Added FAQ.10 for Markdown
[CppCoreGuidelines.git] / CppCoreGuidelines.md
bloba4b1a23fcd0e1de35ad27c2d6404f03557821986
1 # <a name="main"></a> C++ Core Guidelines
3 October 10, 2015
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 pµøoorly 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 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
31 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
32 * [F: Functions](#S-functions)
33 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
34 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
35 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
36 * [E: Error handling](#S-errors)
37 * [R: Resource management](#S-resource)
38 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
39 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
40 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
41 * [SF: Source files](#S-source)
42 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
43 * [PRO: Profiles](#S-profile)
44 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
45 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
47 Supporting sections:
49 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
50 * [PER: Performance](#S-performance)
51 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
52 * [RF: References](#S-references)
53 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
54 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
55 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
56 * [Glossary](#S-glossary)
57 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
59 or look at a specific language feature
61 * [assignment](#S-???)
62 * [`class`](#S-class)
63 * [constructor](#SS-ctor)
64 * [derived `class`](#SS-hier)
65 * [destructor](#SS-ctor)
66 * [exception](#S-errors)
67 * [`for`](#S-???)
68 * [`inline`](#S-class)
69 * [initialization](#S-???)
70 * [lambda expression](#SS-lambdas)
71 * [operator](#S-???)
72 * [`public`, `private`, and `protected`](#S-???)
73 * [`static_assert`](#S-???)
74 * [`struct`](#S-class)
75 * [`template`](#S-???)
76 * [`unsigned`](#S-???)
77 * [`virtual`](#SS-hier)
79 Definitions of terms used to express and discuss the rules, that are not language-technical, but refer to design and programming techniques
81 * error
82 * exception
83 * failure
84 * invariant
85 * leak
86 * precondition
87 * postcondition
88 * resource
89 * exception guarantee
91 # <a name="S-abstract"></a> Abstract
93 This document is a set of guidelines for using C++ well.
94 The aim of this document is to help people to use modern C++ effectively.
95 By "modern C++" we mean C++11 and C++14 (and soon C++17).
96 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?
98 The guidelines are focused on relatively higher-level issues, such as interfaces, resource management, memory management, and concurrency.
99 Such rules affect application architecture and library design.
100 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.
101 And it will run fast - you can afford to do things right.
103 We are less concerned with low-level issues, such as naming conventions and indentation style.
104 However, no topic that can help a programmer is out of bounds.
106 Our initial set of rules emphasizes safety (of various forms) and simplicity.
107 They may very well be too strict.
108 We expect to have to introduce more exceptions to better accommodate real-world needs.
109 We also need more rules.
111 You will find some of the rules contrary to your expectations or even contrary to your experience.
112 If we haven't suggested you change your coding style in any way, we have failed!
113 Please try to verify or disprove rules!
114 In particular, we'd really like to have some of our rules backed up with measurements or better examples.
116 You will find some of the rules obvious or even trivial.
117 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.
119 The rules are designed to be supported by an analysis tool.
120 Violations of rules will be flagged with references (or links) to the relevant rule.
121 We do not expect you to memorize all the rules before trying to write code.
123 The rules are meant for gradual introduction into a code base.
124 We plan to build tools for that and hope others will too.
126 Comments and suggestions for improvements are most welcome.
127 We plan to modify and extend this document as our understanding improves and the language and the set of available libraries improve.
129 # <a name="S-introduction"></a> In: Introduction
131 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.
132 The aim is to help C++ programmers to write simpler, more efficient, more maintainable code.
134 Introduction summary:
136 * [In.target: Target readership](#SS-readers)
137 * [In.aims: Aims](#SS-aims)
138 * [In.not: Non-aims](#SS-non)
139 * [In.force: Enforcement](#SS-force)
140 * [In.struct: The structure of this document](#SS-struct)
141 * [In.sec: Major sections](#SS-sec)
143 ## <a name="SS-readers"></a> In.target: Target readership
145 All C++ programmers. This includes [programmers who might consider C](#S-cpl).
147 ## <a name="SS-aims"></a> In.aims: Aims
149 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.
151 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.
152 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").
153 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.
154 Remember:
156 ### <a name="R0"></a> In.0: Don't panic!
158 Take the time to understand the implications of a guideline rule on your program.
160 These guidelines are designed according to the "subset of a superset" principle ([Stroustrup05](#Stroustrup05)).
161 They do not simply define a subset of C++ to be used (for reliability, safety, performance, or whatever).
162 Instead, they strongly recommend the use of a few simple "extensions" ([library components](#S-gsl))
163 that make the use of the most error-prone features of C++ redundant, so that they can be banned (in our set of rules).
165 The rules emphasize static type safety and resource safety.
166 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).
167 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.
169 Many of the rules are prescriptive.
170 We are uncomfortable with rules that simply state "don't do that!" without offering an alternative.
171 One consequence of that is that some rules can be supported only by heuristics, rather than precise and mechanically verifiable checks.
172 Other rules articulate general principles. For these more general rules, more detailed and specific rules provide partial checking.
174 These guidelines address a core of C++ and its use.
175 We expect that most large organizations, specific application areas, and even large projects will need further rules, possibly further restrictions, and further library support.
176 For example, hard real-time programmers typically can't use free store (dynamic memory) freely and will be restricted in their choice of libraries.
177 We encourage the development of such more specific rules as addenda to these core guidelines.
178 Build your ideal small foundation library and use that, rather than lowering your level of programming to glorified assembly code.
180 The rules are designed to allow [gradual adoption](#S-modernizing).
182 Some rules aim to increase various forms of safety while others aim to reduce the likelihood of accidents, many do both.
183 The guidelines aimed at preventing accidents often ban perfectly legal C++.
184 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.
186 ## <a name="SS-non"></a> In.not: Non-aims
188 The rules are not intended to be minimal or orthogonal.
189 In particular, general rules can be simple, but unenforceable.
190 Also, it is often hard to understand the implications of a general rule.
191 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.
192 We provide rules aimed at helping novices as well as rules supporting expert use.
193 Some rules can be completely enforced, but others are based on heuristics.
195 These rules are not meant to be read serially, like a book.
196 You can browse through them using the links.
197 However, their main intended use is to be targets for tools.
198 That is, a tool looks for violations and the tool returns links to violated rules.
199 The rules then provide reasons, examples of potential consequences of the violation, and suggested remedies.
201 These guidelines are not intended to be a substitute for a tutorial treatment of C++.
202 If you need a tutorial for some given level of experience, see [the references](#S-references).
204 This is not a guide on how to convert old C++ code to more modern code.
205 It is meant to articulate ideas for new code in a concrete fashion.
206 However, see [the modernization section](#S-modernizing) for some possible approaches to modernizing/rejuvenating/upgrading.
207 Importantly, the rules support gradual adoption: It is typically infeasible to convert all of a large code base at once.
209 These guidelines are not meant to be complete or exact in every language-technical detail.
210 For the final word on language definition issues, including every exception to general rules and every feature, see the ISO C++ standard.
212 The rules are not intended to force you to write in an impoverished subset of C++.
213 They are *emphatically* not meant to define a, say, Java-like subset of C++.
214 They are not meant to define a single "one true C++" language.
215 We value expressiveness and uncompromised performance.
217 The rules are not value-neutral.
218 They are meant to make code simpler and more correct/safer than most existing C++ code, without loss of performance.
219 They are meant to inhibit perfectly valid C++ code that correlates with errors, spurious complexity, and poor performance.
221 ## <a name="SS-force"></a> In.force: Enforcement
223 Rules with no enforcement are unmanageable for large code bases.
224 Enforcement of all rules is possible only for a small weak set of rules or for a specific user community.
225 But we want lots of rules, and we want rules that everybody can use.
226 But different people have different needs.
227 But people don't like to read lots of rules.
228 But people can't remember many rules.
229 So, we need subsetting to meet a variety of needs.
230 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.
231 We want to encourage best practices, rather than leave all to individual choices and management pressures.
232 The ideal is to use all rules; that gives the greatest benefits.
234 This adds up to quite a few dilemmas.
235 We try to resolve those using tools.
236 Each rule has an **Enforcement** section listing ideas for enforcement.
237 Enforcement might be by code review, by static analysis, by compiler, or by run-time checks.
238 Wherever possible, we prefer "mechanical" checking (humans are slow and bore easily) and static checking.
239 Run-time checks are suggested only rarely where no alternative exists; we do not want to introduce "distributed fat" - if that's what you want, you know where to find it.
240 Where appropriate, we label a rule (in the **Enforcement** sections) with the name of groups of related rules (called "profiles").
241 A rule can be part of several profiles, or none.
242 For a start, we have a few profiles corresponding to common needs (desires, ideals):
244 * **types**: No type violations (reinterpreting a `T` as a `U` through casts/unions/varargs)
245 * **bounds**: No bounds violations (accessing beyond the range of an array)
246 * **lifetime**: No leaks (failing to `delete` or multiple `delete`) and no access to invalid objects (dereferencing `nullptr`, using a dangling reference).
248 The profiles are intended to be used by tools, but also serve as an aid to the human reader.
249 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.
251 ## <a name="SS-struct"></a> In.struct: The structure of this document
253 Each rule (guideline, suggestion) can have several parts:
255 * The rule itself - e.g., **no naked `new`**
256 * A rule reference number - e.g., **C.7** (the 7th rule related to classes).
257   Since the major sections are not inherently ordered, we use a letter as the first part of a rule reference "number".
258   We leave gaps in the numbering to minimize "disruption" when we add or remove rules.
259 * **Reason**s (rationales) - because programmers find it hard to follow rules they don't understand
260 * **Example**s - because rules are hard to understand in the abstract; can be positive or negative
261 * **Alternative**s - for "don't do this" rules
262 * **Exception**s - we prefer simple general rules. However, many rules apply widely, but not universally, so exceptions must be listed
263 * **Enforcement** - ideas about how the rule might be checked "mechanically"
264 * **See also**s - references to related rules and/or further discussion (in this document or elsewhere)
265 * **Note**s (comments) - something that needs saying that doesn't fit the other classifications
266 * **Discussion** - references to more extensive rationale and/or examples placed outside the main lists of rules
268 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.
269 We hope that "mechanical" tools will improve with time to approximate what such an expert programmer notices.
270 Also, we assume that the rules will be refined over time to make them more precise and checkable.
272 A rule is aimed at being simple, rather than carefully phrased to mention every alternative and special case.
273 Such information is found in the **Alternative** paragraphs and the [Discussion](#S-discussion) sections.
274 If you don't understand a rule or disagree with it, please visit its **Discussion**.
275 If you feel that a discussion is missing or incomplete, send us an email.
277 This is not a language manual.
278 It is meant to be helpful, rather than complete, fully accurate on technical details, or a guide to existing code.
279 Recommended information sources can be found in [the references](#S-references).
281 ## <a name="SS-sec"></a> In.sec: Major sections
283 * [P: Philosophy](#S-philosophy)
284 * [I: Interfaces](#S-interfaces)
285 * [F: Functions](#S-functions)
286 * [C: Classes and class hierarchies](#S-class)
287 * [Enum: Enumerations](#S-enum)
288 * [ES: Expressions and statements](#S-expr)
289 * [E: Error handling](#S-errors)
290 * [R: Resource management](#S-resource)
291 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
292 * [CP: Concurrency](#S-concurrency)
293 * [SL: The Standard library](#S-stdlib)
294 * [SF: Source files](#S-source)
295 * [CPL: C-style programming](#S-cpl)
296 * [PRO: Profiles](#S-profile)
297 * [GSL: Guideline support library](#S-gsl)
298 * [FAQ: Answers to frequently asked questions](#S-faq)
300 Supporting sections:
302 * [NL: Naming and layout](#S-naming)
303 * [PER: Performance](#S-performance)
304 * [N: Non-Rules and myths](#S-not)
305 * [RF: References](#S-references)
306 * [Appendix A: Libraries](#S-libraries)
307 * [Appendix B: Modernizing code](#S-modernizing)
308 * [Appendix C: Discussion](#S-discussion)
309 * [Glossary](#S-glossary)
310 * [To-do: Unclassified proto-rules](#S-unclassified)
312 These sections are not orthogonal.
314 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.
315 The main section abbreviations are also used in rule numbers (e.g., "C.11" for "Make concrete types regular").
317 # <a name="S-philosophy"></a> P: Philosophy
319 The rules in this section are very general.
321 Philosophy rules summary:
323 * [P.1: Express ideas directly in code](#Rp-direct)
324 * [P.2: Write in ISO Standard C++](#Rp-C++)
325 * [P.3: Express intent](#Rp-what)
326 * [P.4: Ideally, a program should be statically type safe](#Rp-typesafe)
327 * [P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking](#Rp-compile-time)
328 * [P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time](#Rp-run-time)
329 * [P.7: Catch run-time errors early](#Rp-early)
330 * [P.8: Don't leak any resources](#Rp-leak)
331 * [P.9: Don't waste time or space](#Rp-waste)
333 Philosophical rules are generally not mechanically checkable.
334 However, individual rules reflecting these philosophical themes are.
335 Without a philosophical basis the more concrete/specific/checkable rules lack rationale.
337 ### <a name="Rp-direct"></a> P.1: Express ideas directly in code
339 ##### Reason
341 Compilers don't read comments (or design documents) and neither do many programmers (consistently).
342 What is expressed in code has defined semantics and can (in principle) be checked by compilers and other tools.
344 ##### Example
346     class Date {
347         // ...
348     public:
349         Month month() const;  // do
350         int month();          // don't
351         // ...
352     };
354 The first declaration of `month` is explicit about returning a `Month` and about not modifying the state of the `Date` object.
355 The second version leaves the reader guessing and opens more possibilities for uncaught bugs.
357 ##### Example
359     void do_something(vector<string>& v)
360     {
361         string val;
362         cin >> val;
363         // ...
364         int index = 0;            // bad
365         for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
366             if (v[i] == val) {
367                 index = i;
368                 break;
369             }
370         // ...
371     }
373 That loop is a restricted form of `std::find`.
374 A much clearer expression of intent would be:
376     void do_something(vector<string>& v)
377     {
378         string val;
379         cin >> val;
380         // ...
381         auto p = find(v, val);  // better
382         // ...
383     }
385 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.
387 A C++ programmer should know the basics of the standard library, and use it where appropriate.
388 Any programmer should know the basics of the foundation libraries of the project being worked on, and use them appropriately.
389 Any programmer using these guidelines should know the [guideline support library](#S-gsl), and use it appropriately.
391 ##### Example
393     change_speed(double s);   // bad: what does s signify?
394     // ...
395     change_speed(2.3);
397 A better approach is to be explicit about the meaning of the double (new speed or delta on old speed?) and the unit used:
399     change_speed(Speed s);    // better: the meaning of s is specified
400     // ...
