re-no-throw-codes"></a>E.27: If you can't throw exceptions, use error codes systematically
12173 ##### Reason
12175 Systematic use of any error-handling strategy minimizes the chance of forgetting to handle an error.
12177 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
12179 ##### Note
12181 There are several issues to be addressed:
12183 * how do you transmit an error indicator from out of a function?
12184 * how do you release all resources from a function before doing an error exit?
12185 * What do you use as an error indicator?
12187 In general, returning an error indicator implies returning two values: The result and an error indicator.
12188 The error indicator can be part of the object, e.g. an object can have a `valid()` indicator
12189 or a pair of values can be returned.
12191 ##### Example
12193     Gadget make_gadget(int n)
12194     {
12195         // ...
12196     }
12198     void user()
12199     {
12200         Gadget g = make_gadget(17);
12201         if (!g.valid()) {
12202                 // error handling
12203         }
12204         // ...
12205     }
12207 This approach fits with [simulated RAII resource management](#Re-no-throw-raii).
12208 The `valid()` function could return an `error_indicator` (e.g. a member of an `error_indicator` enumeration).
12210 ##### Example
12212 What if we cannot or do not want to modify the `Gadget` type?
12213 In that case, we must return a pair of values.
12214 For example:
12216     std::pair<Gadget, error_indicator> make_gadget(int n)
12217     {
12218         // ...
12219     }
12221     void user()
12222     {
12223         auto r = make_gadget(17);
12224         if (!r.second) {
12225                 // error handling
12226         }
12227         Gadget& g = r.first;
12228         // ...
12229     }
12231 As shown, `std::pair` is a possible return type.
12232 Some people prefer a specific type.
12233 For example:
12235     Gval make_gadget(int n)
12236     {
12237         // ...
12238     }
12240     void user()
12241     {
12242         auto r = make_gadget(17);
12243         if (!r.err) {
12244                 // error handling
12245         }
12246         Gadget& g = r.val;
12247         // ...
12248     }
12250 One reason to prefer a specific return type is to have names for its members, rather than the somewhat cryptic `first` and `second`
12251 and to avoid confusion with other uses of `std::pair`.
12253 ###### Example
12255 In general, you must clean up before an error exit.
12256 This can be messy:
12258     std::pair<int, error_indicator> user()
12259     {
12260         Gadget g1 = make_gadget(17);
12261         if (!g1.valid()) {
12262                 return {0, g1_error};
12263         }
12265         Gadget g2 = make_gadget(17);
12266         if (!g2.valid()) {
12267                 cleanup(g1);
12268                 return {0, g2_error};
12269         }
12271         // ...
12273         if (all_foobar(g1, g2)) {
12274             cleanup(g1);
12275             cleanup(g2);
12276             return {0, foobar_error};
12277         // ...
12279         cleanup(g1);
12280         cleanup(g2);
12281         return {res, 0};
12282     }
12284 Simulating RAII can be non-trivial, especially in functions with multiple resources and multiple possible errors.
12285 A not uncommon technique is to gather cleanup at the end of the function to avoid repetition:
12287     std::pair<int, error_indicator> user()
12288     {
12289         error_indicator err = 0;
12291         Gadget g1 = make_gadget(17);
12292         if (!g1.valid()) {
12293                 err = g2_error;
12294                 goto exit;
12295         }
12297         Gadget g2 = make_gadget(17);
12298         if (!g2.valid()) {
12299                 err = g2_error;
12300                 goto exit;
12301         }
12303         if (all_foobar(g1, g2)) {
12304             err = foobar_error;
12305             goto exit;
12306         }
12307         // ...
12309   exit:
12310         if (g1.valid()) cleanup(g1);
12311         if (g1.valid()) cleanup(g2);
12312         return {res, err};
12313     }
12315 The larger the function, the more tempting this technique becomes.
12316 Also, the larger the program becomes the harder it is to apply an error-indicator-based error handling strategy systematically.
12318 We [prefer exception-based error handling](#Re-throw) and recommend [keeping functions short](#Rf-single).
12320 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
12322 ##### Enforcement
12324 Awkward.
12326 ## <a name="Re-no-throw"></a>E.28: Avoid error handling based on global state (e.g. `errno`)
12328 ##### Reason
12330 Global state is hard to manage and it is easy to forget to check it.
12331 When did you last test the return value of `printf()`?
12333 See also [Simulating RAII](#Re-no-throw-raii).
12335 ##### Example, bad
12337     ???
12339 ##### Note
12341 C-style error handling is based on the global variable `errno`, so it is essentially impossible to avoid this style completely.
12343 ##### Enforcement
12345 Awkward.
12347 # <a name="S-const"></a>Con: Constants and Immutability
12349 You can't have a race condition on a constant.
12350 It is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
12351 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
12353 Constant rule summary:
12355 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
12356 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
12357 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
12358 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
12359 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
12361 ### <a name="Rconst-immutable"></a>Con.1: By default, make objects immutable
12363 ##### Reason
12365 Immutable objects are easier to reason about, so make object non-`const` only when there is a need to change their value.
12366 Prevents accidental or hard-to-notice change of value.
12368 ##### Example
12370     for (const string& s : c) cout << s << '\n';    // just reading: const
12372     for (string& s : c) cout << s << '\n';    // BAD: just reading
12374     for (string& s : c) cin >> s;  // needs to write: non-const
12376 ##### Exception
12378 Function arguments are rarely mutated, but also rarely declared const.
12379 To avoid confusion and lots of false positives, don't enforce this rule for function arguments.
12381     void f(const char* const p); // pedantic
12382     void g(const int i);        // pedantic
12384 Note that function parameter is a local variable so changes to it are local.
12386 ##### Enforcement
12388 * Flag non-const variables that are not modified (except for parameters to avoid many false positives)
12390 ### <a name="Rconst-fct"></a>Con.2: By default, make member functions `const`
12392 ##### Reason
12394 A member function should be marked `const` unless it changes the object's observable state.
12395 This gives a more precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, and sometimes more optimization opportunities.
12397 ##### Example; bad
12399     class Point {
12400         int x, y;
12401     public:
12402         int getx() { return x; }    // BAD, should be const as it doesn't modify the object's state
12403         // ...
12404     };
12406     void f(const Point& pt) {
12407         int x = pt.getx();          // ERROR, doesn't compile because getx was not marked const
12408     }
12410 ##### Note
12412 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
12414 ##### Enforcement
12416 * Flag a member function that is not marked `const`, but that does not perform a non-`const` operation on any member variable.
12418 ### <a name="Rconst-ref"></a>Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
12420 ##### Reason
12422  To avoid a called function unexpectedly changing the value.
12423  It's far easier to reason about programs when called functions don't modify state.
12425 ##### Example
12427     void f(char* p);        // does f modify *p? (assume it does)
12428     void g(const char* p);  // g does not modify *p
12430 ##### Note
12432 It is not inherently bad to pass a pointer or reference to non-const,
12433 but that should be done only when the called function is supposed to modify the object.
12435 ##### Note
12437 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
12439 ##### Enforcement
12441 * flag function that does not modify an object passed by  pointer or reference to non-cost
12442 * flag a function that (using a cast) modifies an object passed by pointer or reference to const
12444 ### <a name="Rconst-const"></a>Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
12446 ##### Reason
12448  Prevent surprises from unexpectedly changed object values.
12450 ##### Example
12452     void f()
12453     {
12454         int x = 7;
12455         const int y = 9;
12457         for (;;) {
12458             // ...
12459         }
12460         // ...
12461     }
12463 As `x` is not const, we must assume that it is modified somewhere in the loop.
12465 ##### Enforcement
12467 * Flag unmodified non-const variables.
12469 ### <a name="Rconst-constexpr"></a>Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
12471 ##### Reason
12473 Better performance, better compile-time checking, guaranteed compile-time evaluation, no possibility of race conditions.
12475 ##### Example
12477     double x = f(2);            // possible run-time evaluation
12478     const double x = f(2);      // possible run-time evaluation
12479     constexpr double y = f(2);  // error unless f(2) can be evaluated at compile time
12481 ##### Note
12483 See F.4.
12485 ##### Enforcement
12487 * Flag `const` definitions with constant expression initializers.
12489 # <a name="S-templates"></a>T: Templates and generic programming
12491 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
12492 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
12494 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
12495 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
12497 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
12499 Template use rule summary:
12501 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
12502 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
12503 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
12504 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
12505 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
12507 Concept use rule summary:
12509 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
12510 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
12511 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
12512 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
12513 * ???
12515 Concept definition rule summary:
12517 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
12518 * [T.21: Define concepts to define complete sets of operations](#Rt-complete)
12519 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
12520 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
12521 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
12522 * [T.25: Avoid negating constraints](#Rt-not)
12523 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
12524 * ???
12526 Template interface rule summary:
12528 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
12529 * [T.41: Require complete sets of operations for a concept](#Rt-operations)
12530 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
12531 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
12532 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
12533 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
12534 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
12535 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
12536 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
12537 * [T.50: Avoid writing an unconstrained template in the same namespace as a type](#Rt-unconstrained-adl)
12539 Template definition rule summary:
12541 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
12542 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
12543 * [T.62: Place non-dependent template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
12544 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
12545 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
12546 * [T.66: Use selection using `enable_if` to optionally define a function](#Rt-enable_if)
12547 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
12548 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
12549 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
12551 Template and hierarchy rule summary:
12553 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
12554 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
12555 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
12556 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
12557 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
12558 * [T.??: ????](#Rt-???)
12560 Variadic template rule summary:
12562 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
12563 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
12564 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
12565 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
12566 * [T.??: ????](#Rt-???)
12568 Metaprogramming rule summary:
12570 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
12571 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
12572 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
12573 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
12574 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std-tmp)
12575 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
12576 * [T.??: ????](#Rt-???)
12578 Other template rules summary:
12580 * [T.140: Name all nontrivial operations](#Rt-name)
12581 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
12582 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
12583 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
12584 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
12585 * [T.??: ????](#Rt-???)
12587 ## <a name="SS-GP"></a>T.gp: Generic programming
12589 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
12591 ### <a name="Rt-raise"></a>T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
12593 ##### Reason
12595 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
12597 ##### Example, bad
12599 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":
12601     template<typename T, typename A>
12602         // requires Incrementable<T>
12603     A sum1(vector<T>& v, A s)
12604     {
12605         for (auto x : v) s += x;
12606         return s;
12607     }
12609     template<typename T, typename A>
12610         // requires Simple_number<T>
12611     A sum2(vector<T>& v, A s)
12612     {
12613         for (auto x : v) s = s + x;
12614         return s;
12615     }
12617 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
12618 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
12620 ##### Example
12622     template<typename T, typename A>
12623         // requires Arithmetic<T>
12624     A sum(vector<T>& v, A s)
12625     {
12626         for (auto x : v) s += x;
12627         return s;
12628     }
12630 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
12631 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
12632 can be used for a wide variety of algorithms.
12634 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
12636 ##### Note
12638 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
12639 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
12640 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
12642 ##### Note
12644 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
12645 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
12647 ##### Enforcement
12649 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
12650 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
12652 ### <a name="Rt-algo"></a>T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
12654 ##### Reason
12656 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
12658 ##### Example
12660 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
12662     template<typename Iter, typename Val>
12663         // requires Input_iterator<Iter>
12664         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
12665     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
12666     {
12667         // ...
12668     }
12670 ##### Note
12672 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
12673 Don't overabstract.
12675 ##### Enforcement
12677 ??? tough, probably needs a human
12679 ### <a name="Rt-cont"></a>T.3: Use templates to express containers and ranges
12681 ##### Reason
12683 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
12684 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
12686 ##### Example
12688     template<typename T>
12689         // requires Regular<T>
12690     class Vector {
12691         // ...
12692         T* elem;   // points to sz Ts
12693         int sz;
12694     };
12696     vector<double> v(10);
12697     v[7] = 9.9;
12699 ##### Example, bad
12701     class Container {
12702         // ...
12703         void* elem;   // points to size elements of some type
12704         int sz;
12705     };
12707     Container c(10, sizeof(double));
12708     ((double*)c.elem)[] = 9.9;
12710 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
12712 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
12714 **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.
12715 See [Stable base](#Rt-abi).
12717 ##### Enforcement
12719 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
12721 ### <a name="Rt-expr"></a>T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
12723 ##### Reason
12725  ???
12727 ##### Example
12729     ???
12731 **Exceptions**: ???
12733 ### <a name="Rt-generic-oo"></a>T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
12735 ##### Reason
12737 Generic and OO techniques are complementary.
12739 ##### Example
12741 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
12743     class Command {
12744         // pure virtual functions
12745     };
12747     // implementations
12748     template</*...*/>
12749     class ConcreteCommand : public Command {
12750         // implement virtuals
12751     };
12753 ##### Example
12755 Dynamic helps static: Offer a generic, comfortable, statically bound interface, but internally dispatch dynamically, so you offer a uniform object layout. Examples include type erasure as with `std::shared_ptr`'s deleter. (But [don't overuse type erasure](#Rt-erasure).)
12757 ##### Note
12759 In a class template, nonvirtual functions are only instantiated if they're used -- but virtual functions are instantiated every time. This can bloat code size, and may overconstrain a generic type by instantiating functionality that is never needed. Avoid this, even though the standard facets made this mistake.
12761 ##### Enforcement
12763 * Flag a class template that declares new (non-inherited) virtual functions.
12765 ## <a name="SS-concepts"></a>T.concepts: Concept rules
12767 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
12768 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but not yet supported by currently shipping compilers.
12769 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
12770 (standard and other).
12772 Concept use rule summary:
12774 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
12775 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std-concepts)
12776 * [T.12: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
12777 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
12778 * ???
12780 Concept definition rule summary:
12782 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
12783 * [T.21: Define concepts to define complete sets of operations](#Rt-complete)
12784 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
12785 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
12786 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
12787 * [T.25: Avoid negating constraints](#Rt-not)
12788 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
12789 * ???
12791 ## <a name="SS-concept-use"></a>T.con-use: Concept use
12793 ### <a name="Rt-concepts"></a>T.10: Specify concepts for all template arguments
12795 ##### Reason
12797 Correctness and readability.
12798 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
12799 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
12800 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
12802 ##### Example
12804     template<typename Iter, typename Val>
12805         requires Input_iterator<Iter>
12806                  && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
12807     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
12808     {
12809         // ...
12810     }
12812 or equivalently and more succinctly:
12814     template<Input_iterator Iter, typename Val>
12815         requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
12816     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
12817     {
12818         // ...
12819     }
12821 ##### Note
12823 Until your compilers support the concepts language feature, leave the concepts in comments:
12825     template<typename Iter, typename Val>
12826         // requires Input_iterator<Iter>
12827         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
12828     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
12829     {
12830         // ...
12831     }
12833 ##### Note
12835 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
12836 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
12837 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
12839 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
12841 ##### Enforcement
12843 Flag template type arguments without concepts
12845 ### <a name="Rt-std-concepts"></a>T.11: Whenever possible use standard concepts
12847 ##### Reason
12849  "Standard" concepts (as provided by the GSL, the ISO concepts TS, and hopefully soon the ISO standard itself)
12850 saves us the work of thinking up our own concepts, are better thought out than we can manage to do in a hurry, and improves interoperability.
12852 ##### Note
12854 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
12856 ##### Example
12858     concept<typename T>
12859     // don't define this: Sortable is in the GSL
12860     Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
12862     void sort(Ordered_container& s);
12864 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
12865 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
12866 It is better and simpler just to use `Sortable`:
12868     void sort(Sortable& s);   // better
12870 ##### Note
12872 The set of "standard" concepts is evolving as we approach real (ISO) standardization.
12874 ##### Note
12876 Designing a useful concept is challenging.
12878 ##### Enforcement
12880 Hard.
12882 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
12883 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf)).
12885 ### <a name="Rt-auto"></a>T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
12887 ##### Reason
12889  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
12891 ##### Example
12893     vector<string> v;
12894     auto& x = v.front();     // bad
12895     String& s = v.begin();   // good
12897 ##### Enforcement
12899 * ???
12901 ### <a name="Rt-shorthand"></a>T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
12903 ##### Reason
12905 Readability. Direct expression of an idea.
12907 ##### Example
12909 To say "`T` is `Sortable`":
12911     template<typename T>       // Correct but verbose: "The parameter is
12912         requires Sortable<T>   // of type T which is the name of a type
12913     void sort(T&);             // that is Sortable"
12915     template<Sortable T>       // Better: "The parameter is of type T
12916     void sort(T&);             // which is Sortable"
12918     void sort(Sortable&);      // Best: "The parameter is Sortable"
12920 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
12922 ##### Enforcement
12924 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
12925 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
12927 ## <a name="SS-concepts-def"></a>T.concepts.def: Concept definition rules
12931 ### <a name="Rt-low"></a>T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
12933 ##### Reason
12935 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
12936 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
12937 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
12939 ##### Example, bad
12941     template<typename T>
12942     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
12944     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
12945     {
12946         // ...
12947         return a + b;
12948     }
12950     int x = 7;
12951     int y = 9;
12952     auto z = plus(x, y);   // z = 16
12954     string xx = "7";
12955     string yy = "9";
12956     auto zz = plus(xx, yy);   // zz = "79"
12958 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
12959 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a + b == b + a`.
12961 ##### Note
12963 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
12965 ##### Example (using TS concepts)
12967     template<typename T>
12968     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
12969     concept Number = has_plus<T>
12970                      && has_minus<T>
12971                      && has_multiply<T>
12972                      && has_divide<T>;
12974     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
12975     {
12976         // ...
12977         return a + b;
12978     }
12980     int x = 7;
12981     int y = 9;
12982     auto z = plus(x, y);   // z = 18
12984     string xx = "7";
12985     string yy = "9";
12986     auto zz = plus(xx, yy);   // error: string is not a Number
12988 ##### Note
12990 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
12992 ##### Enforcement
12994 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
12995 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
12997 ### <a name="Rt-complete"></a>T.21: Define concepts to define complete sets of operations
12999 ##### Reason
13001 Improves interoperability. Helps implementers and maintainers.
13003 ##### Example, bad
13005     template<typename T> Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; }   // correct syntax?
13007 This makes no semantic sense. You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
13009 Examples of complete sets are
13011 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
13012 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
13014 ##### Enforcement
13018 ### <a name="Rt-axiom"></a>T.22: Specify axioms for concepts
13020 ##### Reason
13022 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
13023 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.
13024 Specifying semantics is a powerful design tool.
13026 ##### Example
13028     template<typename T>
13029         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
13030         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
13031         concept Number = requires(T a, T b) {
13032             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
13033             {a - b} -> T;
13034             {a * b} -> T;
13035             {a / b} -> T;
13036         }
13038 ##### Note
13040 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
13041 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
13042 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
13044 ##### Note
13046 In this context axioms are Boolean expressions.
13047 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
13048 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
13049 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
13051 ##### Note
13053 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
13055 ##### Exception
13057 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
13058 Finding good semantics can take effort and time.
13059 An incomplete set of constraints can still be very useful:
13061     ??? binary tree: rotate(), ...
13063 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
13064 However, it should not be assumed to be stable. Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
13066 ##### Enforcement
13068 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
13070 ### <a name="Rt-refine"></a>T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
13072 ##### Reason
13074 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
13076 ##### Example
13078     template<typename I>
13079     concept bool Input_iter = requires (I iter) { ++iter; };
13081     template<typename I>
13082     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires (I iter) { iter++; }
13084 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations.
13085 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
13087 This also decreases the burden on implementers of these types since
13088 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
13090 ##### Enforcement
13092 * Flag a concept that has exactly the same requirements as another already-seen concept (neither is more refined). To disambiguate them, see [T.24](#Rt-tag).
13094 ### <a name="Rt-tag"></a>T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
13096 ##### Reason
13098 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
13100 ##### Example
13102     template<typename I>    // iterator providing random access
13103     concept bool RA_iter = ...;
13105     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
13106     concept bool Contiguous_iter =
13107         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // ??? why not is_contiguous<I>() or is_contiguous_v<I>?
13109 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
13111 ##### Note
13113 Traits can be trait classes or type traits.
13114 These can be user-defined or standard-library ones.
13115 Prefer the standard-library ones.
13117 ##### Enforcement
13119 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
13120 * Flag the definition of identical concepts.
13122 ### <a name="Rt-not"></a>T.25: Avoid negating constraints.
13124 ##### Reason
13126 Clarity. Maintainability.
13127 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
13129 ##### Example
13131 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
13133     template<typename T>
13134         requires !C<T>    // bad
13135     void f();
13137     template<typename T>
13138         requires C<T>
13139     void f();
13141 This is better:
13143     template<typename T>   // general template
13144         void f();
13146     template<typename T>   // specialization by concept
13147         requires C<T>
13148     void f();
13150 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
13151 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
13152 version of `f()`, then delete it.
13154     template<typename T>
13155     void f() = delete;
13157 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
13159 ##### Enforcement
13161 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
13162 * Flag all constraint negation
13164 ### <a name="Rt-use"></a>T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
13166 ##### Reason
13168 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
13169 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
13171 ##### Example
13173     ???
13175 ##### Enforcement
13179 ## <a name="SS-temp-interface"></a>Template interfaces
13183 ### <a name="Rt-fo"></a>T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
13185 ##### Reason
13187 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
13188 In general, passing function objects gives better performance than passing pointers to functions.
13190 ##### Example
13192     bool greater(double x, double y) { return x > y; }
13193     sort(v, greater);                                  // pointer to function: potentially slow
13194     sort(v, [](double x, double y) { return x > y; });   // function object
13195     sort(v, greater<>);                                // function object
13197     bool greater_than_7(double x) { return x > 7; }
13198     auto x = find_if(v, greater_than_7);               // pointer to function: inflexible
13199     auto y = find_if(v, [](double x) { return x > 7; }); // function object: carries the needed data
13200     auto z = find_if(v, Greater_than<double>(7));      // function object: carries the needed data
13202 You can, of course, generalize those functions using `auto` or (when and where available) concepts. For example:
13204     auto y1 = find_if(v, [](Ordered x) { return x > 7; }); // require an ordered type
13205     auto z1 = find_if(v, [](auto x) { return x > 7; });    // hope that the type has a >
13207 ##### Note
13209 Lambdas generate function objects.
13211 ##### Note
13213 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
13215 ##### Enforcement
13217 * Flag pointer to function template arguments.
13218 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
13220 ### <a name="Rt-operations"></a>T.41: Require complete sets of operations for a concept
13222 ##### Reason
13224 Ease of comprehension.
13225 Improved interoperability.
13226 Flexibility for template implementers.
13228 ##### Note
13230 The issue here is whether to require the minimal set of operations for a template argument
13231 (e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `+=`).
13232 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
13234 ##### Example, bad
13236     class Minimal {
13237         // ...
13238     };
13240     bool operator==(const Minimal&, const Minimal&);
13241     bool operator<(const Minimal&, const Minimal&);
13242     Minimal operator+(const Minimal&, const Minimal&);
13243     // no other operators
13245     void f(const Minimal& x, const Minimal& y)
13246     {
13247         if (!(x == y) { /* ... */ }    // OK
13248         if (x!=y) { /* ... */ }      //surprise! error
13250         while (!(x<y)) { /* ... */ }    // OK
13251         while (x >= y) { /* ... */ }      //surprise! error
13253         x = x + y;        // OK
13254         x += y;      // surprise! error
13255     }
13257 This is minimal, but surprising and constraining for users.
13258 It could even be less efficient.
13260 ##### Example
13262     class Convenient {
13263         // ...
13264     };
13266     bool operator==(const Convenient&, const Convenient&);
13267     bool operator<(const Convenient&, const Convenient&);
13268     // ... and the other comparison operators ...
13269     Minimal operator+(const Convenient&, const Convenient&);
13270     // .. and the other arithmetic operators ...
13272     void f(const Convenient& x, const Convenient& y)
13273     {
13274         if (!(x == y) { /* ... */ }    // OK
13275         if (x!=y) { /* ... */ }      //OK
13277         while (!(x<y)) { /* ... */ }    // OK
13278         while (x >= y) { /* ... */ }      //OK
13280         x = x + y;     // OK
13281         x += y;      // OK
13282     }
13284 It can be a nuisance to define all operators, but not hard.
13285 Hopefully, C++17 will give you comparison operators by default.
13287 ##### Enforcement
13289 * Flag classes the support "odd" subsets of a set of operators, e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `-`.
13290   Yes, `std::string` is "odd", but it's too late to change that.
13292 ### <a name="Rt-alias"></a>T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
13294 ##### Reason
13296 Improved readability. Implementation hiding. Note that template aliases replace many uses of traits to compute a type. They can also be used to wrap a trait.
13298 ##### Example
13300     template<typename T, size_t N>
13301     class matrix {
13302         // ...
13303         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
13304         // ...
13305     };
13307 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>::`.
13309 ##### Example
13311     template<typename T>
13312     using Value_type = typename container_traits<T>::value_type;
13314 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
13316 ##### Enforcement
13318 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
13319 * ???
13321 ### <a name="Rt-using"></a>T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
13323 ##### Reason
13325 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
13326 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
13327 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
13329 ##### Example
13331     typedef int (*PFI)(int);   // OK, but convoluted
13333     using PFI2 = int (*)(int);   // OK, preferred
13335     template<typename T>
13336     typedef int (*PFT)(T);      // error
13338     template<typename T>
13339     using PFT2 = int (*)(T);   // OK
13341 ##### Enforcement
13343 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
13345 ### <a name="Rt-deduce"></a>T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
13347 ##### Reason
13349 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
13351 ##### Example
13353     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};   // explicit type
13354     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);         // better; deduced type
13356 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
13358 ##### Note
13360 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
13362 ##### Exception
13364 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
13366     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
13367     list<Record*> lst;
13369 ##### Enforcement
13371 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
13373 ### <a name="Rt-regular"></a>T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
13375 ##### Reason
13377  Readability.
13378  Preventing surprises and errors.
13379  Most uses support that anyway.
13381 ##### Example
13383     class X {
13384             // ...