401     change_speed(2.3);        // error: no unit
402     change_speed(23m / 10s);  // meters per second
404 We could have accepted a plain (unit-less) `double` as a delta, but that would have been error-prone.
405 If we wanted both absolute speed and deltas, we would have defined a `Delta` type.
407 ##### Enforcement
409 Very hard in general.
411 * use `const` consistently (check if member functions modify their object; check if functions modify arguments passed by pointer or reference)
412 * flag uses of casts (casts neuter the type system)
413 * detect code that mimics the standard library (hard)
415 ### <a name="Rp-C++"></a> P.2: Write in ISO Standard C++
417 ##### Reason
419 This is a set of guidelines for writing ISO Standard C++.
421 ##### Note
423 There are environments where extensions are necessary, e.g., to access system resources.
424 In such cases, localize the use of necessary extensions and control their use with non-core Coding Guidelines.
426 ##### Note
428 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.
429 In such cases, control their (dis)use with non-core Coding Guidelines.
431 ##### Enforcement
433 Use an up-to-date C++ compiler (currently C++11 or C++14) with a set of options that do not accept extensions.
435 ### <a name="Rp-what"></a> P.3: Express intent
437 ##### Reason
439 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.
441 ##### Example
443     int i = 0;
444     while (i < v.size()) {
445         // ... do something with v[i] ...
446     }
448 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.
450 Better:
452     for (auto x : v) { /* do something with x */ }
454 Now, there is no explicit mention of the iteration mechanism, and the loop operates on a copy of elements so that accidental modification cannot happen. If modification is desired, say so:
456     for (auto& x : v) { /* do something with x */ }
458 Sometimes better still, use a named algorithm:
460     for_each(v, [](int x) { /* do something with x */ });
461     for_each(parallel.v, [](int x) { /* do something with x */ });
463 The last variant makes it clear that we are not interested in the order in which the elements of `v` are handled.
465 A programmer should be familiar with
467 * [The guideline support library](#S-gsl)
468 * [The ISO C++ standard library](#S-stdlib)
469 * Whatever foundation libraries are used for the current project(s)
471 ##### Note
473 Alternative formulation: Say what should be done, rather than just how it should be done.
475 ##### Note
477 Some language constructs express intent better than others.
479 ##### Example
481 If two `int`s are meant to be the coordinates of a 2D point, say so:
483       drawline(int, int, int, int);  // obscure
484       drawline(Point, Point);        // clearer
486 ##### Enforcement
488 Look for common patterns for which there are better alternatives
490 * simple `for` loops vs. range-`for` loops
491 * `f(T*, int)` interfaces vs. `f(array_view<T>)` interfaces
492 * loop variables in too large a scope
493 * naked `new` and `delete`
494 * functions with many arguments of built-in types
496 There is a huge scope for cleverness and semi-automated program transformation.
498 ### <a name="Rp-typesafe"></a> P.4: Ideally, a program should be statically type safe
500 ##### Reason
502 Ideally, a program would be completely statically (compile-time) type safe.
503 Unfortunately, that is not possible. Problem areas:
505 * unions
506 * casts
507 * array decay
508 * range errors
509 * narrowing conversions
511 ##### Note
513 These areas are sources of serious problems (e.g., crashes and security violations).
514 We try to provide alternative techniques.
516 ##### Enforcement
518 We can ban, restrain, or detect the individual problem categories separately, as required and feasible for individual programs.
519 Always suggest an alternative.
520 For example:
522 * unions - use `variant`
523 * casts - minimize their use; templates can help
524 * array decay - use `array_view`
525 * range errors - use `array_view`
526 * narrowing conversions - minimize their use and use `narrow` or `narrow_cast` where they are necessary
528 ### <a name="Rp-compile-time"></a> P.5: Prefer compile-time checking to run-time checking
530 ##### Reason
532 Code clarity and performance. You don't need to write error handlers for errors caught at compile time.
534 ##### Example
536     void initializer(Int x)
537     // Int is an alias used for integers
538     {
539         static_assert(sizeof(Int) >= 4);        // do: compile-time check
541         int bits = 0;         // don't: avoidable code
542         for (Int i = 1; i; i <<= 1)
543             ++bits;
544         if (bits < 32)
545             cerr << "Int too small\n";
547         // ...
548     }
550 ##### Example don't
552     void read(int* p, int n);   // read max n integers into *p
554 ##### Example
556     void read(array_view<int> r); // read into the range of integers r
558 **Alternative formulation**: Don't postpone to run time what can be done well at compile time.
560 ##### Enforcement
562 * Look for pointer arguments.
563 * Look for run-time checks for range violations.
565 ### <a name="Rp-run-time"></a> P.6: What cannot be checked at compile time should be checkable at run time
567 ##### Reason
569 Leaving hard-to-detect errors in a program is asking for crashes and bad results.
571 ##### Note
573 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).
575 ##### Example, bad
577     extern void f(int* p);  // separately compiled, possibly dynamically loaded
579     void g(int n)
580     {
581         f(new int[n]);  // bad: the number of elements is not passed to f()
582     }
584 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.
586 ##### Example, bad
588 We can of course pass the number of elements along with the pointer:
590     extern void f2(int* p, int n);  // separately compiled, possibly dynamically loaded
592     void g2(int n)
593     {
594         f2(new int[n], m);    // bad: the wrong number of elements can be passed to f()
595     }
597 Passing the number of elements as an argument is better (and far more common) that 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.
599 Also, it is implicit that `f2()` is supposed to `delete` its argument (or did the caller make a second mistake?).
601 ##### Example, bad
603 The standard library resource management pointers fail to pass the size when they point to an object:
605     extern void f3(unique_ptr<int[]>, int n);    // separately compiled, possibly dynamically loaded
607     void g3(int n)
608     {
609         f3(make_unique<int[]>(n), m);    // bad: pass ownership and size separately
610     }
612 ##### Example
614 We need to pass the pointer and the number of elements as an integral object:
616     extern void f4(vector<int>&);       // separately compiled, possibly dynamically loaded
617     extern void f4(array_view<int>);    // separately compiled, possibly dynamically loaded
619     void g3(int n)
620     {
621         vector<int> v(n);
622         f4(v);                     // pass a reference, retain ownership
623         f4(array_view<int>{v});    // pass a view, retain ownership
624     }
626 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.
628 ##### Example
630 How do we transfer both ownership and all information needed for validating use?
632     vector<int> f5(int n)    // OK: move
633     {
634         vector<int> v(n);
635         // ... initialize v ...
636         return v;
637     }
639     unique_ptr<int[]> f6(int n)    // bad: loses n
640     {
641         auto p = make_unique<int[]>(n);
642         // ... initialize *p ...
643         return p;
644     }
646     owner<int*> f7(int n)    // bad: loses n and we might forget to delete
647     {
648         owner<int*> p = new int[n];
649         // ... initialize *p ...
650         return p;
651     }
653 ##### Example
655 * ???
656 * show how possible checks are avoided by interfaces that pass polymorphic base classes around, when they actually know what they need?
657   Or strings as "free-style" options
659 ##### Enforcement
661 * Flag (pointer, count)-style interfaces (this will flag a lot of examples that can't be fixed for compatibility reasons)
662 * ???
664 ### <a name="Rp-early"></a> P.7: Catch run-time errors early
666 ##### Reason
668 Avoid "mysterious" crashes.
669 Avoid errors leading to (possibly unrecognized) wrong results.
671 ##### Example
673     void increment1(int* p, int n)    // bad: error prone
674     {
675         for (int i = 0; i < n; ++i) ++p[i];
676     }
678     void use1(int m)
679     {
680         const int n = 10;
681         int a[n] = {};
682         // ...
683         increment1(a, m);   // maybe typo, maybe m <= n is supposed
684                             // but assume that m == 20
685         // ...
686     }
688 Here we made a small error in `use1` that will lead to corrupted data or a crash.
689 The (pointer, count)-style interface leaves `increment1()` with no realistic way of defending itself against out-of-range errors.
690 Assuming that we could check subscripts for out of range access, the error would not be discovered until `p[10]` was accessed.
691 We could check earlier and improve the code:
693     void increment2(array_view<int> p)
694     {
695         for (int& x : p) ++x;
696     }
698     void use2(int m)
699     {
700         const int n = 10;
701         int a[n] = {};
702         // ...
703         increment2({a, m});    // maybe typo, maybe m<=n is supposed
704         // ...
705     }
707 Now, `m<=n` can be checked at the point of call (early) rather than later.
708 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):
710     void use3(int m)
711     {
712         const int n = 10;
713         int a[n] = {};
714         // ...
715         increment2(a);   // the number of elements of a need not be repeated
716         // ...
717     }
719 ##### Example, bad
721 Don't repeatedly check the same value. Don't pass structured data as strings:
723     Date read_date(istream& is);    // read date from istream
725     Date extract_date(const string& s);    // extract date from string
727     void user1(const string& date)    // manipulate date
728     {
729         auto d = extract_date(date);
730         // ...
731     }
733     void user2()
734     {
735         Date d = read_date(cin);
736         // ...
737         user1(d.to_string());
738         // ...
739     }
741 The date is validated twice (by the `Date` constructor) and passed as a character string (unstructured data).
743 ##### Example
745 Excess checking can be costly.
746 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.
748     class Jet {    // Physics says: e*e < x*x + y*y + z*z
750         float fx, fy, fz, fe;
751     public:
752         Jet(float x, float y, float z, float e)
753             :fx(x), fy(y), fz(z), fe(e)
754         {
755             // Should I check here that the values are physically meaningful?
756         }
758         float m() const
759         {
760             // Should I handle the degenerate case here?
761             return sqrt(x*x + y*y + z*z - e*e);
762         }
764         ???
765     };
767 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.
771 ##### Enforcement
773 * Look at pointers and arrays: Do range-checking early
774 * Look at conversions: Eliminate or mark narrowing conversions
775 * Look for unchecked values coming from input
776 * Look for structured data (objects of classes with invariants) being converted into strings
777 * ???
779 ### <a name="Rp-leak"></a> P.8: Don't leak any resources
781 ##### Reason
783 Essential for long-running programs. Efficiency. Ability to recover from errors.
785 ##### Example, bad
787     void f(char* name)
788     {
789         FILE* input = fopen(name, "r");
790         // ...
791         if (something) return;   // bad: if something == true, a file handle is leaked
792         // ...
793         fclose(input);
794     }
796 Prefer [RAII](#Rr-raii):
798     void f(char* name)
799     {
800         ifstream input {name};
801         // ...
802         if (something) return;   // OK: no leak
803         // ...
804     }
806 **See also**: [The resource management section](#S-resource)
808 ##### Enforcement
810 * Look at pointers: Classify them into non-owners (the default) and owners.
811   Where feasible, replace owners with standard-library resource handles (as in the example above).
812   Alternatively, mark an owner as such using `owner` from [the GSL](#S-gsl).
813 * Look for naked `new` and `delete`
814 * Look for known resource allocating functions returning raw pointers (such as `fopen`, `malloc`, and `strdup`)
816 ### <a name="Rp-waste"></a> P.9: Don't waste time or space
818 ##### Reason
820 This is C++.
822 ##### Note
824 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.
826 ##### Example
828 ??? more and better suggestions for gratuitous waste welcome ???
830     struct X {
831         char ch;
832         int i;
833         string s;
834         char ch2;
836         X& operator=(const X& a);
837         X(const X&);
838     };
840     X waste(const char* p)
841     {
842         if (p == nullptr) throw Nullptr_error{};
843         int n = strlen(p);
844         auto buf = new char[n];
845         if (buf == nullptr) throw Allocation_error{};
846         for (int i = 0; i < n; ++i) buf[i] = p[i];
847         // ... manipulate buffer ...
848         X x;
849         x.ch = 'a';
850         x.s = string(n);    // give x.s space for *ps
851         for (int i = 0; i < x.s.size(); ++i) x.s[i] = buf[i];   // copy buf into x.s
852         delete buf;
853         return x;
854     }
856     void driver()
857     {
858         X x = waste("Typical argument");
859         // ...
860     }
862 Yes, this is a caricature, but we have seen every individual mistake in production code, and worse.
863 Note that the layout of `X` guarantees that at least 6 bytes (and most likely more) bytes are wasted.
864 The spurious definition of copy operations disables move semantics so that the return operation is slow.
865 The use of `new` and `delete` for `buf` is redundant; if we really needed a local string, we should use a local `string`.
866 There are several more performance bugs and gratuitous complication.
868 ##### Note
870 An individual example of waste is rarely significant, and where it is significant, it is typically easily eliminated by an expert.
871 However, waste spread liberally across a code base can easily be significant and experts are not always as available as we would like.
872 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.
873 After that, we can look at waste related to algorithms and requirements, but that is beyond the scope of these guidelines.
875 ##### Enforcement
877 Many more specific rules aim at the overall goals of simplicity and elimination of gratuitous waste.
879 # <a name="S-interfaces"></a> I: Interfaces
881 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.
882 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.
884 Interface rule summary:
886 * [I.1: Make interfaces explicit](#Ri-explicit)
887 * [I.2: Avoid global variables](#Ri-global)
888 * [I.3: Avoid singletons](#Ri-singleton)
889 * [I.4: Make interfaces precisely and strongly typed](#Ri-typed)
890 * [I.5: State preconditions (if any)](#Ri-pre)
891 * [I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions](#Ri-expects)
892 * [I.7: State postconditions](#Ri-post)
893 * [I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions](#Ri-ensures)
894 * [I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts](#Ri-concepts)
895 * [I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required tasks](#Ri-except)
896 * [I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)](#Ri-raw)
897 * [I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`](#Ri-nullptr)
898 * [I.13: Do not pass an array as a single pointer](#Ri-array)
899 * [I.23: Keep the number of function arguments low](#Ri-nargs)
900 * [I.24: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type](#Ri-unrelated)
901 * [I.25: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies](#Ri-abstract)
902 * [I.26: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset](#Ri-abi)
904 See also
906 * [F: Functions](#S-functions)
907 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
908 * [C.hier: Class hierarchies](#SS-hier)
909 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
910 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
911 * [E: Error handling](#S-errors)
912 * [T: Templates and generic programming](#S-templates)
914 ### <a name="Ri-explicit"></a> I.1: Make interfaces explicit
916 ##### Reason
918 Correctness. Assumptions not stated in an interface are easily overlooked and hard to test.
920 ##### Example, bad
922 Controlling the behavior of a function through a global (namespace scope) variable (a call mode) is implicit and potentially confusing. For example:
924     int rnd(double d)
925     {
926         return (rnd_up) ? ceil(d) : d;    // don't: "invisible" dependency
927     }
929 It will not be obvious to a caller that the meaning of two calls of `rnd(7.2)` might give different results.
931 **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.
932 The use of a non-local control is potentially confusing, but controls only implementation details of otherwise fixed semantics.
934 ##### Example, bad
936 Reporting through non-local variables (e.g., `errno`) is easily ignored. For example:
938     fprintf(connection, "logging: %d %d %d\n", x, y, s); // don't: no test of printf's return value
940 What if the connection goes down so that no logging output is produced? See Rule I.??.
942 **Alternative**: Throw an exception. An exception cannot be ignored.
944 **Alternative formulation**: Avoid passing information across an interface through non-local state.
945 Note that non-`const` member functions pass information to other member functions through their object's state.
947 **Alternative formulation**: An interface should be a function or a set of functions.
948 Functions can be template functions and sets of functions can be classes or class templates.
950 ##### Enforcement
952 * (Simple) A function should not make control-flow decisions based on the values of variables declared at namespace scope.
953 * (Simple) A function should not write to variables declared at namespace scope.
955 ### <a name="Ri-global"></a> I.2 Avoid global variables
957 ##### Reason
959 Non-`const` global variables hide dependencies and make the dependencies subject to unpredictable changes.
961 ##### Example
963     struct Data {
964         // ... lots of stuff ...
965     } data;            // non-const data
967     void compute()     // don't
968     {
969         // ... use data ...
970     }
972     void output()     // don't
973     {
974         // ... use data ...
975     }
977 Who else might modify `data`?
979 ##### Note
981 Global constants are useful.
983 ##### Note
985 The rule against global variables applies to namespace scope variables as well.
987 **Alternative**: If you use global (more generally namespace scope data) to avoid copying, consider passing the data as an object by const reference.
988 Another solution is to define the data as the state of some object and the operations as member functions.
990 **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.
991 Every pointer or reference to mutable data is a potential data race.
993 ##### Note
995 You cannot have a race condition on immutable data.
997 **Reference**: See the [rules for calling functions](#SS-call).
999 ##### Enforcement
1001 (Simple) Report all non-`const` variables declared at namespace scope.
1003 ### <a name="Ri-singleton"></a> I.3: Avoid singletons
1005 ##### Reason
1007 Singletons are basically complicated global objects in disguise.
1009 ##### Example
1011     class Singleton {
1012         // ... lots of stuff to ensure that only one Singleton object is created,
1013         // that it is initialized properly, etc.
1014     };
1016 There are many variants of the singleton idea.
1017 That's part of the problem.
1019 ##### Note
1021 If you don't want a global object to change, declare it `const` or `constexpr`.
1023 ##### Exception
1025 You can use the simplest "singleton" (so simple that it is often not considered a singleton) to get initialization on first use, if any:
1027     X& myX()
1028     {
1029         static X my_x {3};
1030         return my_x;
1031     }
1033 This is one of the most effective solutions to problems related to initialization order.
1034 In a multi-threaded environment the initialization of the static object does not introduce a race condition
1035 (unless you carelessly access a shared object from within its constructor).
1037 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.
1039 ##### Enforcement
1041 Very hard in general.
1043 * Look for classes with names that include `singleton`.
1044 * Look for classes for which only a single object is created (by counting objects or by examining constructors).
1046 ### <a name="Ri-typed"></a> I.4: Make interfaces precisely and strongly typed
1048 ##### Reason
1050 Types are the simplest and best documentation, have well-defined meaning, and are guaranteed to be checked at compile time.
1051 Also, precisely typed code is often optimized better.
1053 ##### Example, don't
1055 Consider:
1057     void pass(void* data);    // void* is suspicious
1059 Now the callee has to cast the data pointer (back) to a correct type to use it. That is error-prone and often verbose.
1060 Avoid `void*` in interfaces.
1061 Consider using a variant or a pointer to base instead. (Future note: Consider a pointer to concept.)
1063 **Alternative**: Often, a template parameter can eliminate the `void*` turning it into a `T*` or something like that.
1065 ##### Example, bad
1067 Consider:
1069     void draw_rect(int, int, int, int);   // great opportunities for mistakes
1071     draw_rect(p.x, p.y, 10, 20);          // what does 10, 20 mean?
1073 An `int` can carry arbitrary forms of information, so we must guess about the meaning of the four `int`s.
1074 Most likely, the first two are an `x`,`y` coordinate pair, but what are the last two?
1075 Comments and parameter names can help, but we could be explicit:
1077     void draw_rectangle(Point top_left, Point bottom_right);
1078     void draw_rectangle(Point top_left, Size height_width);
1080     draw_rectangle(p, Point{10, 20});  // two corners
1081     draw_rectangle(p, Size{10, 20});   // one corner and a (height, width) pair
1083 Obviously, we cannot catch all errors through the static type system
1084 (e.g., the fact that a first argument is supposed to be a top-left point is left to convention (naming and comments)).
1086 ##### Example, bad
1088 In the following example, it is not clear from the interface what `time_to_blink` means: Seconds? Milliseconds?
1090     void blink_led(int time_to_blink) // bad - the unit is ambiguous
1091     {
1092         // ...
1093         // do something with time_to_blink
1094         // ...
1095     }
1097     void use()
1098     {
1099         blink_led(2);
1100     }
1102 ##### Example, good
1104 std::chrono::duration types introduced in C++11 helps making the unit of time duration explicit.
1106     void blink_led(milliseconds time_to_blink) // good - the unit is explicit
1107     {
1108         // ...
1109         // do something with time_to_blink
1110         // ...
1111     }
1113     void use()
1114     {
1115         blink_led(1500ms);
1116     }
1118 The function can also be written in such a way that it will accept any time duration unit.
1120     template<class rep, class period>
1121     void blink_led(duration<rep, period> time_to_blink) // good - accepts any unit
1122     {
1123         // assuming that millisecond is the smallest relevant unit
1124         auto milliseconds_to_blink = duration_cast<milliseconds>(time_to_blink);
1125         // ...
1126         // do something with milliseconds_to_blink
1127         // ...
1128     }
1130     void use()
1131     {
1132         blink_led(2s);
1133         blink_led(1500ms);
1134     }
1136 ##### Enforcement
1138 * (Simple) Report the use of `void*` as a parameter or return type.
1139 * (Hard to do well) Look for member functions with many built-in type arguments.
1141 ### <a name="Ri-pre"></a> I.5: State preconditions (if any)
1143 ##### Reason
1145 Arguments have meaning that may constrain their proper use in the callee.
1147 ##### Example
1149 Consider:
1151     double sqrt(double x);
1153 Here `x` must be nonnegative. The type system cannot (easily and naturally) express that, so we must use other means. For example:
1155     double sqrt(double x); // x must be nonnegative
1157 Some preconditions can be expressed as assertions. For example:
1159     double sqrt(double x) { Expects(x >= 0); /* ... */ }
1161 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).
1163 **Reference**: `Expects()` is described in [GSL](#S-gsl).
1165 ##### Note
1167 Prefer a formal specification of requirements, such as `Expects(p != nullptr);`. If that is infeasible, use English text in comments, such as
1168 `// the sequence [p:q) is ordered using <`.
1170 ##### Note
1172 Most member functions have as a precondition that some class invariant holds.
1173 That invariant is established by a constructor and must be reestablished upon exit by every member function called from outside the class.
1174 We don't need to mention it for each member function.
1176 ##### Enforcement
1178 (Not enforceable)
1180 **See also**: The rules for passing pointers. ???
1182 ### <a name="Ri-expects"></a> I.6: Prefer `Expects()` for expressing preconditions
1184 ##### Reason
1186 To make it clear that the condition is a precondition and to enable tool use.
1188 ##### Example
1190     int area(int height, int width)
1191     {
1192         Expects(height > 0 && width > 0);            // good
1193         if (height <= 0 || width <= 0) my_error();   // obscure
1194         // ...
1195     }
1197 ##### Note
1199 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?).
1201 ##### Note
1203 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.
1205 ##### Note
1207 `Expects()` can also be used to check a condition in the middle of an algorithm.
1209 ##### Enforcement
1211 (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.
1213 ### <a name="Ri-post"></a> I.7: State postconditions
1215 ##### Reason
1217 To detect misunderstandings about the result and possibly catch erroneous implementations.
1219 ##### Example, bad
1221 Consider:
1223     int area(int height, int width) { return height * width; }  // bad
1225 Here, we (incautiously) left out the precondition specification, so it is not explicit that height and width must be positive.
1226 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.
1227 Overflow can happen.
1228 Consider using:
1230     int area(int height, int width)
1231     {
1232         auto res = height * width;
1233         Ensures(res > 0);
1234         return res;
1235     }
1237 ##### Example, bad
1239 Consider a famous security bug:
1241     void f()    // problematic
1242     {
1243         char buffer[MAX];
1244         // ...
1245         memset(buffer, 0, MAX);
1246     }
1248 There was no postcondition stating that the buffer should be cleared and the optimizer eliminated the apparently redundant `memset()` call:
1250     void f()    // better
1251     {
1252         char buffer[MAX];
1253         // ...
1254         memset(buffer, 0, MAX);
1255         Ensures(buffer[0] == 0);
1256     }
1258 ##### Note
1260 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.
1262 ##### Note
1264 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.
1266 ##### Example
1268 Consider a function that manipulates a `Record`, using a `mutex` to avoid race conditions:
1270     mutex m;
1272     void manipulate(Record& r)    // don't
1273     {
1274         m.lock();
1275         // ... no m.unlock() ...
1276     }
1278 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.
1279 Stating the postcondition would have made it clear:
1281     void manipulate(Record& r)    // postcondition: m is unlocked upon exit
1282     {
1283         m.lock();
1284         // ... no m.unlock() ...
1285     }
1287 The bug is now obvious (but only to a human reading comments)
1289 Better still, use [RAII](#Rr-raii) to ensure that the postcondition ("the lock must be released") is enforced in code:
1291     void manipulate(Record& r)    // best
1292     {
1293         lock_guard<mutex> _ {m};
1294         // ...
1295     }
1297 ##### Note
1299 Ideally, postconditions are stated in the interface/declaration so that users can easily see them.
1300 Only postconditions related to the users can be stated in the interface.
1301 Postconditions related only to internal state belongs in the definition/implementation.
1303 ##### Enforcement
1305 (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1307 ### <a name="Ri-ensures"></a> I.8: Prefer `Ensures()` for expressing postconditions
1309 ##### Reason
1311 To make it clear that the condition is a postcondition and to enable tool use.
1313 ##### Example
1315     void f()
1316     {
1317         char buffer[MAX];
1318         // ...
1319         memset(buffer, 0, MAX);
1320         Ensures(buffer[0] == 0);
1321     }
1323 ##### Note
1325 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.
1327 **Alternative**: Postconditions of the form "this resource must be released" are best expressed by [RAII](#Rr-raii).
1329 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).
1331 ##### Enforcement
1333 (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.
1335 ### <a name="Ri-concepts"></a> I.9: If an interface is a template, document its parameters using concepts
1337 ##### Reason
1339 Make the interface precisely specified and compile-time checkable in the (not so distant) future.
1341 ##### Example
1343 Use the ISO Concepts TS style of requirements specification. For example:
1345     template<typename Iter, typename Val>
1346     // requires InputIterator<Iter> && EqualityComparable<ValueType<Iter>>, Val>
1347     Iter find(Iter first, Iter last, Val v)
1348     {
1349         // ...
1350     }
1352 ##### Note
1354 Soon (maybe in 2016), most compilers will be able to check `requires` clauses once the `//` is removed.
1356 **See also**: See [generic programming](???) and [???](???)
1358 ##### Enforcement
1360 (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).
1362 ### <a name="Ri-except"></a> I.10: Use exceptions to signal a failure to perform a required task
1364 ##### Reason
1366 It should not be possible to ignore an error because that could leave the system or a computation in an undefined (or unexpected) state.
1367 This is a major source of errors.
1369 ##### Example
1371     int printf(const char* ...);    // bad: return negative number if output fails
1373     template <class F, class ...Args>
1374     explicit thread(F&& f, Args&&... args);    // good: throw system_error if unable to start the new thread
1376 ##### Note: What is an error?
1378 An error means that the function cannot achieve its advertised purpose (including establishing postconditions).
1379 Calling code that ignores the error could lead to wrong results or undefined systems state.
1380 For example, not being able to connect to a remote server is not by itself an error:
1381 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.
1382 However, if failing to make a connection is considered an error, then a failure should throw an exception.
1384 **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.
1386 **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:
1388     int val;
1389     int error_code;
1390     tie(val, error_code) = do_something();
1391     if (error_code == 0) {
1392         // ... handle the error or exit ...
1393     }
1394     // ... use val ...
1396 ##### Note
1398 We don't consider "performance" a valid reason not to use exceptions.
1400 * Often, explicit error checking and handling consume as much time and space as exception handling.
1401 * Often, cleaner code yields better performance with exceptions (simplifying the tracing of paths through the program and their optimization).
1402 * A good rule for performance critical code is to move checking outside the critical part of the code ([checking](#Rper-checking)).
1403 * In the longer term, more regular code gets better optimized.
1405 **See also**: Rule I.??? and I.??? for reporting precondition and postcondition violations.
1407 ##### Enforcement
1409 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1410 * Look for `errno`.
1412 ### <a name="Ri-raw"></a> I.11: Never transfer ownership by a raw pointer (`T*`)
1414 ##### Reason
1416 If there is any doubt whether the caller or the callee owns an object, leaks or premature destruction will occur.
1418 ##### Example
1420 Consider:
1422     X* compute(args)    // don't
1423     {
1424         X* res = new X{};
1425         // ...
1426         return res;
1427     }
1429 Who deletes the returned `X`? The problem would be harder to spot if compute returned a reference.
1430 Consider returning the result by value (use move semantics if the result is large):
1432     vector<double> compute(args)  // good
1433     {
1434         vector<double> res(10000);
1435         // ...
1436         return res;
1437     }
1439 **Alternative**: Pass ownership using a "smart pointer", such as `unique_ptr` (for exclusive ownership) and `shared_ptr` (for shared ownership).
1440 However that is less elegant and less efficient unless reference semantics are needed.
1442 **Alternative**: Sometimes older code can't be modified because of ABI compatibility requirements or lack of resources.
1443 In that case, mark owning pointers using `owner`:
1445     owner<X*> compute(args)    // It is now clear that ownership is transferred
1446     {
1447         owner<X*> res = new X{};
1448         // ...
1449         return res;
1450     }
1452 This tells analysis tools that `res` is an owner.
1453 That is, its value must be `delete`d or transferred to another owner, as is done here by the `return`.
1455 `owner` is used similarly in the implementation of resource handles.
1457 `owner` is defined in the [guideline support library](#S-gsl).
1459 ##### Note
1461 Every object passed as a raw pointer (or iterator) is assumed to be owned by the caller, so that its lifetime is handled by the caller.
1463 **See also**: [Argument passing](#Rf-conventional) and [value return](#Rf-T-return).
1465 ##### Enforcement
1467 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner`.
1468 * (Simple) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner` pointer on every code path.