13385     public:
13386         explicit X(int);
13387         X(const X&);            // copy
13388         X operator=(const X&);
13389         X(X&&);                 // move
13390         X& operator=(X&&);
13391         ~X();
13392         // ... no more constructors ...
13393     };
13395     X x {1};    // fine
13396     X y = x;      // fine
13397     std::vector<X> v(10); // error: no default constructor
13399 ##### Note
13401 Semiregular requires default constructible.
13403 ##### Enforcement
13405 * Flag types that are not at least `SemiRegular`.
13407 ### <a name="Rt-visible"></a>T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
13409 ##### Reason
13411  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.
13412  This is particularly annoying/dangerous when ADL is used.
13413  Common names make this problem more likely.
13415 ##### Example
13417     namespace Bad {
13418         struct S { int m; };
13419         template<typename T1, typename T2>
13420         bool operator==(T1, T2) { cout << "Bad\n"; return true; }
13421     }
13423     namespace T0 {
13424         bool operator==(int, Bad::S) { cout << "T0\n"; return true; }  // compare to int
13426         void test()
13427         {
13428             Bad::S bad{ 1 };
13429             vector<int> v(10);
13430             bool b = 1 == bad;
13431             bool b2 = v.size() == bad;
13432        }
13433     }
13435 This prints `T0` and `Bad`.
13437 Now the `==` in `Bad` was designed to cause trouble, but would you have spotted the problem in real code?
13438 The problem is that `v.size()` returns an `unsigned` integer so that a conversion is needed to call the local `==`;
13439 the `==` in `Bad` requires no conversions.
13440 Realistic types, such as the standard library iterators can be made to exhibit similar anti-social tendencies.
13442 ##### Enforcement
13444 ????
13446 ### <a name="Rt-concept-def"></a>T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
13448 ##### Reason
13450  ???
13452 ##### Example
13454     ???
13456 ##### Enforcement
13460 ### <a name="Rt-erasure"></a>T.49: Where possible, avoid type-erasure
13462 ##### Reason
13464 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
13466 ##### Example
13468     ???
13470 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
13472 ##### Enforcement
13476 ### <a name="Rt-unconstrained-adl"></a>T.50: Avoid writing an unconstrained template in the same namespace as a type
13478 ##### Reason
13480 ADL will find the template even when you think it shouldn't.
13482 ##### Example
13484     ???
13486 ##### Note
13488 This rule should not be necessary; the committee cannot agree on how to fix ADL, but at least making it not consider unconstrained templates would solve many of the actual problems and remove the need for this rule.
13490 ##### Enforcement
13492 ??? 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`
13494 ## <a name="SS-temp-def"></a>T.def: Template definitions
13498 ### <a name="Rt-depend"></a>T.60: Minimize a template's context dependencies
13500 ##### Reason
13502 Eases understanding. Minimizes errors from unexpected dependencies. Eases tool creation.
13504 ##### Example
13506     ???
13508 ##### Note
13510 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. For example, an algorithm usually uses other algorithms.
13512 ##### Enforcement
13514 ??? Tricky
13516 ### <a name="Rt-scary"></a>T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
13518 ##### Reason
13520 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
13521 This limits use and typically increases code size.
13523 ##### Example, bad
13525     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
13526         // requires Regular<T> && Allocator<A>
13527     class List {
13528     public:
13529         struct Link {   // does not depend on A
13530             T elem;
13531             T* pre;
13532             T* suc;
13533         };
13535         using iterator = Link*;
13537         iterator first() const { return head; }
13539         // ...
13540     private:
13541         Node* head;
13542     };
13544     List<int> lst1;
13545     List<int, my_allocator> lst2;
13547     ???
13549 This looks innocent enough, but ???
13551     template<typename T>
13552     struct Link {
13553         T elem;
13554         T* pre;
13555         T* suc;
13556     };
13558     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
13559         // requires Regular<T> && Allocator<A>
13560     class List2 {
13561     public:
13563         using iterator = Link<T>*;
13565         iterator first() const { return head; }
13567         // ...
13568     private:
13569         Node* head;
13570     };
13572     List<int> lst1;
13573     List<int, my_allocator> lst2;
13575     ???
13577 ##### Enforcement
13579 * Flag member types that do not depend on every template argument
13580 * Flag member functions that do not depend on every template argument
13582 ### <a name="Rt-nondependent"></a>T.62: Place non-dependent template members in a non-templated base class
13584 ##### Reason
13586  ???
13588 ##### Example
13590     template<typename T>
13591     class Foo {
13592     public:
13593         enum { v1, v2 };
13594         // ...
13595     };
13599     struct Foo_base {
13600         enum { v1, v2 };
13601         // ...
13602     };
13604     template<typename T>
13605     class Foo : public Foo_base {
13606     public:
13607         // ...
13608     };
13610 ##### Note
13612 A more general version of this rule would be
13613 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
13614 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.41](#Rt-scary).
13616 ??? What about constants? class statics?
13618 ##### Enforcement
13620 * Flag ???
13622 ### <a name="Rt-specialization"></a>T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
13624 ##### Reason
13626 A template defines a general interface.
13627 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
13629 ##### Example
13631     ??? string specialization (==)
13633     ??? representation specialization ?
13635 ##### Note
13639 ##### Enforcement
13643 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a>T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
13645 ##### Reason
13647 A template defines a general interface. ???
13649 ##### Example
13651     ??? that's how we get algorithms like `std::copy` which compiles into a `memmove` call if appropriate for the arguments.
13653 ##### Note
13655 When `concept`s become available such alternatives can be distinguished directly.
13657 ##### Enforcement
13661 ### <a name="Rt-enable_if"></a>T.66: Use selection using `enable_if` to optionally define a function
13663 ##### Reason
13665  ???
13667 ##### Example
13669     ???
13671 ##### Enforcement
13675 ### <a name="Rt-specialization2"></a>T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types
13677 ##### Reason
13679  ???
13681 ##### Example
13683     ???
13685 ##### Enforcement
13689 ### <a name="Rt-cast"></a>T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities
13691 ##### Reason
13693  ???
13695 ##### Example
13697     ???
13699 ##### Enforcement
13703 ### <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
13705 ##### Reason
13707 To provide only intended flexibility, and avoid accidental environmental changes.
13709 If you intend to call your own helper function `helper(t)` with a value `t` that depends on a template type parameter, put it in a `::detail` namespace and qualify the call as `detail::helper(t);`. Otherwise the call becomes a customization point where any function `helper` in the namespace of `t`'s type can be invoked instead -- falling into the second option below, and resulting in problems like [unintentionally invoking unconstrained function templates of that name that happen to be in the same namespace as `t`'s type](#Rt-unconstrained-adl).
13711 There are three major ways to let calling code customize a template.
13713 * Call a member function. Callers can provide any type with such a named member function.
13715         template<class T>
13716         void test(T t)
13717         {
13718             t.f();    // require T to provide f()
13719         }
13721 * Call a nonmember function without qualification. Callers can provide any type for which there is such a function available in the caller's context or in the namespace of the type.
13723         template<class T>
13724         void test(T t)
13725         {
13726             // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
13727             f(t);
13728         }
13730 * Invoke a "trait" -- usually a type alias to compute a type, or a `constexpr` function to compute a value, or in rarer cases a traditional traits template to be specialized on the user's type.
13732         template<class T>
13733         void test(T t)
13734         {
13735             // require customizing test_traits<> to get non-default functions/types
13736             test_traits<T>::f(t);
13737             test_traits<T>::value_type x;
13738         }
13740 ##### Enforcement
13742 * 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.
13744 ## <a name="SS-temp-hier"></a>T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
13746 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
13747 for object-oriented programming.
13748 The two language mechanisms can be used effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
13750 ### <a name="Rt-hier"></a>T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
13752 ##### Reason
13754 Templating a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
13756 ##### Example, bad
13758     template<typename T>
13759     struct Container {         // an interface
13760         virtual T* get(int i);
13761         virtual T* first();
13762         virtual T* next();
13763         virtual void sort();
13764     };
13766     template<typename T>
13767     class Vector : public Container<T> {
13768     public:
13769         // ...
13770     };
13772     vector<int> vi;
13773     vector<string> vs;
13775 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.
13777 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
13778 Similar for `vector<string>::sort()`.
13779 Unless those two functions are called that's code bloat.
13780 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
13782 ##### Note
13784 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base; see [Rule](#Rt-abi).
13786 ##### Enforcement
13788 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
13790 ### <a name="Rt-array"></a>T.81: Do not mix hierarchies and arrays
13792 ##### Reason
13794 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
13796 ##### Example
13798 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
13800     void maul(Fruit* p)
13801     {
13802         *p = Pear{};     // put a Pear into *p
13803         p[1] = Pear{};   // put a Pear into p[2]
13804     }
13806     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
13808     maul(aa);
13809     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
13810     Apple& a1 = &aa[1];   // a Pear?
13812 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
13813 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
13814 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
13815 Never write such code.
13817 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
13819 **Alternative**: Use a proper container:
13821     void maul2(Fruit* p)
13822     {
13823         *p = Pear{};   // put a Pear into *p
13824     }
13826     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };   // aa contains Apples (obviously!)
13828     maul2(aa);       // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
13829     maul2(&aa[0]);   // you asked for it
13831     Apple& a0 = &aa[0];   // a Pear?
13833 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
13835 ##### Enforcement
13837 * Detect this horror!
13839 ### <a name="Rt-linear"></a>T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
13841 ##### Reason
13843  ???
13845 ##### Example
13847     ???
13849 ##### Enforcement
13853 ### <a name="Rt-virtual"></a>T.83: Do not declare a member function template virtual
13855 ##### Reason
13857 C++ does not support that.
13858 If it did, vtbls could not be generated until link time.
13859 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
13861 ##### Example, don't
13863     class Shape {
13864         // ...
13865         template<class T>
13866         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
13867     };
13869 ##### Note
13871 We need a rule because people keep asking about this
13873 ##### Alternative
13875 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
13877 ##### Enforcement
13879 The compiler handles that.
13881 ### <a name="Rt-abi"></a>T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
13883 ##### Reason
13885 Improve stability of code. Avoids code bloat.
13887 ##### Example
13889 It could be a base class:
13891     struct Link_base {   // stable
13892         Link* suc;
13893         Link* pre;
13894     };
13896     template<typename T>   // templated wrapper to add type safety
13897     struct Link : Link_base {
13898         T val;
13899     };
13901     struct List_base {
13902         Link_base* first;   // first element (if any)
13903         int sz;             // number of elements
13904         void add_front(Link_base* p);
13905         // ...
13906     };
13908     template<typename T>
13909     class List : List_base {
13910     public:
13911         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }   // implicit cast to Link_base
13912         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }   // explicit cast back to Link<T>
13913         // ...
13914     };
13916     List<int> li;
13917     List<string> ls;
13919 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
13920 The `Link` and `List` classes does nothing but type manipulation.
13922 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.
13924 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
13926 ##### Enforcement
13930 ## <a name="SS-variadic"></a>T.var: Variadic template rules
13934 ### <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
13936 ##### Reason
13938 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
13940 ##### Example
13942     ??? printf
13944 ##### Enforcement
13946     * Flag uses of `va_arg` in user code.
13948 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a>T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
13950 ##### Reason
13952  ???
13954 ##### Example
13956     ??? beware of move-only and reference arguments
13958 ##### Enforcement
13962 ### <a name="Rt-variadic-process"></a>T.102: How to process arguments to a variadic template
13964 ##### Reason
13966  ???
13968 ##### Example
13970     ??? forwarding, type checking, references
13972 ##### Enforcement
13976 ### <a name="Rt-variadic-not"></a>T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
13978 ##### Reason
13980 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
13982 ##### Example
13984     ???
13986 ##### Enforcement
13990 ## <a name="SS-meta"></a>T.meta: Template metaprogramming (TMP)
13992 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
13994 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
13995 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
13996 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
13998 ### <a name="Rt-metameta"></a>T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
14000 ##### Reason
14002 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
14003 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
14004 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
14005 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++.
14007 ##### Example, bad
14009     ???