1469 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
1471 ### <a name="Ri-nullptr"></a> I.12: Declare a pointer that must not be null as `not_null`
1473 ##### Reason
1475 To help avoid dereferencing `nullptr` errors. To improve performance by avoiding redundant checks for `nullptr`.
1477 ##### Example
1479     int length(const char* p);            // it is not clear whether length(nullptr) is valid
1481     length(nullptr);                      // OK?
1483     int length(not_null<const char*> p);  // better: we can assume that p cannot be nullptr
1485     int length(const char* p);            // we must assume that p can be nullptr
1487 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.
1489 ##### Note
1491 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*`.
1493     int length(not_null<zstring> p);   // we can assume that p cannot be nullptr
1494                                        // we can assume that p points to a zero-terminated array of characters
1496 Note: `length()` is, of course, `std::strlen()` in disguise.
1498 ##### Enforcement
1500 * (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`.
1501 * (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`.
1503 ### <a name="Ri-array"></a> I.13: Do not pass an array as a single pointer
1505 ##### Reason
1507  (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.
1509 ##### Example
1511 Consider:
1513     void copy_n(const T* p, T* q, int n); // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1515 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `q`? Then, we overwrite some probably unrelated memory.
1516 What if there are fewer than `n` elements in the array pointed to by `p`? Then, we read some probably unrelated memory.
1517 Either is undefined behavior and a potentially very nasty bug.
1519 ##### Alternative
1521 Consider using explicit ranges:
1523     void copy(array_view<const T> r, array_view<T> r2); // copy r to r2
1525 ##### Example, bad
1527 Consider:
1529     void draw(Shape* p, int n);  // poor interface; poor code
1530     Circle arr[10];
1531     // ...
1532     draw(arr, 10);
1534 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.
1536 **Alternative**: Use a support class that ensures that the number of elements is correct and prevents dangerous implicit conversions. For example:
1538     void draw2(array_view<Circle>);
1539     Circle arr[10];
1540     // ...
1541     draw2(array_view<Circle>(arr));  // deduce the number of elements
1542     draw2(arr);    // deduce the element type and array size
1544     void draw3(array_view<Shape>);
1545     draw3(arr);    // error: cannot convert Circle[10] to array_view<Shape>
1547 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 ???.
1549 **Exception**: Use `zstring` and `czstring` to represent a C-style, zero-terminated strings. But see ???.
1551 ##### Enforcement
1553 * (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.
1554 * (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.
1556 ### <a name="Ri-nargs"></a> I.14: Keep the number of function arguments low
1558 ##### Reason
1560 Having many arguments opens opportunities for confusion. Passing lots of arguments is often costly compared to alternatives.
1562 ##### Example
1564 The standard-library `merge()` is at the limit of what we can comfortably handle
1566     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator, class Compare>
1567     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1568                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1569                          OutputIterator result, Compare comp);
1571 Here, we have four template arguments and six function arguments.
1572 To simplify the most frequent and simplest uses, the comparison argument can be defaulted to `<`:
1574     template<class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
1575     OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
1576                          InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
1577                          OutputIterator result);
1579 This doesn't reduce the total complexity, but it reduces the surface complexity presented to many users.
1580 To really reduce the number of arguments, we need to bundle the arguments into higher-level abstractions:
1582     template<class InputRange1, class InputRange2, class OutputIterator>
1583     OutputIterator merge(InputRange1 r1, InputRange2 r2, OutputIterator result);
1585 Grouping arguments into "bundles" is a general technique to reduce the number of arguments and to increase the opportunities for checking.
1587 ##### Note
1589 How many arguments are too many? Four arguments is a lot.
1590 There are functions that are best expressed with four individual arguments, but not many.
1592 **Alternative**: Group arguments into meaningful objects and pass the objects (by value or by reference).
1594 **Alternative**: Use default arguments or overloads to allow the most common forms of calls to be done with fewer arguments.
1596 ##### Enforcement
1598 * Warn when a functions declares two iterators (including pointers) of the same type instead of a range or a view.
1599 * (Not enforceable) This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly.
1601 ### <a name="Ri-unrelated"></a> I.15: Avoid adjacent unrelated parameters of the same type
1603 ##### Reason
1605 Adjacent arguments of the same type are easily swapped by mistake.
1607 ##### Example, bad
1609 Consider:
1611     void copy_n(T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1613 This is a nasty variant of a K&R C-style interface. It is easy to reverse the "to" and "from" arguments.
1615 Use `const` for the "from" argument:
1617     void copy_n(const T* p, T* q, int n);  // copy from [p:p+n) to [q:q+n)
1619 ##### Example
1621 If the order of the parameters is not important, there is no problem:
1623     int max(int a, int b);
1625 ##### Alternative
1627 Don't pass arrays as pointers, pass an object representing a range (e.g., an `array_view`):
1629     void copy_n(array_view<const T> p, array_view<T> q);  // copy from p to q
1631 ##### Enforcement
1633 (Simple) Warn if two consecutive parameters share the same type.
1635 ### <a name="Ri-abstract"></a> I.16: Prefer abstract classes as interfaces to class hierarchies
1637 ##### Reason
1639 Abstract classes are more likely to be stable than base classes with state.
1641 ##### Example, bad
1643 You just knew that `Shape` would turn up somewhere :-)
1645     class Shape {  // bad: interface class loaded with data
1646     public:
1647         Point center() { return c; }
1648         virtual void draw();
1649         virtual void rotate(int);
1650         // ...
1651     private:
1652         Point c;
1653         vector<Point> outline;
1654         Color col;
1655     };
1657 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:
1659     class Shape {    // better: Shape is a pure interface
1660     public:
1661         virtual Point center() = 0;   // pure virtual function
1662         virtual void draw() = 0;
1663         virtual void rotate(int) = 0;
1664         // ...
1665         // ... no data members ...
1666     };
1668 ##### Enforcement
1670 (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.
1672 ### <a name="Ri-abi"></a> I.16: If you want a cross-compiler ABI, use a C-style subset
1674 ##### Reason
1676 Different compilers implement different binary layouts for classes, exception handling, function names, and other implementation details.
1678 **Exception**: You can carefully craft an interface using a few carefully selected higher-level C++ types. See ???.
1680 **Exception**: Common ABIs are emerging on some platforms freeing you from the more draconian restrictions.
1682 ##### Note
1684 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.
1686 ##### Enforcement
1688 (Not enforceable) It is difficult to reliably identify where an interface forms part of an ABI.
1690 # <a name="S-functions"></a> F: Functions
1692 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.
1694 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.
1695 Functions are the most critical part in most interfaces, so see the interface rules.
1697 Function rule summary:
1699 Function definition rules:
1701 * [F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions](#Rf-package)
1702 * [F.2: A function should perform a single logical operation](#Rf-logical)
1703 * [F.3: Keep functions short and simple](#Rf-single)
1704 * [F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`](#Rf-constexpr)
1705 * [F.5: If a function is very small and time critical, declare it inline](#Rf-inline)
1706 * [F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`](#Rf-noexcept)
1707 * [F.7: For general use, take `T*` arguments rather than smart pointers](#Rf-smart)
1708 * [F.8: Prefer pure functions](#Rf-pure)
1710 Argument passing rules:
1712 * [F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information](#Rf-conventional)
1713 * [F.16: Use `T*` or `owner<T*>` or a smart pointer to designate a single object](#Rf-ptr)
1714 * [F.17: Use a `not_null<T>` to indicate "null" is not a valid value](#Rf-nullptr)
1715 * [F.18: Use an `array_view<T>` or an `array_view_p<T>` to designate a half-open sequence](#Rf-range)
1716 * [F.19: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string](#Rf-string)
1717 * [F.20: Use a `const T&` parameter for a large object](#Rf-const-T-ref)
1718 * [F.21: Use a `T` parameter for a small object](#Rf-T)
1719 * [F.22: Use `T&` for an in-out-parameter](#Rf-T-ref)
1720 * [F.23: Use `T&` for an out-parameter that is expensive to move (only)](#Rf-T-return-out)
1721 * [F.24: Use a `TP&&` parameter when forwarding (only)](#Rf-pass-ref-ref)
1722 * [F.25: Use a `T&&` parameter together with `move` for rare optimization opportunities](#Rf-pass-ref-move)
1723 * [F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed](#Rf-unique_ptr)
1724 * [F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership](#Rf-shared_ptr)
1726 Value return rules:
1728 * [F.40: Prefer return values to out-parameters](#Rf-T-return)
1729 * [F.41: Prefer to return tuples to multiple out-parameters](#Rf-T-multi)
1730 * [F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)](#Rf-return-ptr)
1731 * [F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer to a local object](#Rf-dangle)
1732 * [F.44: Return a `T&` when "returning no object" isn't an option](#Rf-return-ref)
1733 * [F.45: Don't return a `T&&`](#Rf-return-ref-ref)
1734 * [F.46: `int` is the return type for `main()`](#Rf-main)
1736 Other function rules:
1738 * [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)
1739 * [F.51: Prefer overloading over default arguments for virtual functions](#Rf-default-args)
1740 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
1741 * [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)
1743 Functions have strong similarities to lambdas and function objects so see also Section ???.
1745 ## <a name="SS-fct-def"></a> F.def: Function definitions
1747 A function definition is a function declaration that also specifies the function's implementation, the function body.
1749 ### <a name="Rf-package"></a> F.1: "Package" meaningful operations as carefully named functions
1751 ##### Reason
1753 Factoring out common code makes code more readable, more likely to be reused, and limit errors from complex code.
1754 If something is a well-specified action, separate it out from its surrounding code and give it a name.
1756 ##### Example, don't
1758     void read_and_print(istream& is)    // read and print an int
1759     {
1760         int x;
1761         if (is >> x)
1762             cout << "the int is " << x << '\n';
1763         else
1764             cerr << "no int on input\n";
1765     }
1767 Almost everything is wrong with `read_and_print`.
1768 It reads, it writes (to a fixed `ostream`), it writes error messages (to a fixed `ostream`), it handles only `int`s.
1769 There is nothing to reuse, logically separate operations are intermingled and local variables are in scope after the end of their logical use.
1770 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
1771 mess could become hard to understand.
1773 ##### Note
1775 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.
1777 ##### Example
1779     sort(a, b, [](T x, T y) { return x.valid() && y.valid() && x.value() < y.value(); });
1781 Naming that lambda breaks up the expression into its logical parts and provides a strong hint to the meaning of the lambda.
1783     auto lessT = [](T x, T y) { return x.valid() && y.valid() && x.value() < y.value(); };
1785     sort(a, b, lessT);
1786     find_if(a, b, lessT);
1788 The shortest code is not always the best for performance or maintainability.
1790 **Exception**: Loop bodies, including lambdas used as loop bodies, rarely need to be named.
1791 However, large loop bodies (e.g., dozens of lines or dozens of pages) can be a problem.
1792 The rule [Keep functions short](#Rf-single) implies "Keep loop bodies short."
1793 Similarly, lambdas used as callback arguments are sometimes non-trivial, yet unlikely to be re-usable.
1795 ##### Enforcement
1797 * See [Keep functions short](#Rf-single)
1798 * Flag identical and very similar lambdas used in different places.
1800 ### <a name="Rf-logical"></a> F.2: A function should perform a single logical operation
1802 ##### Reason
1804 A function that performs a single operation is simpler to understand, test, and reuse.
1806 ##### Example
1808 Consider:
1810     void read_and_print()    // bad
1811     {
1812         int x;
1813         cin >> x;
1814         // check for errors
1815         cout << x << "\n";
1816     }
1818 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:
1820     int read(istream& is)    // better
1821     {
1822         int x;
1823         is >> x;
1824         // check for errors
1825         return x;
1826     }
1828     void print(ostream& os, int x)
1829     {
1830         os << x << "\n";
1831     }
1833 These can now be combined where needed:
1835     void read_and_print()
1836     {
1837         auto x = read(cin);
1838         print(cout, x);
1839     }
1841 If there was a need, we could further templatize `read()` and `print()` on the data type, the I/O mechanism, etc. Example:
1843     auto read = [](auto& input, auto& value)    // better
1844     {
1845         input >> value;
1846         // check for errors
1847     };
1849     auto print(auto& output, const auto& value)
1850     {
1851         output << value << "\n";
1852     }
1854 ##### Enforcement
1856 * Consider functions with more than one "out" parameter suspicious. Use return values instead, including `tuple` for multiple return values.
1857 * Consider "large" functions that don't fit on one editor screen suspicious. Consider factoring such a function into smaller well-named suboperations.
1858 * Consider functions with 7 or more parameters suspicious.
1860 ### <a name="Rf-single"></a> F.3: Keep functions short and simple
1862 ##### Reason
1864 Large functions are hard to read, more likely to contain complex code, and more likely to have variables in larger than minimal scopes.
1865 Functions with complex control structures are more likely to be long and more likely to hide logical errors
1867 ##### Example
1869 Consider:
1871     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
1872         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output, given the two mode flags.
1873     {
1875         double intermediate;
1876         if (flag1 > 0) {
1877             intermediate = func1(val);
1878             if (flag2 % 2)
1879                  intermediate = sqrt(intermediate);
1880         }
1881         else if (flag1 == -1) {
1882             intermediate = func1(-val);
1883             if (flag2 % 2)
1884                  intermediate = sqrt(-intermediate);
1885             flag1 = -flag1;
1886         }
1887         if (abs(flag2) > 10) {
1888             intermediate = func2(intermediate);
1889         }
1890         switch (flag2 / 10) {
1891             case 1: if (flag1 == -1) return finalize(intermediate, 1.171); break;
1892             case 2: return finalize(intermediate, 13.1);
1893             default: ;
1894         }
1895         return finalize(intermediate, 0.);
1896     }
1898 This is too complex (and also pretty long).
1899 How would you know if all possible alternatives have been correctly handled?
1900 Yes, it breaks other rules also.
1902 We can refactor:
1904     double func1_muon(double val, int flag)
1905     {
1906         // ???
1907     }
1909     double funct1_tau(double val, int flag1, int flag2)
1910     {
1911         // ???
1912     }
1914     double simpleFunc(double val, int flag1, int flag2)
1915         // simpleFunc: takes a value and calculates the expected ASIC output, given the two mode flags.
1916     {
1917         if (flag1 > 0)
1918             return func1_muon(val, flag2);
1919         if (flag1 == -1)
1920             return func1_tau(-val, flag1, flag2);    // handled by func1_tau: flag1 = -flag1;
1921         return 0.;
1922     }
1924 ##### Note
1926 "It doesn't fit on a screen" is often a good practical definition of "far too large."
1927 One-to-five-line functions should be considered normal.
1929 ##### Note
1931 Break large functions up into smaller cohesive and named functions.
1932 Small simple functions are easily inlined where the cost of a function call is significant.
1934 ##### Enforcement
1936 * Flag functions that do not "fit on a screen."
1937   How big is a screen? Try 60 lines by 140 characters; that's roughly the maximum that's comfortable for a book page.
1938 * Flag functions that are too complex. How complex is too complex?
1939   You could use cyclomatic complexity. Try "more than 10 logical path through." Count a simple switch as one path.
1941 ### <a name="Rf-constexpr"></a> F.4: If a function may have to be evaluated at compile time, declare it `constexpr`
1943 ##### Reason
1945  `constexpr` is needed to tell the compiler to allow compile-time evaluation.
1947 ##### Example
1949 The (in)famous factorial:
1951     constexpr int fac(int n)
1952     {
1953         constexpr int max_exp = 17;      // constexpr enables this to be used in Expects
1954         Expects(0 <= n && n < max_exp);  // prevent silliness and overflow
1955         int x = 1;
1956         for (int i = 2; i <= n; ++i) x *= i;
1957         return x;
1958     }
1960 This is C++14. For C++11, use a recursive formulation of `fac()`.
1962 ##### Note
1964 `constexpr` does not guarantee compile-time evaluation;
1965 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.
1967     constexpr int min(int x, int y) { return x < y ? x : y;}
1969     void test(int v)
1970     {
1971         int m1 = min(-1, 2);            // probably compile-time evaluation
1972         constexpr int m2 = min(-1, 2);  // compile-time evaluation
1973         int m3 = min(-1, v);            // run-time evaluation
1974         constexpr int m4 = min(-1, v);  // error: cannot evaluate at compile-time
1975     }
1977 ##### Note
1979 `constexpr` functions are pure: they can have no side effects.
1981     int dcount = 0;
1982     constexpr int double(int v)
1983     {
1984         ++dcount;   // error: attempted side effect from constexpr function
1985         return v + v;
1986     }
1988 This is usually a very good thing.
1990 ##### Note
1992 Don't try to make all functions `constexpr`. Most computation is best done at run time.
1994 ##### Enforcement
1996 Impossible and unnecessary.
1997 The compiler gives an error if a non-`constexpr` function is called where a constant is required.
1999 ### <a name="Rf-inline"></a> F.5: If a function is very small and time critical, declare it `inline`
2001 ##### Reason
2003 Some optimizers are good at inlining without hints from the programmer, but don't rely on it.
2004 Measure! Over the last 40 years or so, we have been promised compilers that can inline better than humans without hints from humans.
2005 We are still waiting.
2006 Specifying `inline` encourages the compiler to do a better job.
2008 **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.
2009 An inline function is part of the ABI.
2011 ##### Note
2013 `constexpr` implies `inline`.
2015 ##### Note
2017 Member functions defined in-class are `inline` by default.
2019 **Exception**: Template functions (incl. template member functions) must be in headers and therefore inline.
2021 ##### Enforcement
2023 Flag `inline` functions that are more than three statements and could have been declared out of line (such as class member functions).
2024 To fix: Declare the function out of line. (NM: Certainly possible, but size-based metrics can be very annoying.)
2026 ### <a name="Rf-noexcept"></a> F.6: If your function may not throw, declare it `noexcept`
2028 ##### Reason
2030 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.
2032 ##### Example
2034 Put `noexcept` on every function written completely in C or in any other language without exceptions.
2035 The C++ standard library does that implicitly for all functions in the C standard library.
2037 ##### Note
2039 `constexpr` functions cannot throw, so you don't need to use `noexcept` for those.
2041 ##### Example
2043 You can use `noexcept` even on functions that can throw:
2045     vector<string> collect(istream& is) noexcept
2046     {
2047         vector<string> res;
2048         for (string s; is >> s;)
2049             res.push_back(s);
2050         return res;
2051     }
2053 If `collect()` runs out of memory, the program crashes.
2054 Unless the program is crafted to survive memory exhaustion, that may be just the right thing to do;
2055 `terminate()` may generate suitable error log information (but after memory runs out it is hard to do anything clever).
2057 ##### Note
2059 In most programs, most functions can throw
2060 (e.g., because they use `new`, call functions that do, or use library functions that reports failure by throwing), so don't just sprinkle `noexcept` all over the place.
2061 `noexcept` is most useful for frequently used, low-level functions.
2063 ##### Note
2065 Destructors, `swap` functions, move operations, and default constructors should never throw.
2067 ##### Enforcement
2069 * Flag functions that are not `noexcept`, yet cannot throw.
2070 * Flag throwing `swap`, `move`, destructors, and default constructors.
2072 ### <a name="Rf-smart"></a> F.7: For general use, take `T*` arguments rather than smart pointers
2074 ##### Reason
2076 Passing a smart pointer transfers or shares ownership.
2077 Passing by smart pointer restricts the use of a function to callers that use smart pointers.
2078 Passing a shared smart pointer (e.g., `std::shared_ptr`) implies a run-time cost.
2080 ##### Example
2082     void f(int*);             // accepts any int*
2083     void g(unique_ptr<int>);  // can only accept ints for which you want to transfer ownership
2084     void g(shared_ptr<int>);  // can only accept ints for which you are willing to share ownership
2086 ##### Note
2088 We can catch dangling pointers statically, so we don't need to rely on resource management to avoid violations from dangling pointers.
2090 **See also**: Discussion of [smart pointer use](#Rr-summary-smartptrs).
2092 ##### Enforcement
2094 Flag smart pointer arguments.
2096 ### <a name="Rf-pure"></a> F.8: Prefer pure functions
2098 ##### Reason
2100 Pure functions are easier to reason about, sometimes easier to optimize (and even parallelize), and sometimes can be memoized.
2102 ##### Example
2104     template<class T>
2105     auto square(T t) { return t * t; }
2107 ##### Note
2109 `constexpr` functions are pure.
2111 ##### Enforcement
2113 Not possible.
2115 ## <a name="SS-call"></a> F.call: Argument passing
2117 There are a variety of ways to pass arguments to a function and to return values.
2119 ### <a name="Rf-conventional"></a> Rule F.15: Prefer simple and conventional ways of passing information
2121 ##### Reason
2123 Using "unusual and clever" techniques causes surprises, slows understanding by other programmers, and encourages bugs.
2124 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.
2126 ![Normal parameter passing table](./param-passing-normal.png "Normal parameter passing")
2128 **For an "output-only" value:** Prefer return values to output parameters.
2129 This includes large objects like standard containers that use implicit move operations for performance and to avoid explicit memory management.
2130 If you have multiple values to return, [use a tuple](#Rf-T-multi) or similar multi-member type.
2132 ##### Example
2134     vector<const int*> find_all(const vector<int>&, int x);  // return pointers to elements with the value x
2136 ##### Example, bad
2138     void find_all(const vector<int>&, vector<const int*>& out, int x);  // place pointers to elements with value x in out
2140 ##### Exceptions
2142 * For non-value types, such as types in an inheritance hierarchy, return the object by `unique_ptr` or `shared_ptr`.
2143 * 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 non-`const` reference to a target object to fill (to be used as an out-parameter).
2144 * 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.
2146 **For an "in-out" parameter:** Pass by non-`const` reference. This makes it clear to callers that the object is assumed to be modified.
2148 **For an "input-only" value:** If the object is cheap to copy, pass by value.
2149 Otherwise, pass by `const&`. It is useful to know that a function does not mutate an argument, and both allow initialization by rvalues.
2150 What is "cheap to copy" depends on the machine architecture, but two or three words (doubles, pointers, references) are usually best passed by value.
2151 In particular, an object passed by value does not require an extra reference to access from the function.
2153 ![Advanced parameter passing table](./param-passing-advanced.png "Advanced parameter passing")
2155 For advanced uses (only), where you really need to optimize for rvalues passed to "input-only" parameters:
2157 * If the function is going to unconditionally move from the argument, take it by `&&`.
2158 * If the function is going to keep a copy of the argument, in addition to passing by `const&` add an overload that passes the parameter by `&&` and in the body `std::move`s it to its destination. (See [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2159 * In special cases, such as multiple "input + copy" parameters, consider using perfect forwarding. (See [F.24](#Rf-pass-ref-ref).)
2161 ##### Example
2163     int multiply(int, int); // just input ints, pass by value
2165     string& concatenate(string&, const string& suffix); // suffix is input-only but not as cheap as an int, pass by const&
2167     void sink(unique_ptr<widget>);  // input only, and consumes the widget
2169 Avoid "esoteric techniques" such as:
2171 * Passing arguments as `T&&` "for efficiency". Most rumors about performance advantages from passing by `&&` are false or brittle (but see [F.25](#Rf-pass-ref-move).)
2172 * Returning `const T&` from assignments and similar operations.
2174 ##### Example
2176 Assuming that `Matrix` has move operations (possibly by keeping its elements in a `std::vector`.
2178     Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b)
2179     {
2180         Matrix res;
2181         // ... fill res with the sum ...
2182         return res;
2183     }
2185     Matrix x = m1 + m2;  // move constructor
2187     y = m3 + m3;         // move assignment
2189 ##### Note
2191 The (optional) return value optimization doesn't handle the assignment case.
2193 **See also**: [implicit arguments](#Ri-explicit).
2195 ##### Enforcement
2197 This is a philosophical guideline that is infeasible to check directly and completely.
2198 However, many of the detailed rules (F.16-F.45) can be checked, such as passing a `const int&`, returning an `array<BigPOD>` by value, and returning a pointer to free store alloced by the function.
2200 ### <a name="Rf-ptr"></a> F.16: Use `T*` or `owner<T*>` to designate a single object
2202 ##### Reason
2204 In traditional C and C++ code, plain `T*` is used for many weakly-related purposes, such as:
2206 * Identify a (single) object (not to be deleted by this function)
2207 * Point to an object allocated on the free store (and delete it later)
2208 * Hold the `nullptr`
2209 * Identify a C-style string (zero-terminated array of characters)
2210 * Identify an array with a length specified separately
2211 * Identify a location in an array
2213 For example, `not_null<T*>` makes it obvious to a reader (human or machine) that a test for `nullptr` is not necessary before dereference.
2214 Additionally, when debugging, `owner<T*>` and `not_null<T>` can be instrumented to check for correctness.
2216 ##### Example
2218 Consider:
2220     int length(Record* p);
2222 When I call `length(r)` should I test for `r == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2224     int length(not_null<Record*> p);  // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2226     int length(Record* p);            // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2228 ##### Note
2230 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).
2232 ##### Note
2234 `owner<T*>` represents ownership.
2236 **Also**: Assume that a `T*` obtained from a smart pointer to `T` (e.g., `unique_ptr<T>`) points to a single element.
2238 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2240 ##### Enforcement
2242 * (Simple) ((Bounds)) Warn for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
2244 ### <a name="Rf-nullptr"></a> F.17: Use a `not_null<T>` to indicate that "null" is not a valid value
2246 ##### Reason
2248 Clarity. Making it clear that a test for null isn't needed.
2250 ##### Example
2252     not_null<T*> check(T* p) { if (p) return not_null<T*>{p}; throw Unexpected_nullptr{}; }
2254     void computer(not_null<array_view<int>> p)
2255     {
2256         if (0 < p.size()) {  // bad: redundant test
2257         // ...
2258         }
2259     }
2261 ##### Note
2263 `not_null` is not just for built-in pointers. It works for `array_view`, `string_view`, `unique_ptr`, `shared_ptr`, and other pointer-like types.
2265 ##### Enforcement
2267 * (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.
2268 * (Simple) Error if a raw pointer is sometimes dereferenced after first being tested against `nullptr` (or equivalent) within the function and sometimes is not.
2269 * (Simple) Warn if a `not_null` pointer is tested against `nullptr` within a function.
2271 ### <a name="Rf-range"></a> F.18: Use an `array_view<T>` or an `array_view_p<T>` to designate a half-open sequence
2273 ##### Reason
2275 Informal/non-explicit ranges are a source of errors.
2277 ##### Example
2279     X* find(array_view<X> r, const X& v);       // find v in r
2281     vector<X> vec;
2282     // ...
2283     auto p = find({vec.begin(), vec.end()}, X{});  // find X{} in vec
2285 ##### Note
2287 Ranges are extremely common in C++ code. Typically, they are implicit and their correct use is very hard to ensure. In particular, given a pair of arguments `(p, n)` designating an array [`p`:`p+n`), it is in general impossible to know if there really are n elements to access following `*p`. `array_view<T>` and `array_view_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.
2289 ##### Note
2291 An `array_view<T>` object does not own its elements and is so small that it can be passed by value.
2293 ##### Note
2295 Passing an `array_view` object as an argument is exactly as efficient as passing a pair of pointer arguments or passing a pointer and an integer count.
2297 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2299 ##### Enforcement
2301 (Complex) Warn where accesses to pointer parameters are bounded by other parameters that are integral types and suggest they could use `array_view` instead.
2303 ### <a name="Rf-string"></a> F.19: Use a `zstring` or a `not_null<zstring>` to designate a C-style string
2305 ##### Reason
2307 C-style strings are ubiquitous. They are defined by convention: zero-terminated arrays of characters.
2308 We must distinguish C-style strings from a pointer to a single character or an old-fashioned pointer to an array of characters.
2310 ##### Example
2312 Consider:
2314     int length(const char* p);
2316 When I call `length(s)` should I test for `s == nullptr` first? Should the implementation of `length()` test for `p == nullptr`?
2318     int length(zstring p);            // the implementor of length() must assume that p == nullptr is possible
2320     int length(not_null<zstring> p);  // it is the caller's job to make sure p != nullptr
2322 ##### Note
2324 `zstring` do not represent ownership.
2326 **See also**: [Support library](#S-gsl).
2328 ### <a name="Rf-const-T-ref"></a> F.20: Use a `const T&` parameter for a large object
2330 ##### Reason
2332 Copying large objects can be expensive. A `const T&` is always cheap and protects the caller from unintended modification.
2334 ##### Example
2336     void fct(const string& s);  // OK: pass by const reference; always cheap
2338     void fct2(string s);        // bad: potentially expensive
2340 **Exception**: Sinks (that is, a function that eventually destroys an object or passes it along to another sink), may benefit ???
2342 ##### Note
2344 A reference may be assumed to refer to a valid object (language rule).
2345 There is no (legitimate) "null reference."
2346 If you need the notion of an optional value, use a pointer, `std::optional`, or a special value used to denote "no value."
2348 ##### Enforcement
2350 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a parameter being passed by value has a size greater than `4 * sizeof(int)`.
2351   Suggest using a `const` reference instead.
2353 ### <a name="Rf-T"></a> F.21: Use a `T` parameter for a small object
2355 ##### Reason
2357 Nothing beats the simplicity and safety of copying.
2358 For small objects (up to two or three words) it is also faster than alternatives.
2360 ##### Example
2362     void fct(int x);          // OK: Unbeatable
2364     void fct2(const int& x);  // bad: overhead on access in fct2()
2366     void fct(int& x);         // OK, but means something else; use only for an "out parameter"
2368 ##### Enforcement
2370 * (Simple) ((Foundation)) Warn when a `const` parameter being passed by reference has a size less than `3 * sizeof(int)`. Suggest passing by value instead.