14011 ##### Example, bad
14013     enable_if
14015 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
14017 ##### Example
14019     ??? good
14021 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
14023 ##### Note
14025 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
14027 ### <a name="Rt-emulate"></a>T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
14029 ##### Reason
14031 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
14032 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
14034 ##### Example
14036     template<typename Iter>
14037         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
14038     advance(Iter p, int n) { p += n; }
14040     template<typename Iter>
14041         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
14042     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
14044 ##### Note
14046 Such code is much simpler using concepts:
14048     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
14050     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
14052 ##### Enforcement
14056 ### <a name="Rt-tmp"></a>T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
14058 ##### Reason
14060 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
14062 ##### Note
14064 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
14066 ##### Example
14068     ??? big object / small object optimization
14070 ##### Enforcement
14074 ### <a name="Rt-fct"></a>T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
14076 ##### Reason
14078 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
14079 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
14081 ##### Note
14083 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
14085 ##### Example
14087     template<typename T>
14088         // requires Number<T>
14089     constexpr T pow(T v, int n)   // power/exponential
14090     {
14091         T res = 1;
14092         while (n--) res *= v;
14093         return res;
14094     }
14096     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
14098 ##### Enforcement
14100     * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
14102 ### <a name="Rt-std-tmp"></a>T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
14104 ##### Reason
14106 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
14108 ##### Example
14110     ???
14112 ##### Enforcement
14116 ### <a name="Rt-lib"></a>T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
14118 ##### Reason
14120 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
14121 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
14123 ##### Example
14125     ???
14127 ##### Enforcement
14131 ## <a name="SS-temp-other"></a>Other template rules
14133 ### <a name="Rt-name"></a>T.140: Name all nontrivial operations
14135 ##### Reason
14137 Documentation, readability, opportunity for reuse.
14139 ##### Example
14141     ???
14143 ##### Example, good
14145     ???
14147 ##### Note
14149 whether functions, lambdas, or operators.
14151 ##### Exceptions
14153 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
14154 * Lambdas as [initializers](#???)
14156 ##### Enforcement
14160 ### <a name="Rt-lambda"></a>T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
14162 ##### Reason
14164 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
14166 ##### Example
14168     auto earlyUsersEnd = std::remove_if(users.begin(), users.end(),
14169                                         [](const User &a) { return a.id > 100; });
14171 **Exception**: Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once
14173 ##### Enforcement
14175 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
14177 ### <a name="Rt-var"></a>T.142?: Use template variables to simplify notation
14179 ##### Reason
14181 Improved readability.
14183 ##### Example
14185     ???
14187 ##### Enforcement
14191 ### <a name="Rt-nongeneric"></a>T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
14193 ##### Reason
14195 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
14197 ##### Example
14199 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
14201     for (auto i = first; i < last; ++i) {   // less generic
14202         // ...
14203     }
14205     for (auto i = first; i != last; ++i) {   // good; more generic
14206         // ...
14207     }
14209 Of course, range-for is better still where it does what you want.
14211 ##### Example
14213 Use the least-derived class that has the functionality you need.
14215     class base {
14216     public:
14217         void f();
14218         void g();
14219     };
14221     class derived1 : public base {
14222     public:
14223         void h();
14224     };
14226     class derived2 : public base {
14227     public:
14228         void j();
14229     };
14231     // bad, unless there is a specific reason for limiting to derived1 objects only
14232     void myfunc(derived1& param)
14233     {
14234         use(param.f());
14235         use(param.g());
14236     }
14238     // good, uses only base interface so only commit to that
14239     void myfunc(base& param)
14240     {
14241         use(param.f());
14242         use(param.g());
14243     }
14245 ##### Enforcement
14247 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
14248 * 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.
14249 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
14251 ### <a name="Rt-specialize-function"></a>T.144: Don't specialize function templates
14253 ##### Reason
14255 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.
14257 ##### Example
14259     ???
14261 **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).
14263 ##### Enforcement
14265 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
14267 # <a name="S-cpl"></a>CPL: C-style programming
14269 C and C++ are closely related languages.
14270 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
14271 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
14273 C rule summary:
14275 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
14276 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
14277 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
14279 ### <a name="Rcpl-C"></a>CPL.1: Prefer C++ to C
14281 ##### Reason
14283 C++ provides better type checking and more notational support.
14284 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
14286 ##### Example
14288     char ch = 7;
14289     void* pv = &ch;
14290     int* pi = pv;   // not C++
14291     *pi = 999;      // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
14293 ##### Enforcement
14295 Use a C++ compiler.
14297 ### <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++
14299 ##### Reason
14301 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
14303 ##### Example
14305     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
14306     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
14307     int* p3 = new int[10];                                   // not C
14308     int* p4 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));                // both C and C++
14310 ##### Enforcement
14312 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
14314   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
14316 ### <a name="Rcpl-interface"></a>CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
14318 ##### Reason
14320 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
14322 ##### Example
14324 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.
14325 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.
14327 ##### Example
14329 You can call C from C++:
14331     // in C:
14332     double sqrt(double);
14334     // in C++:
14335     extern "C" double sqrt(double);
14337     sqrt(2);
14339 ##### Example
14341 You can call C++ from C:
14343     // in C:
14344     X call_f(struct Y*, int);
14346     // in C++:
14347     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
14348     {
14349         return p->f(i);   // possibly a virtual function call
14350     }
14352 ##### Enforcement
14354 None needed
14356 # <a name="S-source"></a>SF: Source files
14358 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
14359 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
14361 Source file rule summary:
14363 * [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)
14364 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
14365 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files](#Rs-declaration-header)
14366 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
14367 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
14368 * [SF.6: Use `using`-directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
14369 * [SF.7: Don't put a `using`-directive in a header file](#Rs-using-directive)
14370 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
14371 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
14373 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
14374 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
14375 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
14377 ### <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
14379 ##### Reason
14381 It's a longstanding convention. But consistency is more important, so if your project uses something else, follow that.
14383 ##### Note
14385 This convention reflects a common use pattern: Headers are more often shared with C to compile as both C++ and C, which typically uses `.h`, 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. On the other hand, implementation files are rarely shared with C and so should typically be distinguished from `.c` files, so it's normally best to name all C++ implementation files something else (such as `.cpp`).
14387 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (just recommended as a default) and other names are in widespread use.
14388 Examples are `.hh` and `.cxx`. Use such names equivalently. In this document we refer to `.h` and `.cpp` as a shorthand for header and implementation files, even though the actual extension may be different.
14390 ##### Example
14392     // foo.h:
14393     extern int a;   // a declaration
14394     extern void foo();
14396     // foo.cpp:
14397     int a;   // a definition
14398     void foo() { ++a; }
14400 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
14402 ##### Example, bad
14404     // foo.h:
14405     int a;   // a definition
14406     void foo() { ++a; }
14408 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
14410 ##### Enforcement
14412 * Flag non-conventional file names.
14413 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
14415 ### <a name="Rs-inline"></a>SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
14417 ##### Reason
14419 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
14421 ##### Example
14423     ???
14425 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
14427 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards)
14428 * templates
14429 * class definitions
14430 * function declarations
14431 * `extern` declarations
14432 * `inline` function definitions
14433 * `constexpr` definitions
14434 * `const` definitions
14435 * `using` alias definitions
14436 * ???
14438 ##### Enforcement
14440 Check the positive list above.
14442 ### <a name="Rs-declaration-header"></a>SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple source files
14444 ##### Reason
14446 Maintainability. Readability.
14448 ##### Example, bad
14450     // bar.cpp:
14451     void bar() { cout << "bar\n"; }
14453     // foo.cpp:
14454     extern void bar();
14455     void foo() { bar(); }
14457 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
14458 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
14460 ##### Enforcement
14462 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
14464 ### <a name="Rs-include-order"></a>SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
14466 ##### Reason
14468 Minimize context dependencies and increase readability.
14470 ##### Example
14472     #include<vector>
14473     #include<algorithm>
14474     #include<string>
14476     // ... my code here ...
14478 ##### Example, bad
14480     #include<vector>
14482     // ... my code here ...
14484     #include<algorithm>
14485     #include<string>
14487 ##### Note
14489 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
14491 **Exception**: Are there any in good code?
14493 ##### Enforcement
14495 Easy.
14497 ### <a name="Rs-consistency"></a>SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
14499 ##### Reason
14501 This enables the compiler to do an early consistency check.
14503 ##### Example, bad
14505     // foo.h:
14506     void foo(int);
14507     int bar(long double);
14508     int foobar(int);
14510     // foo.cpp:
14511     void foo(int) { /* ... */ }
14512     int bar(double) { /* ... */ }
14513     double foobar(int);
14515 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
14517 ##### Example
14519     // foo.h:
14520     void foo(int);
14521     int bar(long double);
14522     int foobar(int);
14524     // foo.cpp:
14525     #include<foo.h>
14527     void foo(int) { /* ... */ }
14528     int bar(double) { /* ... */ }
14529     double foobar(int);   // error: wrong return type
14531 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
14532 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.
14534 ##### Enforcement
14538 ### <a name="Rs-using"></a>SF.6: Use `using`-directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
14540 ##### Reason
14542  ???
14544 ##### Example
14546     ???
14548 ##### Enforcement
14552 ### <a name="Rs-using-directive"></a>SF.7: Don't put a `using`-directive in a header file
14554 ##### Reason
14556 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
14558 ##### Example
14560     ???
14562 ##### Enforcement
14566 ### <a name="Rs-guards"></a>SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
14568 ##### Reason
14570 To avoid files being `#include`d several times.
14572 ##### Example
14574     // file foobar.h:
14575     #ifndef FOOBAR_H
14576     #define FOOBAR_H
14577     // ... declarations ...
14578     #endif // FOOBAR_H
14580 ##### Enforcement
14582 Flag `.h` files without `#include` guards.
14584 ### <a name="Rs-cycles"></a>SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
14586 ##### Reason
14588 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
14589 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
14591 ##### Note
14593 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
14595 ##### Example, bad
14597     // file1.h:
14598     #include "file2.h"
14600     // file2.h:
14601     #include "file3.h"
14603     // file3.h:
14604     #include "file1.h"
14606 ##### Enforcement
14608 Flag all cycles.
14610 ### <a name="Rs-namespace"></a>SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
14612 ##### Reason
14614  ???
14616 ##### Example
14618     ???
14620 ##### Enforcement
14624 ### <a name="Rs-unnamed"></a>SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
14626 ##### Reason
14628 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
14630 ##### Example
14632     ???
14634 ##### Enforcement
14636 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
14638 ### <a name="Rs-unnamed2"></a>SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
14640 ##### Reason
14642 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
14643 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
14645 ##### Example
14647 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.
14649     ???
14651 ##### Enforcement
14653 * ???
14655 # <a name="S-stdlib"></a>SL: The Standard Library
14657 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
14658 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
14660 Standard-library rule summary:
14662 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
14663 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
14664 * ???
14666 ### <a name="Rsl-lib"></a>SL.1:  Use libraries wherever possible
14668 ##### Reason
14670 Save time. Don't re-invent the wheel.
14671 Don't replicate the work of others.
14672 Benefit from other people's work when they make improvements.
14673 Help other people when you make improvements.
14675 ### <a name="Rsl-sl"></a>SL.2: Prefer the standard library to other libraries
14677 ##### Reason
14679 More people know the standard library.
14680 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
14682 ## SL.con: Containers
14684 * [SL.10: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array](#Rsl-arrays)
14685 * [SL.11: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container](#Rsl-vector)
14686   ???
14688 ### <a name="Rsl-arrays"></a>SL.10: Prefer using STL `array` or `vector` instead of a C array
14690 ##### Reason
14692 C arrays are less safe, and have no advantages over `array` and `vector`.
14693 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.
14694 For a variable-length array, use `std::vector`, which additionally can change its size and handles memory allocation.
14696 ##### Example
14698     int v[SIZE];                        // BAD
14700     std::array<int, SIZE> w;             // ok
14702 ##### Example
14704     int* v = new int[initial_size];     // BAD, owning raw pointer
14705     delete[] v;                         // BAD, manual delete
14707     std::vector<int> w(initial_size);   // ok
14709 ##### Enforcement
14711 * 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`.
14713 ### <a name="Rsl-vector"></a>SL.11: Prefer using STL `vector` by default unless you have a reason to use a different container
14715 ##### Reason
14717 `vector` and `array` are the only standard containers that offer the fastest general-purpose access (random access, including being vectorization-friendly), the fastest default access pattern (begin-to-end or end-to-begin is prefetcher-friendly), and the lowest space overhead (contiguous layout has zero per-element overhead, which is cache-friendly). 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`.
14719 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.
14721 ##### Note
14723 `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.
14725 ##### Exceptions
14727 If you have a good reason to use another container, use that instead. For example:
14729 * If `vector` suits your needs but you don't need the container to be variable size, use `array` instead.
14731 * 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.
14733 ##### Enforcement
14735 * 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.
14737 ## SL.str: String
14741 ## SL.io: Iostream
14745 ### SL.???: Use character-level input only when you have to; *expr.low*.
14747 ### SL.???: When reading, always consider ill-formed input; *expr.low*.