2372 ### <a name="Rf-T-ref"></a> F.22: Use a `T&` for an in-out-parameter
2374 ##### Reason
2376 A called function can write to a non-`const` reference argument, so assume that it does.
2378 ##### Example
2380     void update(Record& r);  // assume that update writes to r
2382 ##### Note
2384 A `T&` argument can pass information into a function as well as well as out of it.
2385 Thus `T&` could be and in-out-parameter. That can in itself be a problem and a source of errors:
2387     void f(string& s)
2388     {
2389         s = "New York";  // non-obvious error
2390     }
2392     string g()
2393     {
2394         string buffer = ".................................";
2395         f(buffer);
2396         // ...
2397     }
2399 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).
2400 If the writer of `g()` makes an assumption about the size of `buffer` a bad logic error can happen.
2402 ##### Enforcement
2404 * (Moderate) ((Foundation)) Warn about functions with non-`const` reference arguments that do *not* write to them.
2405 * Flag functions that take a `T&` and replace the `T` referred to, rather what the contents of that `T`
2407 ### <a name="Rf-T-return-out"></a> F.23: Use `T&` for an out-parameter that is expensive to move (only)
2409 ##### Reason
2411 A return value is harder to miss and harder to misuse than a `T&` (an in-out parameter); [see also](#Rf-T-return); [see also](#Rf-T-multi).
2413 ##### Example
2415     struct Package {
2416         char header[16];
2417         char load[2024 - 16];
2418     };
2420     Package fill();       // Bad: large return value
2421     void fill(Package&);  // OK
2423     int val();            // OK
2424     void val(int&);       // Bad: Is val reading its argument
2426 ##### Enforcement
2428 Hard to choose a cutover value for the size of the value returned.
2430 ### <a name="Rf-pass-ref-ref"></a> F.24: Use a `TP&&` parameter when forwarding (only)
2432 ##### Reason
2434 When `TP` is a template type parameter, `TP&&` is a forwarding reference -- it both *ignores* and *preserves* `const`'ness and rvalue-ness. Therefore any code that uses a `T&&` 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.
2436 ##### Example
2438     template <class F, class... Args>
2439     inline auto invoke(F&& f, Args&&... args) {
2440         return forward<F>(f)(forward<Args>(args)...);
2441     }
2443 ##### Enforcement
2445 Flag a function that takes a `TP&&` parameter (where `TP` is a template type parameter name) and uses it without `std::forward`.
2447 ### <a name="Rf-pass-ref-move"></a> F.25: Use a `T&&` parameter together with `move` for rare optimization opportunities
2449 ##### Reason
2451 Moving from an object leaves an object in its moved-from state behind.
2452 In general, moved-from objects are dangerous. The only guaranteed operation is destruction (more generally, member functions without preconditions).
2453 The standard library additionally requires that a moved-from object can be assigned to.
2454 If you have performance justification to optimize for rvalues, overload on `&&` and then `move` from the parameter ([example of such overloading](#)).
2456 ##### Example
2458     void somefct(string&&);
2460     void user()
2461     {
2462         string s = "this is going to be fun!";
2463         // ...
2464         somefct(std::move(s));  // we don't need s any more, give it to somefct()
2465         //
2466         cout << s << '\n';      // Oops! What happens here?
2467     }
2469 ##### Enforcement
2471 * Flag all `X&&` parameters (where `X` is not a template type parameter name) and code that uses them without `std::move`.
2472 * Flag access to moved-from objects.
2474 ### <a name="Rf-unique_ptr"></a> F.26: Use a `unique_ptr<T>` to transfer ownership where a pointer is needed
2476 ##### Reason
2478 Using `unique_ptr` is the cheapest way to pass a pointer safely.
2480 ##### Example
2482     unique_ptr<Shape> get_shape(istream& is)  // assemble shape from input stream
2483     {
2484         auto kind = read_header(is); // read header and identify the next shape on input
2485         switch (kind) {
2486         case kCircle:
2487             return make_unique<Circle>(is);
2488         case kTriangle:
2489             return make_unique<Triangle>(is);
2490         // ...
2491         }
2492     }
2494 ##### Note
2496 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).
2498 ##### Enforcement
2500 (Simple) Warn if a function returns a locally-allocated raw pointer. Suggest using either `unique_ptr` or `shared_ptr` instead.
2502 ### <a name="Rf-shared_ptr"></a> F.27: Use a `shared_ptr<T>` to share ownership
2504 ##### Reason
2506 Using `std::shared_ptr` is the standard way to represent shared ownership. That is, the last owner deletes the object.
2508 ##### Example
2510     shared_ptr<Image> im { read_image(somewhere) };
2512     std::thread t0 {shade, args0, top_left, im};
2513     std::thread t1 {shade, args1, top_right, im};
2514     std::thread t2 {shade, args2, bottom_left, im};
2515     std::thread t3 {shade, args3, bottom_right, im};
2517     // detach treads
2518     // last thread to finish deletes the image
2520 ##### Note
2522 Prefer a `unique_ptr` over a `shared_ptr` if there is never more than one owner at a time.
2523 `shared_ptr` is for shared ownership.
2525 **Alternative**: Have a single object own the shared object (e.g. a scoped object) and destroy that (preferably implicitly) when all users have completed.
2527 ##### Enforcement
2529 (Not enforceable) This is a too complex pattern to reliably detect.
2531 ### <a name="Rf-T-return"></a> F.40: Prefer return values to out-parameters
2533 ##### Reason
2535 It's self-documenting. A `&` parameter could be either in/out or out-only.
2537 ##### Example
2539     void incr(int&);
2540     int incr(int);
2542     int i = 0;
2543     incr(i);
2544     i = incr(i);
2546 ##### Enforcement
2548 Flag non-`const` reference parameters that are not read before being written to and are a type that could be cheaply returned.
2550 ### <a name="Rf-T-multi"></a> F.41: Prefer to return tuples to multiple out-parameters
2552 ##### Reason
2554 A return value is self-documenting as an "output-only" value.
2555 And yes, C++ does have multiple return values, by convention of using a `tuple`, with the extra convenience of `tie` at the call site.
2557 ##### Example
2559     int f(const string& input, /*output only*/ string& output_data) // BAD: output-only parameter documented in a comment
2560     {
2561         // ...
2562         output_data = something();
2563         return status;
2564     }
2566     tuple<int, string> f(const string& input) // GOOD: self-documenting
2567     {
2568         // ...
2569         return make_tuple(something(), status);
2570     }
2572 In fact, C++98's standard library already used this convenient feature, because a `pair` is like a two-element `tuple`.
2573 For example, given a `set<string> myset`, consider:
2575     // C++98
2576     result = myset.insert("Hello");
2577     if (result.second) do_something_with(result.first);    // workaround
2579 With C++11 we can write this, putting the results directly in existing local variables:
2581     Sometype iter;                                          // default initialize if we haven't already
2582     Someothertype success;                                  // used these variables for some other purpose
2584     tie(iter, success) = myset.insert("Hello");         // normal return value
2585     if (success) do_something_with(iter);
2587 **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, 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. 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.
2589 ##### Note
2591 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`.
2593 ##### Enforcement
2595 * Output parameters should be replaced by return values.
2596   An output parameter is one that the function writes to, invokes a non-`const` member function, or passes on as a non-`const`.
2598 ### <a name="Rf-return-ptr"></a> F.42: Return a `T*` to indicate a position (only)
2600 ##### Reason
2602 That's what pointers are good for.
2603 Returning a `T*` to transfer ownership is a misuse.
2605 ##### Note
2607 Do not return a pointer to something that is not in the caller's scope.
2609 ##### Example
2611     Node* find(Node* t, const string& s)  // find s in a binary tree of Nodes
2612     {
2613         if (t == nullptr || t->name == s) return t;
2614         if (auto p = find(t->left, s)) return p;
2615         if (auto p = find(t->right, s)) return p;
2616         return nullptr;
2617     }
2619 If it isn't the `nullptr`, the pointer returned by `find` indicates a `Node` holding `s`.
2620 Importantly, that does not imply a transfer of ownership of the pointed-to object to the caller.
2622 ##### Note
2624 Positions can also be transferred by iterators, indices, and references.
2626 ##### Example, bad
2628     int* f()
2629     {
2630         int x = 7;
2631         // ...
2632         return &x;  // Bad: returns pointer to object that is about to be destroyed
2633     }
2635 This applies to references as well:
2637     int& f()
2638     {
2639         int x = 7;
2640         // ...
2641         return x;  // Bad: returns reference to object that is about to be destroyed
2642     }
2644 **See also**: [discussion of dangling pointer prevention](#???).
2646 ##### Enforcement
2648 A slightly different variant of the problem is placing pointers in a container that outlives the objects pointed to.
2650 * Compilers tend to catch return of reference to locals and could in many cases catch return of pointers to locals.
2651 * Static analysis can catch most (all?) common patterns of the use of pointers indicating positions (thus eliminating dangling pointers)
2653 ### <a name="Rf-dangle"></a> F.43: Never (directly or indirectly) return a pointer to a local object
2655 ##### Reason
2657 To avoid the crashes and data corruption that can result from the use of such a dangling pointer.
2659 ##### Example, bad
2661 After the return from a function its local objects no longer exist:
2663     int* f()
2664     {
2665         int fx = 9;
2666         return &fx;  // BAD
2667     }
2669     void g(int* p)   // looks innocent enough
2670     {
2671         int gx;
2672         cout << "*p == " << *p << '\n';
2673         *p = 999;
2674         cout << "gx == " << gx << '\n';
2675     }
2677     void h()
2678     {
2679         int* p = f();
2680         int z = *p;    // read from abandoned stack frame (bad)
2681         g(p);          // pass pointer to abandoned stack frame to function (bad)
2682     }
2684 Here on one popular implementation I got the output:
2686     *p == 999
2687     gx == 999
2689 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`.
2691 Imagine what would happen if `fx` and `gx` were of different types.
2692 Imagine what would happen if `fx` or `gx` was a type with an invariant.
2693 Imagine what would happen if more that dangling pointer was passed around among a larger set of functions.
2694 Imagine what a cracker could do with that dangling pointer.
2696 Fortunately, most (all?) modern compilers catch and warn against this simple case.
2698 ##### Note
2700 You can construct similar examples using references.
2702 ##### Note
2704 This applies only to non-`static` local variables.
2705 All `static` variables are (as their name indicates) statically allocated, so that pointers to them cannot dangle.
2707 ##### Example, bad
2709 Not all examples of leaking a pointer to a local variable are that obvious:
2711     int* glob;       // global variables are bad in so many ways
2713     template<class T>
2714     void steal(T x)
2715     {
2716         glob = x();  // BAD
2717     }
2719     void f()
2720     {
2721         int i = 99;
2722         steal([&] { return &i; });
2723     }
2725     int main()
2726     {
2727         f();
2728         cout << *glob << '\n';
2729     }
2731 Here I managed to read the location abandoned by the call of `f`.
2732 The pointer stored in `glob` could be used much later and cause trouble in unpredictable ways.
2734 ##### Note
2736 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.
2738 ##### Note
2740 Similar examples can be constructed "leaking" a pointer from an inner scope to an outer one;
2741 such examples are handled equivalently to leaks of pointers out of a function.
2743 **See also**: Another way of getting dangling pointers is [pointer invalidation](#???).
2744 It can be detected/prevented with similar techniques.
2746 ##### Enforcement
2748 Preventable through static analysis.
2750 ### <a name="Rf-return-ref"></a> F.44: Return a `T&` when "returning no object" isn't an option
2752 ##### Reason
2754 The language guarantees that a `T&` refers to an object, so that testing for `nullptr` isn't necessary.
2756 **See also**: The return of a reference must not imply transfer of ownership:
2757 [discussion of dangling pointer prevention](#???) and [discussion of ownership](#???).
2759 ##### Example
2761     ???
2763 ##### Enforcement
2767 ### <a name="Rf-return-ref-ref"></a> F.45: Don't return a `T&&`
2769 ##### Reason
2771 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 [F54](#Rf-local-ref-ref).
2773 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&&`).
2775 ##### Example, bad
2777 If `F` returns by value, this function returns a reference to a temporary.
2779     template<class F>
2780     auto&& wrapper(F f)
2781     {
2782         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
2783         return f();
2784     }
2786 ##### Example, good
2788 Better:
2790     template<class F>
2791     auto wrapper(F f)
2792     {
2793         log_call(typeid(f)); // or whatever instrumentation
2794         return f();
2795     }
2797 **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 `&&`.
2799 ##### Enforcement
2801 Flag any use of `&&` as a return type, except in `std::move` and `std::forward`.
2803 ### <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)
2805 ##### Reason
2807 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.
2809 ##### Example
2811     // writing a function that should only take an int or a string -- overloading is natural
2812     void f(int);
2813     void f(const string&);
2815     // writing a function object that needs to capture local state and appear
2816     // at statement or expression scope -- a lambda is natural
2817     vector<work> v = lots_of_work();
2818     for (int tasknum = 0; tasknum < max; ++tasknum) {
2819         pool.run([=, &v]{
2820             /*
2821             ...
2822             ... process 1/max-th of v, the tasknum-th chunk
2823             ...
2824             */
2825         });
2826     }
2827     pool.join();
2829 **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.
2831 ##### Enforcement
2833 * 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.
2836 ### <a name="Rf-main"></a> F.46: `int` is the return type for `main()`
2838 ##### Reason
2840 It's a language rule, but violated through "language extensions" so often that it is worth mentioning.
2841 Declaring `main` (the one global `main` of a program) `void` limits portability.
2843 ##### Example
2845         void main() { /* ... */ };  // bad, not C++
2847         int main()
2848         {
2849             std::cout << "This is the way to do it\n";
2850         }
2852 ##### Enforcement
2854 * The compiler should do it
2855 * If the compiler doesn't do it, let tools flag it
2857 ### <a name="Rf-default-args"></a> F.51: Prefer overloading over default arguments for virtual functions
2859 ??? possibly other situations?
2861 ##### Reason
2863 Virtual function overrides do not inherit default arguments, leading to surprises.
2865 ##### Example, bad
2867     class base {
2868     public:
2869         virtual int multiply(int value, int factor = 2) = 0;
2870     };
2872     class derived : public base {
2873     public:
2874         int multiply(int value, int factor = 10) override;
2875     };
2877     derived d;
2878     base& b = d;
2880     b.multiply(10);  // these two calls will call the same function but
2881     d.multiply(10);  // with different arguments and so different results
2883 ##### Enforcement
2885 Flag all uses of default arguments in virtual functions.
2887 ### <a name="Rf-reference-capture"></a> F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms
2889 ##### Reason
2891 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.
2893 ##### Example
2895 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.
2897     void send_packets(buffers& bufs)
2898     {
2899         stage encryptor  ([] (buffer& b){ encrypt(b); });
2900         stage compressor ([&](buffer& b){ compress(b); encryptor.process(b); });
2901         stage decorator  ([&](buffer& b){ decorate(b); compressor.process(b); });
2902         for (auto& b : bufs) { decorator.process(b); }
2903     }  // automatically blocks waiting for pipeline to finish
2905 ##### Enforcement
2909 ### <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
2911 ##### Reason
2913 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.
2915 ##### Example
2917     {
2918         // ...
2920         // a, b, c are local variables
2921         background_thread.queue_work([=]{ process(a, b, c); });  // want copies of a, b, and c
2922     }
2924 ##### Enforcement
2928 # <a name="S-class"></a> C: Classes and Class Hierarchies
2930 A class is a user-defined type, for which a programmer can define the representation, operations, and interfaces.
2931 Class hierarchies are used to organize related classes into hierarchical structures.
2933 Class rule summary:
2935 * [C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)](#Rc-org)
2936 * [C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently](#Rc-struct)
2937 * [C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class](#Rc-interface)
2938 * [C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class](#Rc-member)
2939 * [C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support](#Rc-helper)
2940 * [C.6: Declare a member function that does not modify the state of its object `const`](#Rc-const)
2942 Subsections:
2944 * [C.concrete: Concrete types](#SS-concrete)
2945 * [C.ctor: Constructors, assignments, and destructors](#SS-ctor)
2946 * [C.con: Containers and other resource handles](#SS-containers)
2947 * [C.lambdas: Function objects and lambdas](#SS-lambdas)
2948 * [C.hier: Class hierarchies (OOP)](#SS-hier)
2949 * [C.over: Overloading and overloaded operators](#SS-overload)
2950 * [C.union: Unions](#SS-union)
2952 ### <a name="Rc-org"></a> C.1: Organize related data into structures (`struct`s or `class`es)
2954 ##### Reason
2956 Ease of comprehension. If data is related (for fundamental reasons), that fact should be reflected in code.
2958 ##### Example
2960     void draw(int x, int y, int x2, int y2);  // BAD: unnecessary implicit relationships
2961     void draw(Point from, Point to);          // better
2963 ##### Note
2965 A simple class without virtual functions implies no space or time overhead.
2967 ##### Note
2969 From a language perspective `class` and `struct` differ only in the default visibility of their members.
2971 ##### Enforcement
2973 Probably impossible. Maybe a heuristic looking for data items used together is possible.
2975 ### <a name="Rc-struct"></a> C.2: Use `class` if the class has an invariant; use `struct` if the data members can vary independently
2977 ##### Reason
2979 Ease of comprehension. The use of `class` alerts the programmer to the need for an invariant.
2981 ##### Note
2983 An invariant is a logical condition for the members of an object that a constructor must establish for the public member functions to assume. After the invariant is established (typically by a constructor) every member function can be called for the object. An invariant can be stated informally (e.g., in a comment) or more formally using `Expects`.
2985 ##### Example
2987     struct Pair {  // the members can vary independently
2988         string name;
2989         int volume;
2990     };
2992 but:
2994     class Date {
2995     private:
2996         int y;
2997         Month m;
2998         char d;    // day
2999     public:
3000         Date(int yy, Month mm, char dd);    // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3001         // ...
3002     };
3004 ##### Enforcement
3006 Look for `struct`s with all data private and `class`es with public members.
3008 ### <a name="Rc-interface"></a> C.3: Represent the distinction between an interface and an implementation using a class
3010 ##### Reason
3012 An explicit distinction between interface and implementation improves readability and simplifies maintenance.
3014 ##### Example
3016     class Date {
3017         // ... some representation ...
3018     public:
3019         Date();
3020         Date(int yy, Month mm, char dd);    // validate that {yy, mm, dd} is a valid date and initialize
3022         int day() const;
3023         Month month() const;
3024         // ...
3025     };
3027 For example, we can now change the representation of a `Date` without affecting its users (recompilation is likely, though).
3029 ##### Note
3031 Using a class in this way to represent the distinction between interface and implementation is of course not the only way.
3032 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.
3033 The most important issue is to explicitly distinguish between an interface and its implementation "details."
3034 Ideally, and typically, an interface is far more stable than its implementation(s).
3036 ##### Enforcement
3040 ### <a name="Rc-member"></a> C.4: Make a function a member only if it needs direct access to the representation of a class
3042 ##### Reason
3044 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.
3046 ##### Example
3048     class Date {
3049         // ... relatively small interface ...
3050     };
3052     // helper functions:
3053     Date next_weekday(Date);
3054     bool operator==(Date, Date);
3056 The "helper functions" have no need for direct access to the representation of a `Date`.
3058 ##### Note
3060 This rule becomes even better if C++17 gets "uniform function call." ???
3062 ##### Enforcement
3064 Look for member function that do not touch data members directly.
3065 The snag is that many member functions that do not need to touch data members directly do.
3067 ### <a name="Rc-helper"></a> C.5: Place helper functions in the same namespace as the class they support
3069 ##### Reason
3071 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.
3072 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.
3074 ##### Example
3076     namespace Chrono { // here we keep time-related services
3078         class Time { /* ... */ };
3079         class Date { /* ... */ };
3081         // helper functions:
3082         bool operator==(Date, Date);
3083         Date next_weekday(Date);
3084         // ...
3085     }
3087 ##### Enforcement
3089 * Flag global functions taking argument types from a single namespace.
3091 ### <a name="Rc-const"></a> C.6: Declare a member function that does not modify the state of its object `const`
3093 ##### Reason
3095 More precise statement of design intent, better readability, more errors caught by the compiler, more optimization opportunities.
3097 ##### Example
3099     int Date::day() const { return d; }
3101 ##### Note
3103 [Do not cast away `const`](#Res-casts-const).
3105 ##### Enforcement
3107 Flag non-`const` member functions that do not write to their objects
3109 ## <a name="SS-concrete"></a> C.concrete: Concrete types
3111 One ideal for a class is to be a regular type.
3112 That means roughly "behaves like an `int`." A concrete type is the simplest kind of class.
3113 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.
3114 If a concrete type has both `=` and `==`, `a=b` should result in `a == b` being `true`.
3115 Concrete classes without assignment and equality can be defined, but they are (and should be) rare.
3116 The C++ built-in types are regular, and so are standard-library classes, such as `string`, `vector`, and `map`.
3117 Concrete types are also often referred to as value types to distinguish them from types uses as part of a hierarchy.
3119 Concrete type rule summary:
3121 * [C.10: Prefer a concrete type over more complicated classes](#Rc-concrete)
3122 * [C.11: Make concrete types regular](#Rc-regular)
3124 ### <a name="Rc-concrete"></a> C.10 Prefer a concrete type over more complicated classes
3126 ##### Reason
3128 A concrete type is fundamentally simpler than a hierarchy:
3129 easier to design, easier to implement, easier to use, easier to reason about, smaller, and faster.
3130 You need a reason (use cases) for using a hierarchy.
3132 ##### Example
3134     class Point1 {
3135         int x, y;
3136         // ... operations ...
3137         // ... no virtual functions ...
3138     };
3140     class Point2 {
3141         int x, y;
3142         // ... operations, some virtual ...
3143         virtual ~Point2();
3144     };
3146     void use()
3147     {
3148         Point1 p11 {1, 2};      // make an object on the stack
3149         Point1 p12 {p11};       // a copy
3151         auto p21 = make_unique<Point2>(1, 2);   // make an object on the free store
3152         auto p22 = p21.clone();                                 // make a copy
3154         // ...
3155     }
3157 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.
3158 That implies more memory overhead, more allocations and deallocations, and more run-time overhead to perform the resulting indirections.
3160 ##### Note
3162 Concrete types can be stack allocated and be members of other classes.
3164 ##### Note
3166 The use of indirection is fundamental for run-time polymorphic interfaces.
3167 The allocation/deallocation overhead is not (that's just the most common case).
3168 We can use a base class as the interface of a scoped object of a derived class.
3169 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.
3171 ##### Enforcement
3175 ### <a name="Rc-regular"></a> C.11: Make concrete types regular
3177 ##### Reason
3179 Regular types are easier to understand and reason about than types that are not regular (irregularities requires extra effort to understand and use).
3181 ##### Example
3183     struct Bundle {
3184         string name;
3185         vector<Record> vr;
3186     };
3188     bool operator==(const Bundle& a, const Bundle& b) { return a.name == b.name && a.vr == b.vr; }
3190     Bundle b1 { "my bundle", {r1, r2, r3}};
3191     Bundle b2 = b1;
3192     if (!(b1 == b2)) error("impossible!");
3193     b2.name = "the other bundle";
3194     if (b1 == b2) error("No!");
3196 In particular, if a concrete type has an assignment also give it an equals operator so that `a=b` implies `a == b`.
3198 ##### Enforcement
3202 ## <a name="SS-ctor"></a> C.ctor: Constructors, assignments, and destructors
3204 These functions control the lifecycle of objects: creation, copy, move, and destruction.
3205 Define constructors to guarantee and simplify initialization of classes.
3207 These are *default operations*:
3209 * a default constructor: `X()`
3210 * a copy constructor: `X(const X&)`
3211 * a copy assignment: `operator=(const X&)`
3212 * a move constructor: `X(X&&)`
3213 * a move assignment: `operator=(X&&)`
3214 * a destructor: `~X()`
3216 By default, the compiler defines each of these operations if it is used, but the default can be suppressed.
3218 The default operations are a set of related operations that together implement the lifecycle semantics of an object.
3219 By default, C++ treats classes as value-like types, but not all types are value-like.
3221 Set of default operations rules:
3223 * [C.20: If you can avoid defining any default operations, do](#Rc-zero)
3224 * [C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all](#Rc-five)
3225 * [C.22: Make default operations consistent](#Rc-matched)
3227 Destructor rules:
3229 * [C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction](#Rc-dtor)
3230 * [C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor](#Rc-dtor-release)
3231 * [C.32: If a class has a raw pointer (`T*`) or reference (`T&`), consider whether it might be owning](#Rc-dtor-ptr)
3232 * [C.33: If a class has an owning pointer member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ptr2)
3233 * [C.34: If a class has an owning reference member, define or `=delete` a destructor](#Rc-dtor-ref)
3234 * [C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor](#Rc-dtor-virtual)
3235 * [C.36: A destructor may not fail](#Rc-dtor-fail)
3236 * [C.37: Make destructors `noexcept`](#Rc-dtor-noexcept)
3238 Constructor rules:
3240 * [C.40: Define a constructor if a class has an invariant](#Rc-ctor)
3241 * [C.41: A constructor should create a fully initialized object](#Rc-complete)
3242 * [C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
3243 * [C.43: Give a class a default constructor](#Rc-default0)
3244 * [C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing](#Rc-default00)
3245 * [C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use member initializers instead](#Rc-default)
3246 * [C.46: By default, declare single-argument constructors `explicit`](#Rc-explicit)
3247 * [C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration](#Rc-order)
3248 * [C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers](#Rc-in-class-initializer)
3249 * [C.49: Prefer initialization to assignment in constructors](#Rc-initialize)
3250 * [C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization](#Rc-factory)
3251 * [C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class](#Rc-delegating)
3252 * [C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization](#Rc-inheriting)
3254 Copy and move rules:
3256 * [C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`](#Rc-copy-assignment)
3257 * [C.61: A copy operation should copy](#Rc-copy-semantic)
3258 * [C.62: Make copy assignment safe for self-assignment](#Rc-move-self)
3259 * [C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const&`](#Rc-move-assignment)
3260 * [C.64: A move operation should move and leave its source in a valid state](#Rc-move-semantic)
3261 * [C.65: Make move assignment safe for self-assignment](#Rc-copy-self)
3262 * [C.66: Make move operations `noexcept`](#Rc-move-noexcept)
3263 * [C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired](#Rc-copy-virtual)
3265 Other default operations rules:
3267 * [C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics](#Rc-=default)
3268 * [C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)](#Rc-=delete)
3269 * [C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors](#Rc-ctor-virtual)
3270 * [C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function](#Rc-swap)
3271 * [C.84: A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail)
3272 * [C.85: Make `swap` `noexcept`](#Rc-swap-noexcept)
3273 * [C.86: Make `==` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-eq)
3274 * [C.87: Beware of `==` on base classes](#Rc-eq-base)
3275 * [C.88: Make `<` symmetric with respect of operand types and `noexcept`](#Rc-lt)
3276 * [C.89: Make a `hash` `noexcept`](#Rc-hash)
3278 ## <a name="SS-defop"></a> C.defop: Default Operations
3280 By default, the language supply the default operations with their default semantics.
3281 However, a programmer can disable or replace these defaults.
3283 ### <a name="Rc-zero"></a> C.20: If you can avoid defining default operations, do
3285 ##### Reason
3287 It's the simplest and gives the cleanest semantics.
3289 ##### Example
3291     struct Named_map {
3292     public:
3293         // ... no default operations declared ...
3294     private:
3295         string name;
3296         map<int, int> rep;
3297     };
3299     Named_map nm;               // default construct
3300     Named_map nm2 {nm}; // copy construct
3302 Since `std::map` and `string` have all the special functions, no further work is needed.
3304 ##### Note
3306 This is known as "the rule of zero".
3308 ##### Enforcement
3310 (Not enforceable) While not enforceable, a good static analyzer can detect patterns that indicate a possible improvement to meet this rule.
3311 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`.
3313 ### <a name="Rc-five"></a> C.21: If you define or `=delete` any default operation, define or `=delete` them all
3315 ##### Reason
3317 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.
3319 ##### Example, bad
3321     struct M2 {         // bad: incomplete set of default operations
3322     public:
3323         // ...
3324         // ... no copy or move operations ...
3325         ~M2() { delete[] rep; }
3326     private:
3327         pair<int, int>* rep;  // zero-terminated set of pairs
3328     };
3330     void use()
3331     {
3332         M2 x;
3333         M2 y;
3334         // ...
3335         x = y;  // the default assignment
3336         // ...
3337     }
3339 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).
3341 ##### Note
3343 This is known as "the rule of five" or "the rule of six", depending on whether you count the default constructor.
3345 ##### Note
3347 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.
3348 If you don't want a default operation, suppress it with `=delete`.
3350 ##### Note
3352 Compilers enforce much of this rule and ideally warn about any violation.
3354 ##### Note
3356 Relying on an implicitly generated copy operation in a class with a destructor is deprecated.
3358 ##### Enforcement
3360 (Simple) A class should have a declaration (even a `=delete` one) for either all or none of the special functions.
3362 ### <a name="Rc-matched"></a> C.22: Make default operations consistent
3364 ##### Reason
3366 The default operations are conceptually a matched set. Their semantics are interrelated.
3367 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.