14749 ### <a name="Rio-endl"></a>SL.50: Avoid `endl`
14751 ### Reason
14753 The `endl` manipulator is mostly equivalent to `'\\n'` and `"\\n"`;
14754 as most commonly used it simply slows down output by doing redundant `flush()`s.
14755 This slowdown can be significant compared to `printf`-style output.
14757 ##### Example
14759     cout << "Hello, World!" << endl;    // two output operations and a flush
14760     cout << "hello, World!\n";          // one output operation and no flush
14762 ##### Note
14764 For `cin`/`cout` (and equivalent) interaction, there is no reason to flush; that's done automatically.
14765 For writing to a file, there is rarely a need to `flush`.
14767 ##### Note
14769 Apart from the (occasionally important) issue of performance,
14770 the choice between `"\\n"` and `endl` is almost completely aesthetic.
14772 ## SL.regex: Regex
14776 ## SL:c: The C standard library
14778 ### SL.???: C-style strings
14780 ### SL.???: printf/scanf
14782 # <a name="S-A"></a>A: Architectural Ideas
14784 This section contains ideas about ???
14786 ### <a name="Ra-stable"></a>A.1 Separate stable from less stable part of code
14790 ### <a name="Ra-reuse"></a>A.2 Express potentially reusable parts as a library
14794 ### <a name="Ra-lib"></a>A.3 Express potentially separately maintained parts as a library
14798 # <a name="S-not"></a>Non-Rules and myths
14800 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
14801 In the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
14803 Non-rule summary:
14805 * all declarations on top of function
14806 * single-return rule
14807 * no exceptions
14808 * one class per source file
14809 * two-phase initialization
14810 * goto exit
14812 # <a name="S-references"></a>RF: References
14814 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
14815 Many
14817 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
14818 * are written by C++ novices
14819 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
14820 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
14821 * are written to preserve decades old code bases
14822 * aim at a single application domain
14823 * are downright counterproductive
14824 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
14826 A bad coding standard is worse than no coding standard.
14827 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
14829 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
14830 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.
14831 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
14832 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
14834 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
14835 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
14836 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
14838 Reference sections:
14840 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
14841 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
14842 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-Cplusplus)
14843 * [RF.web: Websites](#SS-web)
14844 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
14845 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
14847 ## <a name="SS-rules"></a>RF.rules: Coding rules
14849 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
14850   ???.
14851 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
14852   Has a strong emphasis on code organization and layout.
14853 * Facebook: ???
14854 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
14855   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
14856 * [Google C++ Style Guide](http://google-styleguide.googlecode.com/svn/trunk/cppguide.html).
14857   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.
14858 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
14859   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
14860   For flight control software.
14861   For hard real time.
14862   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
14863   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
14864   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
14865   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
14866   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
14867   Recommended, but note its very specific focus.
14868 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
14869   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
14870   As such, it is restrictive.
14871 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
14872   ???.
14873 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
14874   ???.
14875 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
14876   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
14877   Many of their rules apply generally.
14878 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
14879 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
14880   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
14881 * ???
14883 ## <a name="SS-books"></a>RF.books: Books with coding guidelines
14885 * [Meyers96](#Meyers96) Scott Meyers: *More Effective C++*. Addison-Wesley 1996.
14886 * [Meyers97](#Meyers97) Scott Meyers: *Effective C++, Second Edition*. Addison-Wesley 1997.
14887 * [Meyers01](#Meyers01) Scott Meyers: *Effective STL*. Addison-Wesley 2001.
14888 * [Meyers05](#Meyers05) Scott Meyers: *Effective C++, Third Edition*. Addison-Wesley 2005.
14889 * [Meyers15](#Meyers15) Scott Meyers: *Effective Modern C++*. O'Reilly 2015.
14890 * [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.
14891 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
14892   LCSD05. October 2005.
14893 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
14894   Addison Wesley 2014.
14895   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
14896 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
14897   Addison Wesley 2013.
14898   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
14899 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
14900   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
14901   Mostly low-level naming and layout rules.
14902   Primarily a teaching tool.
14904 ## <a name="SS-Cplusplus"></a>RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
14906 * TC++PL4
14907 * Tour++
14908 * Programming: Principles and Practice using C++
14910 ## <a name="SS-web"></a>RF.web: Websites
14912 * [isocpp.org](http://www.isocpp.com)
14913 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
14914 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
14915 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
14916 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
14917 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
14919 ## <a name="SS-vid"></a>RS.video: Videos about "modern C++"
14921 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
14922 * 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
14923 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
14924 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
14925 * Sutter: ???
14926 * ??? more ???
14928 ## <a name="SS-man"></a>RF.man: Manuals
14930 * ISO C++ Standard C++11
14931 * ISO C++ Standard C++14
14932 * Palo Alto "Concepts" TR
14933 * ISO C++ Concepts TS
14934 * WG21 Ranges report
14936 ## <a name="SS-ack"></a>Acknowledgements
14938 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
14940 * Peter Juhl
14941 * Neil MacIntosh
14942 * Axel Naumann
14943 * Andrew Pardoe
14944 * Gabriel Dos Reis
14945 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
14946 * Sergey Zubkov
14948 # <a name="S-profile"></a>Profiles
14950 A "profile" is a set of deterministic and portably enforceable subset rules (i.e., restrictions) that are designed to achieve a specific guarantee. "Deterministic" means they require only local analysis and could be implemented in a compiler (though they don't need to be). "Portably enforceable" means they are like language rules, so programmers can count on enforcement tools giving the same answer for the same code.
14952 Code written to be warning-free using such a language profile is considered to conform to the profile. Conforming code is considered to be safe by construction with regard to the safety properties targeted by that profile. Conforming code will not be the root cause of errors for that property, although such errors may be introduced into a program by other code, libraries or the external environment. A profile may also introduce additional library types to ease conformance and encourage correct code.
14954 Profiles summary:
14956 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
14957 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
14958 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
14960 ## <a name="SS-type"></a>Type safety profile
14962 This profile makes it easier to construct code that uses types correctly and avoids inadvertent type punning. It does so by focusing on removing the primary sources of type violations, including unsafe uses of casts and unions.
14964 For the purposes of this section, type-safety is defined to be the property that a program does not use a variable as a type it is not. Memory accessed as a type `T` should not be valid memory that actually contains an object of an unrelated type `U`. (Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Bounds safety](#SS-bounds) and [Lifetime safety](#SS-lifetime).)
14966 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
14968 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
14969 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
14970 * selected undefined behavior: ??? this is a big bucket, start with Gaby's UB list
14971 * selected unspecified behavior: ??? would this really be about safety, or more a portability concern?
14972 * constness violations? if we rely on it for safety
14974 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
14976 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a>Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
14978 ##### Reason
14980 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
14982 ##### Example, bad
14984     std::string s = "hello world";
14985     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
14987 ##### Enforcement
14989 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
14991 ### <a name="Pro-type-downcast"></a>Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
14993 ##### Reason
14995 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
14997 ##### Example, bad
14999     class base { public: virtual ~base() = 0; };
15001     class derived1 : public base { };
15003     class derived2 : public base {
15004         std::string s;
15005     public:
15006         std::string get_s() { return s; }
15007     };
15009     derived1 d1;
15010     base* p = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to base is fine
15012     // BAD, tries to treat d1 as a derived2, which it is not
15013     derived2* p2 = static_cast<derived2*>(p);
15014     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
15015     cout << p2->get_s();
15017 ##### Example, bad
15019     struct Foo { int a, b; };
15020     struct Foobar : Foo { int bar; };
15022     void use(int i, Foo& x)
15023     {
15024         if (0 < i) {
15025             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
15026             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
15027             // ...
15028         }
15029         // ...
15030     }
15032     // ...
15034     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
15036 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
15037 It is entirely unsafe.
15038 Look for a better design.
15039 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
15041 ##### Enforcement
15043 Issue a diagnostic for any use of `static_cast` to downcast, meaning to cast from a pointer or reference to `X` to a pointer or reference to a type that is not `X` or an accessible base of `X`. To fix: If this is a downcast or cross-cast then use a `dynamic_cast` instead, otherwise consider using a `variant` instead.
15045 ### <a name="Pro-type-constcast"></a>Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
15047 ##### Reason
15049 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
15051 ##### Example, bad
15053     void f(const int& i)
15054     {
15055         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
15056     }
15058     static int i = 0;
15059     static const int j = 0;
15061     f(i); // silent side effect
15062     f(j); // undefined behavior
15064 ##### Example
15066 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:
15068     class bar;
15070     class foo {
15071         bar mybar;
15072     public:
15073         // BAD, duplicates logic
15074         bar& get_bar() {
15075             /* complex logic around getting a non-const reference to mybar */
15076         }
15078         const bar& get_bar() const {
15079             /* same complex logic around getting a const reference to mybar */
15080         }
15081     };
15083 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`:
15085     class foo {
15086         bar mybar;
15087     public:
15088         // not great, non-const calls const version but resorts to const_cast
15089         bar& get_bar() {
15090             return const_cast<bar&>(static_cast<const foo&>(*this).get_bar());
15091         }
15092         const bar& get_bar() const {
15093             /* the complex logic around getting a const reference to mybar */
15094         }
15095     };
15097 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.
15099 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:
15101     class foo {
15102         bar mybar;
15104         template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
15105         static auto get_bar_impl(T& t) -> decltype(t.get_bar())
15106             { /* the complex logic around getting a possibly-const reference to mybar */ }
15108     public:                         // good
15109               bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
15110         const bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
15111     };
15113 **Exception**: You may need to cast away `const` when calling `const`-incorrect functions. Prefer to wrap such functions in inline `const`-correct wrappers to encapsulate the cast in one place.
15115 ##### Enforcement
15117 Issue a diagnostic for any use of `const_cast`. To fix: Either don't use the variable in a non-`const` way, or don't make it `const`.
15119 ### <a name="Pro-type-cstylecast"></a>Type.4: Don't use C-style `(T)expression` casts that would perform a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`.
15121 ##### Reason
15123 Use of these casts can violate type safety and cause the program to access a variable that is actually of type `X` to be accessed as if it were of an unrelated type `Z`.
15124 Note that a C-style `(T)expression` cast means to perform the first of the following that is possible: a `const_cast`, a `static_cast`, a `static_cast` followed by a `const_cast`, a `reinterpret_cast`, or a `reinterpret_cast` followed by a `const_cast`. This rule bans `(T)expression` only when used to perform an unsafe cast.
15126 ##### Example, bad
15128     std::string s = "hello world";
15129     double* p = (double*)(&s); // BAD
15131     class base { public: virtual ~base() = 0; };
15133     class derived1 : public base { };
15135     class derived2 : public base {
15136         std::string s;
15137     public:
15138         std::string get_s() { return s; }
15139     };
15141     derived1 d1;
15142     base* p = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to base is fine
15144     // BAD, tries to treat d1 as a derived2, which it is not
15145     derived2* p2 = (derived2*)(p);
15146     // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
15147     cout << p2->get_s();
15149     void f(const int& i) {
15150         (int&)(i) = 42;   // BAD
15151     }
15153     static int i = 0;
15154     static const int j = 0;
15156     f(i); // silent side effect
15157     f(j); // undefined behavior
15159 ##### Enforcement
15161 Issue a diagnostic for any use of a C-style `(T)expression` cast that would invoke a `static_cast` downcast, `const_cast`, or `reinterpret_cast`. To fix: Use a `dynamic_cast`, `const`-correct declaration, or `variant`, respectively.
15163 ### <a name="Pro-type-init"></a>Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
15165 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
15167 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a>Type.6: Always initialize a member variable.
15169 ##### Reason
15171 Before a variable has been initialized, it does not contain a deterministic valid value of its type. It could contain any arbitrary bit pattern, which could be different on each call.
15173 ##### Example
15175     struct X { int i; };
15177     X x;
15178     use(x); // BAD, x has not been initialized
15180     X x2{}; // GOOD
15181     use(x2);
15183 ##### Enforcement
15185 * Issue a diagnostic for any constructor of a non-trivially-constructible type that does not initialize all member variables. To fix: Write a data member initializer, or mention it in the member initializer list.
15186 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
15188 ### <a name="Pro-type-unions"></a>Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
15190 ##### Reason
15192 Reading from a union member assumes that member was the last one written, and writing to a union member assumes another member with a nontrivial destructor had its destructor called. This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
15194 ##### Example
15196     union U { int i; double d; };
15198     U u;
15199     u.i = 42;
15200     use(u.d); // BAD, undefined
15202     variant<int, double> u;
15203     u = 42; // u now contains int
15204     use(u.get<int>()); // ok
15205     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
15207 Note that just copying a union is not type-unsafe, so safe code can pass a union from one piece of unsafe code to another.
15209 ##### Enforcement
15211 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
15213 ### <a name="Pro-type-varargs"></a>Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
15215 ##### Reason
15217 Reading from a vararg assumes that the correct type was actually passed. Passing to varargs assumes the correct type will be read. This is fragile because it cannot generally be enforced to be safe in the language and so relies on programmer discipline to get it right.
15219 ##### Example
15221     int sum(...) {
15222         // ...
15223         while (/*...*/)
15224             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
15225         // ...
15226     }
15228     sum(3, 2); // ok
15229     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
15231     template<class ...Args>
15232     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
15233         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
15234     }
15236     sum(3, 2); // ok: 5
15237     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
15239 Note: Declaring a `...` parameter is sometimes useful for techniques that don't involve actual argument passing, notably to declare "take-anything" functions so as to disable "everything else" in an overload set or express a catchall case in a template metaprogram.
15241 ##### Enforcement
15243 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
15244 * 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)]]`.
15246 ## <a name="SS-bounds"></a>Bounds safety profile
15248 This profile makes it easier to construct code that operates within the bounds of allocated blocks of memory. It does so by focusing on removing the primary sources of bounds violations: pointer arithmetic and array indexing. One of the core features of this profile is to restrict pointers to only refer to single objects, not arrays.
15250 For the purposes of this document, bounds-safety is defined to be the property that a program does not use a variable to access memory outside of the range that was allocated and assigned to that variable. (Note that the safety is intended to be complete when combined also with [Type safety](#SS-type) and [Lifetime safety](#SS-lifetime), which cover other unsafe operations that allow bounds violations, such as type-unsafe casts that 'widen' pointers.)
15252 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
15254 * ???
15256 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
15258 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a>Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `span` instead.
15260 ##### Reason
15262 Pointers should only refer to single objects, and pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
15264 ##### Example, bad
15266     void f(int* p, int count)
15267     {
15268         if (count < 2) return;
15270         int* q = p + 1; // BAD
15272         ptrdiff_t d;
15273         int n;
15274         d = (p - &n); // OK
15275         d = (q - p); // OK
15277         int n = *p++; // BAD
15279         if (count < 6) return;
15281         p[4] = 1; // BAD
15283         p[count - 1] = 2; // BAD
15285         use(&p[0], 3); // BAD
15286     }
15288 ##### Example, good
15290     void f(span<int> a) // BETTER: use span in the function declaration
15291     {
15292         if (a.length() < 2) return;
15294         int n = *a++; // OK
15296         span<int> q = a + 1; // OK
15298         if (a.length() < 6) return;
15300         a[4] = 1; // OK
15302         a[count - 1] = 2; // OK
15304         use(a.data(), 3); // OK
15305     }
15307 ##### Enforcement
15309 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
15311 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a>Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
15313 ##### Reason
15315 Dynamic accesses into arrays are difficult for both tools and humans to validate as safe. `span` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data. `at()` is another alternative that ensures single accesses are bounds-checked. If iterators are needed to access an array, use the iterators from a `span` constructed over the array.
15317 ##### Example, bad
15319     void f(array<int, 10> a, int pos)
15320     {
15321         a[pos / 2] = 1; // BAD
15322         a[pos - 1] = 2; // BAD
15323         a[-1] = 3;    // BAD -- no replacement, just don't do this
15324         a[10] = 4;    // BAD -- no replacement, just don't do this
15325     }
15327 ##### Example, good
15329     // ALTERNATIVE A: Use a span
15331     // A1: Change parameter type to use span
15332     void f(span<int, 10> a, int pos)
15333     {
15334         a[pos / 2] = 1; // OK
15335         a[pos - 1] = 2; // OK
15336     }
15338     // A2: Add local span and use that
15339     void f(array<int, 10> arr, int pos)
15340     {
15341         span<int> a = {arr, pos}
15342         a[pos / 2] = 1; // OK
15343         a[pos - 1] = 2; // OK
15344     }
15346     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
15347     void f(array<int, 10> a, int pos)
15348     {
15349         at(a, pos / 2) = 1; // OK
15350         at(a, pos - 1) = 2; // OK
15351     }
15353 ##### Example, bad
15355     void f()
15356     {
15357         int arr[COUNT];
15358         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
15359             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
15360     }
15362 ##### Example, good
15364     // ALTERNATIVE A: Use a span
15365     void f1()
15366     {
15367         int arr[COUNT];
15368         span<int> av = arr;
15369         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
15370             av[i] = i;
15371     }
15373     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
15374     void f2()
15375     {
15376         int arr[COUNT];
15377         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
15378             at(arr, i) = i;
15379     }
15381 ##### Enforcement
15383 Issue a diagnostic for any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a compile-time constant expression.
15385 Issue a diagnostic for any indexing expression on an expression or variable of array type (either static array or `std::array`) where the indexer is not a value between `0` or and the upper bound of the array.
15387 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
15389     static int a[10];
15391     void f(int i, int j)
15392     {
15393         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
15394         at(a, i + j) = 12;  // OK -- bounds-checked
15395     }
15397 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a>Bounds.3: No array-to-pointer decay.
15399 ##### Reason
15401 Pointers should not be used as arrays. `span` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
15403 ##### Example, bad
15405     void g(int* p, size_t length);
15407     void f()
15408     {
15409         int a[5];
15410         g(a, 5);        // BAD
15411         g(&a[0], 1);    // OK
15412     }
15414 ##### Example, good
15416     void g(int* p, size_t length);
15417     void g1(span<int> av); // BETTER: get g() changed.
15419     void f()
15420     {
15421         int a[5];
15422         span<int> av = a;
15424         g(av.data(), av.length());   // OK, if you have no choice
15425         g1(av);                      // OK -- no decay here, instead use implicit span ctor
15426     }
15428 ##### Enforcement
15430 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
15432 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a>Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
15434 ##### Reason
15436 These functions all have bounds-safe overloads that take `span`. Standard types such as `vector` can be modified to perform bounds-checks under the bounds profile (in a compatible way, such as by adding contracts), or used with `at()`.
15438 ##### Example, bad
15440     void f()
15441     {
15442         array<int, 10> a, b;
15443         memset(a.data(), 0, 10);         // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
15444         memcmp(a.data(), b.data(), 10);  // BAD, and contains a length error (length = 10 * sizeof(int))
15445     }
15447 Also, `std::array<>::fill()` or `std::fill()` or even an empty initializer are better candidate than `memset()`.
15449 ##### Example, good
15451     void f()
15452     {
15453         array<int, 10> a, b, c{};       // c is initialized to zero
15454         a.fill(0);
15455         fill(b.begin(), b.end(), 0);    // std::fill()
15456         fill(b, 0);                     // std::fill() + Ranges TS
15458         if ( a == b ) {
15459         }
15460     }
15462 ##### Example
15464 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.
15466     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
15467     {
15468         v[0] = a[0];        // BAD
15469         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
15470         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
15472         v.at(0) = a[i];     // BAD
15473         v.at(0) = a.at(i)   // OK (alternative 1)
15474         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
15475     }
15477 ##### Enforcement
15479 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
15481 **TODO Notes**:
15483 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
15484 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
15485 * 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).
15487 ## <a name="SS-lifetime"></a>Lifetime safety profile
15489 # <a name="S-gsl"></a>GSL: Guideline support library
15491 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
15492 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
15494 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.
15496 The GSL is header only, and can be found at [GSL: Guideline support library](https://github.com/Microsoft/GSL).
15497 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
15498 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
15500 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL because the design is being actively refined in the standards committee.
15502 ## <a name="SS-views"></a>GSL.view: Views
15504 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.
15506 These "views" are never owners.
15508 References are never owners.
15510 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
15512 * `T*`      // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
15513 * `char*`   // A C-style string (a zero-terminated array of characters); may be null.
15514 * `const char*`  // A C-style string; may be null.
15515 * `T&`      // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
15517 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.
15518 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`
15520 * `owner<T*>`   // a `T*`that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
15521 * `owner<T&>`   // a `T&` that owns the object pointed/referred to.
15523 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
15524 Reasons for that include:
15526 * Cost of conversion.
15527 * The pointer is used with an ABI.
15528 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
15530 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
15532 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
15534 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
15536 * `not_null<T>`   // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
15537   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
15539 * `span<T>`       // \[`p`:`p+n`), constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
15540 * `span_p<T>`     // `{p, predicate}` \[`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
15541 * `string_span`   // `span<char>`
15542 * `cstring_span`  // `span<const char>`
15544 A `span<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
15546 "Pointer arithmetic" is best done within `span`s.
15547 A `char*` that points to something that is not a C-style string (e.g., a pointer into an input buffer) should be represented by a `span`.
15548 There is no really good way to say "pointer to a single `char`" (`string_span{p, 1}` can do that, and `T*` where `T` is a `char` in a template that has not been specialized for C-style strings).
15550 * `zstring`    // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `null_ptr`
15551 * `czstring`   // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `null_ptr`
15553 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.
15554 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
15555 French accent optional.
15557 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?
15559 ## <a name="SS-ownership"></a>GSL.owner: Ownership pointers
15561 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
15562 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
15563 * `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.
15564 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
15565   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically a `span` that allocates and owns its elements.
15567 ## <a name="SS-assertions"></a>GSL.assert: Assertions
15569 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
15570                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
15571                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
15572 * `Ensures`     // postcondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
15574 These assertions is currently macros (yuck!) pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
15576 ## <a name="SS-utilities"></a>GSL.util: Utilities
15578 * `finally`       // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
15579 * `narrow_cast`   // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
15580 * `narrow`        // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
15581 * `[[implicit]]`  // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
15582 * `move_owner`    // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
15584 ## <a name="SS-gsl-concepts"></a>GSL.concept: Concepts
15586 These concepts (type predicates) are borrowed from Andrew Sutton's Origin library, the Range proposal, and the ISO WG21 Palo Alto TR.
15587 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
15588 The notation is that of the ISO WG21 Concepts TS (???ref???).
15590 * `Range`
15591 * `String`   // ???
15592 * `Number`   // ???
15593 * `Sortable`
15594 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value) [see smartptrconcepts](#Rr-smartptrconcepts)
15595 * `Unique_ptr`  // A type that matches `Pointer`, has move (not copy), and matches the Lifetime profile criteria for a `unique` owner type [see smartptrconcepts](#Rr-smartptrconcepts)
15596 * `Shared_ptr`   // A type that matches `Pointer`, has copy, and matches the Lifetime profile criteria for a `shared` owner type [see smartptrconcepts](#Rr-smartptrconcepts)
15597 * `EqualityComparable`   // ???Must we suffer CaMelcAse???
15598 * `Convertible`
15599 * `Common`
15600 * `Boolean`
15601 * `Integral`
15602 * `SignedIntegral`
15603 * `SemiRegular`
15604 * `Regular`
15605 * `TotallyOrdered`
15606 * `Function`
15607 * `RegularFunction`
15608 * `Predicate`
15609 * `Relation`
15610 * ...
15612 ### <a name="SS-gsl-smartptrconcepts"></a>Smart pointer concepts
15614 Described in [Lifetimes paper](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/docs/Lifetimes%20I%20and%20II%20-%20v0.9.1.pdf).
15616 # <a name="S-naming"></a>NL: Naming and layout rules
15618 Consistent naming and layout are helpful. If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
15619 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
15620 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
15621 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.
15622 IDEs and tools can help (as well as hinder).
15624 Naming and layout rules:
15626 * [NL 1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
15627 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
15628 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
15629 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
15630 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
15631 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
15632 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
15633 * [NL 9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
15634 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
15635 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
15636 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
15637 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
15638 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
15639 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
15641 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
15642 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives. These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
15644 More specific and detailed rules are easier to enforce.
15646 ### <a name="Rl-comments"></a>NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
15648 ##### Reason
15650 Compilers do not read comments.
15651 Comments are less precise than code.
15652 Comments are not updated as consistently as code.
15654 ##### Example, bad
15656     auto x = m * v1 + vv;   // multiply m with v1 and add the result to vv
15658 ##### Enforcement
15660 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
15662 ### <a name="Rl-comments-intent"></a>NL.2: State intent in comments
15664 ##### Reason
15666 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
15668 ##### Example
15670     void stable_sort(Sortable& c)
15671         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in their original relative order
15672     {
15673         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
15674     }
15676 ##### Note
15678 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
15680 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a>NL.3: Keep comments crisp
15682 ##### Reason
15684 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
15686 ##### Enforcement
15688 not possible.
15690 ### <a name="Rl-indent"></a>NL.4: Maintain a consistent indentation style
15692 ##### Reason
15694 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
15696 ##### Example, bad
15698     int i;
15699     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
15700     if (i == j)
15701         return i;
15703 ##### Enforcement
15705 Use a tool.
15707 ### <a name="Rl-name-type"></a>NL.5 Don't encode type information in names
15709 **Rationale**: If names reflects type rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
15710 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
15711 Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
15713 ##### Example
15715     ???
15717 ##### Note
15719 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
15721     struct S {
15722         int m_;
15723         S(int m) :m_{abs(m)} { }
15724     };
15726 This is not evil.
15728 ##### Note
15730 Some styles distinguishes types from non-types.
15732     typename<typename T>
15733     class Hash_tbl {   // maps string to T
15734         // ...
15735     };
15737     Hash_tbl<int> index;
15739 This is not evil.
15741 ### <a name="Rl-name-length"></a>NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
15743 **Rationale**: ???
15745 ##### Example
15747     ???
15749 ##### Enforcement
15753 ### <a name="Rl-name"></a>NL.8: Use a consistent naming style
15755 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
15757 ##### Note
15759 Where are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their differences conventions.
15760 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
15762 ##### Example
15764 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
15766 * `int`
15767 * `vector`
15768 * `my_map`
15770 Avoid double underscores `__`.
15772 ##### Example
15774 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
15775 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
15777 * `int`
15778 * `vector`
15779 * `My_map`
15781 ##### Example
15783 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
15785 * `int`
15786 * `vector`
15787 * `MyMap`
15788 * `myMap`
15790 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
15792 ##### Note
15794 Try to be consistent in your use of acronyms and lengths of identifiers:
15796     int mtbf {12};
15797     int mean_time_between_failures {12}; // make up your mind
15799 ##### Enforcement
15801 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
15803 ### <a name="Rl-all-caps"></a>NL 9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
15805 ##### Reason
15807 To avoid confusing macros from names that obeys scope and type rules.
15809 ##### Example
15811     void f()
15812     {
15813         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
15814         int v[SIZE];
15815     }
15817 ##### Note
15819 This rule applies to non-macro symbolic constants:
15821     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
15823 ##### Enforcement
15825 * Flag macros with lower-case letters
15826 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
15828 ### <a name="Rl-camel"></a>NL.10: Avoid CamelCase
15830 ##### Reason
15832 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
15833 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
15835 ##### Note
15837 This rule is a default to use only if you have a choice.
15838 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
15839 The need for consistency beats personal taste.
15841 ##### Example
15843 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
15844 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
15846 * `int`
15847 * `vector`
15848 * `My_map`
15850 ##### Enforcement
15852 Impossible.
15854 ### <a name="Rl-space"></a>NL.15: Use spaces sparingly
15856 ##### Reason
15858 Too much space makes the text larger and distracts.
15860 ##### Example, bad
15862     #include < map >
15864     int main (int argc, char * argv [ ])
15865     {
15866         // ...
15867     }
15869 ##### Example
15871     #include<map>
15873     int main(int argc, char* argv[])
15874     {
15875         // ...
15876     }
15878 ##### Note
15880 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
15882 ##### Note
15884 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
15886 ### <a name="Rl-order"></a>NL.16: Use a conventional class member declaration order
15888 ##### Reason
15890 A conventional order of members improves readability.
15892 When declaring a class use the following order
15894 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
15895 * constructors, assignments, destructor
15896 * functions
15897 * data
15899 Use the `public` before `protected` before `private` order.
15901 Private types and functions can be placed with private data.
15903 Avoid multiple blocks of declarations of one access (e.g., `public`) dispersed among blocks of declarations with different access (e.g. `private`).
15905 ##### Example
15907     ???
15909 ##### Note
15911 The use of macros to declare groups of members often violates any ordering rules.
15912 However, macros obscures what is being expressed anyway.
15914 ##### Enforcement
15916 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
15918 ### <a name="Rl-knr"></a>NL.17: Use K&R-derived layout
15920 ##### Reason
15922 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes) well.
15924 ##### Note
15926 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
15928 ##### Example
15930     struct Cable {
15931         int x;
15932         // ...
15933     };
15935     double foo(int x)
15936     {
15937         if (0 < x) {
15938             // ...
15939         }
15941         switch (x) {
15942             case 0:
15943                 // ...
15944                 break;
15945             case amazing:
15946                 // ...
15947                 break;
15948             default:
15949                 // ...
15950                 break;
15951         }
15953         if (0 < x)
15954             ++x;
15956         if (x < 0)
15957             something();
15958         else
15959             something_else();
15961         return some_value;
15962     }
15964 **Note** a space between `if` and `(`
15966 ##### Note
15968 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
15970 ##### Note
15972 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
15974 ##### Note
15976 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
15978 ##### Note
15980 Do not capitalize function names.
15982 ##### Enforcement
15984 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
15986 ### <a name="Rl-ptr"></a>NL.18: Use C++-style declarator layout
15988 ##### Reason
15990 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
15991 The use in expressions argument doesn't hold for references.
15993 ##### Example
15995     T& operator[](size_t);   // OK
15996     T &operator[](size_t);   // just strange
15997     T & operator[](size_t);   // undecided
15999 ##### Enforcement
16001 Impossible in the face of history.
16003 ### <a name="Rl-void"></a>NL.25: Don't use `void` as an argument type
16005 ##### Reason
16007 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
16009 ##### Example
16011     void f(void);   // bad
16013     void g();       // better
16015 ###### Note
16017 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
16018 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
16020     int f();
16021     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
16023 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
16025 # <a name="S-faq"></a>FAQ: Answers to frequently asked questions
16027 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
16029 ### <a name="Faq-aims"></a>FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
16031 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.
16033 ### <a name="Faq-announced"></a>FAQ.2: When and where was this work first announced?
16035 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).
16037 ### <a name="Faq-maintainers"></a>FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
16039 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!"
16041 ### <a name="Faq-contribute"></a>FAQ.4: How can I contribute?
16043 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
16045 ### <a name="Faq-maintainer"></a>FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
16047 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!
16049 ### <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?
16051 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.
16053 ### <a name="Faq-isocpp"></a>FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
16055 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.
16057 ### <a name="Faq-cpp98"></a>FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
16059 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 (and, if you have an implementation available, the Concepts Lite Technical Specification) and write code assuming you have a modern conforming compiler.
16061 ### <a name="Faq-language-extensions"></a>FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
16063 No. These guidelines are about how to best use Standard C++14 + the Concepts Lite Technical Specification, and they limit themselves to recommending only those features.
16065 ### <a name="Faq-markdown"></a>FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
16067 These coding standards are written using [CommonMark](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
16069 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
16071 * fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
16072 * tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
16074 Avoid other HTML tags and other extensions.
16076 Note: We are not yet consistent with this style.
16078 ### <a name="Faq-gsl"></a>FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
16080 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.
16082 ### <a name="Faq-msgsl"></a>FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
16084 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.
16086 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a>FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
16088 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.
16090 ### <a name="Faq-boost"></a>FAQ.53: Why weren't the GSL types proposed through Boost?
16092 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.
16094 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a>FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
16096 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.
16098 ### <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? Why not just use the committee-approved `string_view`?
16100 Because `string_view` is still undergoing standardization, and is in a state for public review input to improve it. Types that appear in Technical Specifications (TSes) are not yet part of the International Standard (IS), and one reason they are put in TSes first is to gain experience with the feature before they are cast in a final form to become part of the standard. Some of the GSL authors are contributing what we have learned about `string_span` in the process of developing these guidelines, and a discussion of the differences between `string_view` and `string_span`, as a paper for the next ISO meeting for consideration along with all the other similar papers for the committee to consider as it decides on the final form of this feature.
16102 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a>FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
16104 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.
16106 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a>FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
16108 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.
16110 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a>FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
16112 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.
16114 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a>FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
16116 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
16118 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a>FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
16120 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
16122 # <a name="S-libraries"></a>Appendix A: Libraries
16124 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
16126 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
16128 # <a name="S-modernizing"></a>Appendix B: Modernizing code
16130 Ideally, we follow all rules in all code.
16131 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
16133 * application code written before the guidelines were formulated or known
16134 * libraries written to older/different standards
16135 * code that we just haven't gotten around to modernizing
16137 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
16138 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
16140 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
16141 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
16142 Typically, the original programmer is not around and test cases incomplete.
16143 The fact that the code is a mess dramatically increases the effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
16144 Often, messy old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
16145 In many cases, automated "modernizer"-style tool support would be required for major upgrade efforts.
16147 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.
16148 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
16149 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
16150 The cost reductions must outweigh the risks.
16152 But how?
16154 There is no one approach to modernizing code.
16155 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
16156 Here are some (very general) ideas:
16158 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
16159   In most circumstances, it is also impossible.
16160 * 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.
16161 * 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.
16162 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
16163   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
16165 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
16166 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
16168 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
16169 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
16171 # <a name="S-discussion"></a>Appendix C: Discussion
16173 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
16174 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
16176 ### <a name="Sd-order"></a>Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
16178 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.
16180     class Employee {
16181         string email, first, last;
16182     public:
16183         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
16184         // ...
16185     };
16187     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
16188       : first(firstName),
16189         last(lastName),
16190         // BAD: first and last not yet constructed
16191         email(first + "." + last + "@acme.com")
16192     {}
16194 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.
16196 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.
16198 **References**:
16200 [\[Cline99\]](#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
16202 ### <a name="TBD"></a>Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
16206 ### <a name="Sd-factory"></a>Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
16208 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:
16210 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
16211 * *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.
16212 * *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).)
16213 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
16215 Here is an example of the last option:
16217     class B {
16218     public:
16219         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
16221         virtual void f() = 0;
16223         // ...
16224     };
16226     class B {
16227     protected:
16228         B() { /* ... */ }
16229         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
16230             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
16231     public:
16232         virtual void f() = 0;
16234         template<class T>
16235         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
16236         {
16237             auto p = make_shared<T>();
16238             p->PostInitialize();
16239             return p;
16240         }
16241     };
16244     class D : public B {                 // some derived class
16245     public:
16246         void f() override { /* ...  */ };
16248     protected:
16249         D() {}
16251         template<class T>
16252         friend shared_ptr<T> B::Create();
16253     };
16255     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
16257 This design requires the following discipline:
16259 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
16260 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
16261 * `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.
16263 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.
16265 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).
16267 **References**: [\[Alexandrescu01\]](#Alexandrescu01) §3, [\[Boost\]](#Boost), [\[Dewhurst03\]](#Dewhurst03) §75, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §46, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §15.4.3, [\[Taligent94\]](#Taligent94)
16269 ### <a name="Sd-dtor"></a>Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
16271 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class be allowed? If yes, then `base`'s destructor must be public in order to be callable, and virtual otherwise calling it results in undefined behavior. Otherwise, it should be protected so that only derived classes can invoke it in their own destructors, and nonvirtual since it doesn't need to behave virtually virtual.
16273 ##### Example
16275 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>`:
16277     class base {
16278     public:
16279         ~base();                   // BAD, not virtual
16280         virtual ~base();           // GOOD
16281         // ...
16282     };
16284     class derived : public base { /* ... */ };
16286     {
16287         unique_ptr<base> pb = make_unique<derived>();
16288         // ...
16289     } // ~pb invokes correct destructor only when ~base is virtual
16291 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:
16293     class my_policy {
16294     public:
16295         virtual ~my_policy();      // BAD, public and virtual
16296     protected:
16297         ~my_policy();              // GOOD
16298         // ...
16299     };
16301     template<class Policy>
16302     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
16304 ##### Note
16306 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
16308 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.
16310 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:
16312 * Whether it should behave virtually or not.
16313 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to Base or else be a hidden internal implementation detail.
16315 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.
16317 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.
16319 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.)
16321 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.
16323 ##### Exception
16325 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.
16327 Consider also this rare case:
16329 * `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.
16330 * 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.
16332 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.
16334 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`.
16336 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.
16338 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 50, [\[Cargill92\]](#Cargill92) pp. 77-79, 207, [\[Cline99\]](#Cline99) §21.06, 21.12-13, [\[Henricson97\]](#Henricson97) pp. 110-114, [\[Koenig97\]](#Koenig97) Chapters 4, 11, [\[Meyers97\]](#Meyers97) §14, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §12.4.2, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §27, [\[Sutter04\]](#Sutter04) §18
16340 ### <a name="Sd-noexcept"></a>Discussion: Usage of noexcept
16344 ### <a name="Sd-never-fail"></a>Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
16346 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.
16348 ##### Example
16350     class nefarious {
16351     public:
16352         nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
16353         ~nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
16354         // ...
16355     };
16357 1. `nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
16360         void test(string& s)
16361         {
16362             nefarious n;          // trouble brewing
16363             string copy = s;      // copy the string
16364         } // destroy copy and then n
16366     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.
16368 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:
16371         class innocent_bystander {
16372             nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
16373             // ...
16374         };
16376         void test(string& s)
16377         {
16378             innocent_bystander i; // more trouble brewing
16379             string copy2 = s;      // copy the string
16380         } // destroy copy and then i
16382     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`.
16384 3. You can't reliably create global or static `nefarious` objects either:
16387         static nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
16389 4. You can't reliably create arrays of `nefarious`:
16392         void test()
16393         {
16394             std::array<nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
16395         }
16397     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.
16399 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
16402         std::vector<nefarious> vec(10);   // this line can std::terminate()
16404     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.
16406 ##### Note
16408 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.
16410 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
16412 > If a destructor called during stack unwinding exits with an exception, terminate is called (15.5.1). So destructors should generally catch exceptions and not let them propagate out of the destructor. --[\[C++03\]](#C++03) §15.2(3)
16414 > No destructor operation defined in the C++ Standard Library (including the destructor of any type that is used to instantiate a standard library template) will throw an exception. --[\[C++03\]](#C++03) §17.4.4.8(3)
16416 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.
16417 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`:
16419     T& T::operator=(const T& other) {
16420         auto temp = other;
16421         swap(temp);
16422     }
16424 (See also Item 56. ???)
16426 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).
16428 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
16430 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 51; [\[C++03\]](#C++03) §15.2(3), §17.4.4.8(3), [\[Meyers96\]](#Meyers96) §11, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §14.4.7, §E.2-4, [\[Sutter00\]](#Sutter00) §8, §16, [\[Sutter02\]](#Sutter02) §18-19
16432 ## <a name="Sd-consistent"></a>Define Copy, move, and destroy consistently
16434 ##### Reason
16436  ???
16438 ##### Note
16440 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
16442 ##### Note
16444 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
16446 ##### Example
16448     class x {
16449         // ...
16450     public:
16451         x(const x&) { /* stuff */ }
16453         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
16455         x(x&&) { /* stuff */ }
16457         // BAD: failed to also define a move assignment operator
16458     };
16460     x x1;
16461     x x2 = x1; // ok
16462     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
16464 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.
16466     class X {
16467         HANDLE hnd;
16468         // ...
16469     public:
16470         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
16471         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
16472     };
16474     X x1;
16475     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
16476     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
16478 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
16480     class x {
16481         string s; // defines more efficient move operations
16482         // ... other data members ...
16483     public:
16484         x(const x&) { /* stuff */ }
16485         x& operator=(const x&) { /* stuff */ }
16487         //    BAD: failed to also define a move construction and move assignment
16488         //   (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
16489     };
16491     x test()
16492     {
16493         x local;
16494         // ...
16495         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
16496     }
16498 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
16500 ##### Note
16502 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:
16504 * 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.)
16505 * 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.
16506 * If you explicitly write the destructor, you probably need to explicitly write or disable copying: If you have to write a nontrivial destructor, it's often because you need to manually release a resource that the object held. If so, it is likely that those resources require careful duplication, and then you need to pay attention to the way objects are copied and assigned, or disable copying completely.
16508 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
16510 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.
16512 **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.
16513 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
16514 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.)
16516 **References**: [\[C++CS\]](#C++CS) Item 52; [\[Cline99\]](#Cline99) §30.01-14, [\[Koenig97\]](#Koenig97) §4, [\[Stroustrup00\]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4, [\[SuttHysl04b\]](#SuttHysl04b)
16518 Resource management rule summary:
16520 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
16521 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
16522 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
16523 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
16524 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
16525 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
16526 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
16527 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
16529 ### <a name="Cr-safety"></a>Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
16531 ##### Reason
16533 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
16535 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
16537 ##### Example
16539     template<class T>
16540     class Vector {
16541     // ...
16542     private:
16543         T* elem;   // sz elements on the free store, owned by the class object
16544         int sz;
16545     };
16547 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.).
16549 ##### Example
16551     ??? "odd" non-memory resource ???
16553 ##### Enforcement
16555 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.
16557 ### <a name="Cr-never"></a>Never throw while holding a resource not owned by a handle
16559 ##### Reason
16561 That would be a leak.
16563 ##### Example
16565     void f(int i)
16566     {
16567         FILE* f = fopen("a file", "r");
16568         ifstream is { "another file" };
16569         // ...
16570         if (i == 0) return;
16571         // ...
16572         fclose(f);
16573     }
16575 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:
16577     void f(int i)
16578     {
16579         unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> f(fopen("a file", "r"), fclose);
16580         // ...
16581         if (i == 0) return;
16582         // ...
16583     }
16585 Better:
16587     void f(int i)
16588     {
16589         ifstream input {"a file"};
16590         // ...
16591         if (i == 0) return;
16592         // ...
16593     }
16595 ##### Enforcement
16597 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
16598 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
16599 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
16600 The use of `span` and `string_span` should help a lot (they are not resource handles).
16602 ### <a name="Cr-raw"></a>A "raw" pointer or reference is never a resource handle
16604 ##### Reason
16606 To be able to distinguish owners from views.
16608 ##### Note
16610 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
16612 ### <a name="Cr-outlive"></a>Never let a pointer outlive the object it points to
16614 ##### Reason
16616 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
16618 ##### Example
16620     string* bad()   // really bad
16621     {
16622         vector<string> v = { "this", "will", "cause" "trouble" };
16623         // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
16624         return &v[0];
16625     }
16627     void use()
16628     {
16629         string* p = bad();
16630         vector<int> xx = {7, 8, 9};
16631         // undefined behavior: x may not be "this"
16632         string x = *p;
16633         // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
16634         *p = "Evil!";
16635     }
16637 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.
16639 ##### Enforcement
16641 Most compilers already warn about simple cases and has the information to do more. Consider any pointer returned from a function suspect. Use containers, resource handles, and views (e.g., `span` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor as resource handle.
16643 ### <a name="Cr-templates"></a>Use templates to express containers (and other resource handles)
16645 ##### Reason
16647 To provide statically type-safe manipulation of elements.
16649 ##### Example
16651     template<typename T> class Vector {
16652         // ...
16653         T* elem;   // point to sz elements of type T
16654         int sz;
16655     };
16657 ### <a name="Cr-value-return"></a>Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
16659 ##### Reason
16661 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime. See also [F.20, the general item about "out" output values](#Rf-out).
16663 ##### Example
16665     vector<int> get_large_vector()
16666     {
16667         return ...;
16668     }
16670     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
16672 ##### Exceptions
16674 See the Exceptions in [F.20](#Rf-out).
16676 ##### Enforcement
16678 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
16680 ### <a name="Cr-handle"></a>If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
16682 ##### Reason
16684 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
16686 ##### Example
16688     ??? Messing with pointers
16690 ##### Note
16692 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
16694     template<typename T> struct Named {
16695         string name;
16696         T value;
16697     };
16699 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
16701 ##### Enforcement
16703 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.
16705 ### <a name="Cr-list"></a>If a class is a container, give it an initializer-list constructor
16707 ##### Reason
16709 It is common to need an initial set of elements.
16711 ##### Example
16713     template<typename T> class Vector {
16714     public:
16715         vector<std::initializer_list<T>>;
16716         // ...
16717     };
16719     Vector<string> vs = { "Nygaard", "Ritchie" };
16721 ##### Enforcement
16723 When is a class a container? ???
16725 # <a name="S-glossary"></a>Glossary
16727 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
16728 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
16730 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
16731   A class is made abstract by having a pure virtual function or a protected constructor.
16732 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
16733 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer's memory.
16734 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
16735 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
16736 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
16737 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
16738   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
16739 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
16740 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., \[0:max).
16741 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
16742 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
16743 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
16744 * *bug*: an error in a program.
16745 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
16746 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
16747 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
16748 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
16749 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
16750   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
16751 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
16752 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument.
16753 * *concrete class*: class for which objects can be created.
16754 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
16755 * *constructor*: an operation that initializes ("constructs") an object.
16756   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).
16757 * *container*: an object that holds elements (other objects).
16758 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
16759 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
16760   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users' reasonable expectations.
16761   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
16762 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
16763   Ideally, cost should be a function of complexity.
16764 * *customization point*: ???
16765 * *data*: values used in a computation.
16766 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
16767 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
16768 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
16769   Simplified definition: a declaration that allocates memory.
16770 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
16771 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
16772 * *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.
16773 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
16774 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users' guide) and what a program actually does.
16775 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
16776 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program "just in case."
16777 * *file*: a container of permanent information in a computer.
16778 * *floating-point number*: a computer's approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e-3.
16779 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
16780 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
16781   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
16782 * *Global variable*: Technically, a named object in namespace scope
16783 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
16784 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
16785 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
16786   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
16787 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
16788 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
16789 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
16790 * *infinite recursion*: a recursion that doesn't end until the machine runs out of memory to hold the calls.
16791   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
16792 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user's attention and providing an abstraction.
16793 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
16794 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
16795 * *integer*: a whole number, such as 42 and -99.
16796 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
16797 * *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.
16798 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
16799 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
16800 * *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.
16801 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
16802 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
16803 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value "twelve."
16804 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
16805 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing "empty." See also copy.
16806 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and variable.
16807 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
16808 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
16809 * *object file*: a file containing object code.
16810 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
16811 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
16812 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
16813 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
16814 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
16815 * *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.
16816 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
16817 * *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.
16818 * *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.
16819 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
16820 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
16821 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
16822 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
16823 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
16824 * *programming language*: a language for expressing programs.
16825 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
16826 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
16827 * *RAII*: ("Resource Acquisition Is Initialization") a basic technique for resource management based on scopes.
16828 * *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.
16829 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
16830 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
16831 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
16832 * *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.
16833 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
16834 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
16835 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
16836 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
16837 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
16838 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
16839 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
16840 * *source file*: a file containing source code.
16841 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
16842 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
16843 * *state*: a set of values.
16844 * *STL*: the containers, iterators, and algorithms part of the standard library.
16845 * *string*: a sequence of characters.
16846 * *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.
16847 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
16848 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
16849 * *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.
16850 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
16851 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
16852 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
16853 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
16854 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
16855 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
16856 * *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.
16857 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
16858 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
16859 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
16860 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
16861 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
16863 # <a name="S-unclassified"></a>To-do: Unclassified proto-rules
16865 This is our to-do list.
16866 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
16867 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
16869 * No long-distance friendship
16870 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
16871 * Namespaces
16872 * 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?
16873 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
16874 * Avoid implicit conversions
16875 * 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
16876 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
16877 * 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. :)
16878 * Use `const`-ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
16879 * Use `auto`
16880 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
16881 * Don't overabstract
16882 * Never pass a pointer down the call stack
16883 * falling through a function bottom
16884 * 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?
16885 * Speaking of virtual functions, should non-virtual interface be promoted? YES. (public non-virtual `foo()` calling private/protected `do_foo()`)? Not a new thing, seeing as locales/streams use it, but it seems to be under-emphasized.
16886 * 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?
16887 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
16888 * 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?
16889 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
16890 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
16892         void bad()
16893         {
16894             int* p = new int[700];
16895             int* q = &p[7];
16896             delete p;
16898             vector<int> v(700);
16899             int* q2 = &v[7];
16900             v.resize(900);
16902             // ... use q and q2 ...
16903         }
16905 * LSP
16906 * private inheritance vs/and membership
16907 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
16909 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
16910 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
16911 * 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`?
16912 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
16913 * 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.
16914 * 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)
16915 * 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)
16916 * 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)
16918 * rules for arithmetic
16920 # Bibliography
16922 * <a name="Alexandrescu01"></a>
16923   \[Alexandrescu01]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
16924 * <a name="Cplusplus03"></a>
16925   \[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).
16926 * <a name="CplusplusCS"></a>
16927   \[C++CS]:
16928 * <a name="Cargill92"></a>
16929   \[Cargill92]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
16930 * <a name="Cline99"></a>
16931   \[Cline99]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
16932 * <a name="Dewhurst03"></a>
16933   \[Dewhurst03]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
16934 * <a name="Henricson97"></a>
16935   \[Henricson97]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
16936 * <a name="Koenig97"></a>
16937   \[Koenig97]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
16938 * <a name="Lakos96"></a>
16939   \[Lakos96]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
16940 * <a name="Meyers96"></a>
16941   \[Meyers96]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
16942 * <a name="Meyers97"></a>
16943   \[Meyers97]:        S. Meyers. Effective C++ (2nd Edition) (Addison-Wesley, 1997).
16944 * <a name="Meyers15"></a>
16945   \[Meyers15]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (O'Reilly, 2015).
16946 * <a name="Murray93"></a>
16947   \[Murray93]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
16948 * <a name="Stroustrup00"></a>
16949   \[Stroustrup00]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
16950 * <a name="Stroustrup05"></a>
16951   \[Stroustrup05]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
16952 * <a name="Stroustrup13"></a>
16953   \[Stroustrup13]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
16954 * <a name="Stroustrup14"></a>
16955   \[Stroustrup14]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
16956   Addison Wesley 2014.
16957 * <a name="SuttHysl04b"></a>
16958   \[SuttHysl04b]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
16959 * <a name="SuttAlex05"></a>
16960   \[SuttAlex05]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
16961 * <a name="Sutter00"></a>
16962   \[Sutter00]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
16963 * <a name="Sutter02"></a>
16964   \[Sutter02]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
16965 * <a name="Sutter04"></a>
16966   \[Sutter04]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
16967 * <a name="Taligent94"></a>
16968   \[Taligent94]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).