3369 ##### Example, bad
3371     class Silly {               // BAD: Inconsistent copy operations
3372         class Impl {
3373             // ...
3374         };
3375         shared_ptr<Impl> p;
3376     public:
3377         Silly(const Silly& a) : p{a.p} { *p = *a.p; }   // deep copy
3378         Silly& operator=(const Silly& a) { p = a.p; }   // shallow copy
3379         // ...
3380     };
3382 These operations disagree about copy semantics. This will lead to confusion and bugs.
3384 ##### Enforcement
3386 * (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.
3387 * (Complex) Any member variables written in a copy/move constructor should also be initialized by all other constructors.
3388 * (Complex) If a copy/move constructor performs a deep copy of a member variable, then the destructor should modify the member variable.
3389 * (Complex) If a destructor is modifying a member variable, that member variable should be written in any copy/move constructors or assignment operators.
3391 ## <a name="SS-dtor"></a> C.dtor: Destructors
3393 "Does this class need a destructor?" is a surprisingly powerful design question.
3394 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);
3395 that is, its members can take care of themselves as concerns destruction.
3396 If the answer is "yes", much of the design of the class follows (see [the rule of five](#Rc-five).
3398 ### <a name="Rc-dtor"></a> C.30: Define a destructor if a class needs an explicit action at object destruction
3400 ##### Reason
3402 A destructor is implicitly invoked at the end of an object's lifetime.
3403 If the default destructor is sufficient, use it.
3404 Only define a non-default destructor if a class needs to execute code that is not already part of its members' destructors.
3406 ##### Example
3408     template<typename A>
3409     struct final_action {       // slightly simplified
3410         A act;
3411         final_action(F a) :act{a} {}
3412         ~final_action() { act(); }
3413     };
3415     template<typename A>
3416     final_action<A> finally(A act)      // deduce action type
3417     {
3418         return final_action<A>{a};
3419     }
3421     void test()
3422     {
3423         auto act = finally([]{ cout << "Exit test\n"; });  // establish exit action
3424         // ...
3425         if (something) return;  // act done here
3426         // ...
3427     } // act done here
3429 The whole purpose of `final_action` is to get a piece of code (usually a lambda) executed upon destruction.
3431 ##### Note
3433 There are two general categories of classes that need a user-defined destructor:
3435 * A class with a resource that is not already represented as a class with a destructor, e.g., a `vector` or a transaction class.
3436 * A class that exists primarily to execute an action upon destruction, such as a tracer or `final_action`.
3438 ##### Example, bad
3440     class Foo {         // bad; use the default destructor
3441     public:
3442         // ...
3443         ~Foo() { s = ""; i = 0; vi.clear(); }  // clean up
3444     private:
3445         string s;
3446         int i;
3447         vector<int> vi;
3448     };
3450 The default destructor does it better, more efficiently, and can't get it wrong.
3452 ##### Note
3454 If the default destructor is needed, but its generation has been suppressed (e.g., by defining a move constructor), use `=default`.
3456 ##### Enforcement
3458 Look for likely "implicit resources", such as pointers and references. Look for classes with destructors even though all their data members have destructors.
3460 ### <a name="Rc-dtor-release"></a> C.31: All resources acquired by a class must be released by the class's destructor
3462 ##### Reason
3464 Prevention of resource leaks, especially in error cases.
3466 ##### Note
3468 For resources represented as classes with a complete set of default operations, this happens automatically.
3470 ##### Example
3472     class X {
3473         ifstream f;     // may own a file
3474         // ... no default operations defined or =deleted ...
3475     };
3477 `X`'s `ifstream` implicitly closes any file it may have open upon destruction of its `X`.
3479 ##### Example, bad
3481     class X2 {  // bad
3482         FILE* f;        // may own a file
3483         // ... no default operations defined or =deleted ...
3484     };
3486 `X2` may leak a file handle.
3488 ##### Note
3490 What about a sockets that won't close? A destructor, close, or cleanup operation [should never fail](#Rc-dtor-fail).
3491 If it does nevertheless, we have a problem that has no really good solution.
3492 For starters, the writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
3493 See [discussion](#Sd-never-fail).
3494 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
3495 Many have tried to solve this problem, but no general solution is known.
3496 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
3498 ##### Note
3500 A class can hold pointers and references to objects that it does not own.
3501 Obviously, such objects should not be `delete`d by the class's destructor.
3502 For example:
3504     Preprocessor pp { /* ... */ };
3505     Parser p { pp, /* ... */ };
3506     Type_checker tc { p, /* ... */ };
3508 Here `p` refers to `pp` but does not own it.
3510 ##### Enforcement
3512 * (Simple) If a class has pointer or reference member variables that are owners
3513   (e.g., deemed owners by using `gsl::owner`), then they should be referenced in its destructor.
3514 * (Hard) Determine if pointer or reference member variables are owners when there is no explicit statement of ownership
3515   (e.g., look into the constructors).
3517 ### <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
3519 ##### Reason
3521 There is a lot of code that is non-specific about ownership.
3523 ##### Example
3525     ???
3527 ##### Note
3529 If the `T*` or `T&` is owning, mark it `owning`. If the `T*` is not owning, consider marking it `ptr`.
3530 This will aide documentation and analysis.
3532 ##### Enforcement
3534 Look at the initialization of raw member pointers and member references and see if an allocation is used.
3536 ### <a name="Rc-dtor-ptr2"></a> C.33: If a class has an owning pointer member, define a destructor
3538 ##### Reason
3540 An owned object must be `deleted` upon destruction of the object that owns it.
3542 ##### Example
3544 A pointer member may represent a resource.
3545 [A `T*` should not do so](#Rr-ptr), but in older code, that's common.
3546 Consider a `T*` a possible owner and therefore suspect.
3548     template<typename T>
3549     class Smart_ptr {
3550         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
3551         // ...
3552     public:
3553         // ... no user-defined default operations ...
3554     };
3556     void use(Smart_ptr<int> p1)
3557     {
3558         auto p2 = p1;   // error: p2.p leaked (if not nullptr and not owned by some other code)
3559     }
3561 Note that if you define a destructor, you must define or delete [all default operations](#Rc-five):
3563     template<typename T>
3564     class Smart_ptr2 {
3565         T* p;   // BAD: vague about ownership of *p
3566         // ...
3567     public:
3568         // ... no user-defined copy operations ...
3569         ~Smart_ptr2() { delete p; }  // p is an owner!
3570     };
3572     void use(Smart_ptr<int> p1)
3573     {
3574         auto p2 = p1;   // error: double deletion
3575     }
3577 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:
3579     template<typename T>
3580     class Smart_ptr3 {
3581         owner<T>* p;    // OK: explicit about ownership of *p
3582         // ...
3583     public:
3584         // ...
3585         // ... copy and move operations ...
3586         ~Smart_ptr3() { delete p; }
3587     };
3589     void use(Smart_ptr3<int> p1)
3590     {
3591         auto p2 = p1;   // error: double deletion
3592     }
3594 ##### Note
3596 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.
3598 ##### Note
3600 Why not just require all owning pointers to be "smart pointers"?
3601 That would sometimes require non-trivial code changes and may affect ABIs.
3603 ##### Enforcement
3605 * A class with a pointer data member is suspect.
3606 * A class with an `owner<T>` should define its default operations.
3608 ### <a name="Rc-dtor-ref"></a> C.34: If a class has an owning reference member, define a destructor
3610 ##### Reason
3612 A reference member may represent a resource.
3613 It should not do so, but in older code, that's common.
3614 See [pointer members and destructors](#Rc-dtor-ptr).
3615 Also, copying may lead to slicing.
3617 ##### Example, bad
3619     class Handle {  // Very suspect
3620         Shape& s;   // use reference rather than pointer to prevent rebinding
3621                     // BAD: vague about ownership of *p
3622         // ...
3623     public:
3624         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
3625         // ...
3626     };
3628 The problem of whether `Handle` is responsible for the destruction of its `Shape` is the same as for [the pointer case](#Rc-dtor-ptr):
3629 If the `Handle` owns the object referred to by `s` it must have a destructor.
3631 ##### Example
3633     class Handle {        // OK
3634         owner<Shape&> s;  // use reference rather than pointer to prevent rebinding
3635         // ...
3636     public:
3637         Handle(Shape& ss) : s{ss} { /* ... */ }
3638         ~Handle() { delete &s; }
3639         // ...
3640     };
3642 Independently of whether `Handle` owns its `Shape`, we must consider the default copy operations suspect:
3644     Handle x {*new Circle{p1, 17}};  // the Handle had better own the Circle or we have a leak
3645     Handle y {*new Triangle{p1, p2, p3}};
3646     x = y;     // the default assignment will try *x.s = *y.s
3648 That `x=y` is highly suspect.
3649 Assigning a `Triangle` to a `Circle`?
3650 Unless `Shape` has its [copy assignment `=deleted`](#Rc-copy-virtual), only the `Shape` part of `Triangle` is copied into the `Circle`.
3652 ##### Note
3654 Why not just require all owning references to be replaced by "smart pointers"?
3655 Changing from references to smart pointers implies code changes.
3656 We don't (yet) have smart references.
3657 Also, that may affect ABIs.
3659 ##### Enforcement
3661 * A class with a reference data member is suspect.
3662 * A class with an `owner<T>` reference should define its default operations.
3664 ### <a name="Rc-dtor-virtual"></a> C.35: A base class with a virtual function needs a virtual destructor
3666 ##### Reason
3668 To prevent undefined behavior.
3669 If an application attempts to delete a derived class object through a base class pointer, the result is undefined if the base class's destructor is non-virtual.
3670 In general, the writer of a base class does not know the appropriate action to be done upon destruction.
3672 ##### Example, bad
3674     struct Base {  // BAD: no virtual destructor
3675         virtual f();
3676     };
3678     struct D : Base {
3679         string s {"a resource needing cleanup"};
3680         ~D() { /* ... do some cleanup ... */ }
3681         // ...
3682     };
3684     void use()
3685     {
3686         unique_ptr<Base> p = make_unique<D>();
3687         // ...
3688     } // p's destruction calls ~Base(), not ~D(), which leaks D::s and possibly more
3690 ##### Note
3692 A virtual function defines an interface to derived classes that can be used without looking at the derived classes.
3693 Someone using such an interface is likely to also destroy using that interface.
3695 ##### Note
3697 A destructor must be `public` or it will prevent stack allocation and normal heap allocation via smart pointer (or in legacy code explicit `delete`):
3699     class X {
3700         ~X();   // private destructor
3701         // ...
3702     };
3704     void use()
3705     {
3706         X a;                        // error: cannot destroy
3707         auto p = make_unique<X>();  // error: cannot destroy
3708     }
3710 ##### Enforcement
3712 (Simple) A class with any virtual functions should have a virtual destructor.
3714 ### <a name="Rc-dtor-fail"></a> C.36: A destructor may not fail
3716 ##### Reason
3718 In general we do not know how to write error-free code if a destructor should fail.
3719 The standard library requires that all classes it deals with have destructors that do not exit by throwing.
3721 ##### Example
3723     class X {
3724     public:
3725         ~X() noexcept;
3726         // ...
3727     };
3729     X::~X() noexcept
3730     {
3731         // ...
3732         if (cannot_release_a_resource) terminate();
3733         // ...
3734     }
3736 ##### Note
3738 Many have tried to devise a fool-proof scheme for dealing with failure in destructors.
3739 None have succeeded to come up with a general scheme.
3740 This can be be a real practical problem: For example, what about a sockets that won't close?
3741 The writer of a destructor does not know why the destructor is called and cannot "refuse to act" by throwing an exception.
3742 See [discussion](#Sd-dtor).
3743 To make the problem worse, many "close/release" operations are not retryable.
3744 If at all possible, consider failure to close/cleanup a fundamental design error and terminate.
3746 ##### Note
3748 Declare a destructor `noexcept`. That will ensure that it either completes normally or terminate the program.
3750 ##### Note
3752 If a resource cannot be released and the program may not fail, try to signal the failure to the rest of the system somehow
3753 (maybe even by modifying some global state and hope something will notice and be able to take care of the problem).
3754 Be fully aware that this technique is special-purpose and error-prone.
3755 Consider the "my connection will not close" example.
3756 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.
3757 The destructor could send a message (somehow) to the responsible part of the system, consider that to have closed the connection, and return normally.
3759 ##### Note
3761 If a destructor uses operations that may fail, it can catch exceptions and in some cases still complete successfully
3762 (e.g., by using a different clean-up mechanism from the one that threw an exception).
3764 ##### Enforcement
3766 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
3768 ### <a name="Rc-dtor-noexcept"></a> C.37: Make destructors `noexcept`
3770 ##### Reason
3772  [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.
3774 ##### Enforcement
3776 (Simple) A destructor should be declared `noexcept`.
3778 ## <a name="SS-ctor"></a> C.ctor: Constructors
3780 A constructor defined how an object is initialized (constructed).
3782 ### <a name="Rc-ctor"></a> C.40: Define a constructor if a class has an invariant
3784 ##### Reason
3786 That's what constructors are for.
3788 ##### Example
3790     class Date {        // a Date represents a valid date
3791                   // in the January 1, 1900 to December 31, 2100 range
3792         Date(int dd, int mm, int yy)
3793             :d{dd}, m{mm}, y{yy}
3794         {
3795             if (!is_valid(d, m, y)) throw Bad_date{};  // enforce invariant
3796         }
3797         // ...
3798     private:
3799         int d, m, y;
3800     };
3802 It is often a good idea to express the invariant as an `Ensure` on the constructor.
3804 ##### Note
3806 A constructor can be used for convenience even if a class does not have an invariant. For example:
3808     struct Rec {
3809         string s;
3810         int i {0};
3811         Rec(const string& ss) : s{ss} {}
3812         Rec(int ii) :i{ii} {}
3813     };
3815     Rec r1 {7};
3816     Rec r2 {"Foo bar"};
3818 ##### Note
3820 The C++11 initializer list rules eliminates the need for many constructors. For example:
3822     struct Rec2{
3823         string s;
3824         int i;
3825         Rec2(const string& ss, int ii = 0) :s{ss}, i{ii} {}             // redundant
3826     };
3828     Rec r1 {"Foo", 7};
3829     Rec r2 {"Bar"};
3831 The `Rec2` constructor is redundant.
3832 Also, the default for `int` would be better done as a [member initializer](#Rc-in-class-initializer).
3834 **See also**: [construct valid object](#Rc-complete) and [constructor throws](#Rc-throw).
3836 ##### Enforcement
3838 * Flag classes with user-define copy operations but no constructor (a user-defined copy is a good indicator that the class has an invariant)
3840 ### <a name="Rc-complete"></a> C.41: A constructor should create a fully initialized object
3842 ##### Reason
3844 A constructor establishes the invariant for a class. A user of a class should be able to assume that a constructed object is usable.
3846 ##### Example, bad
3848     class X1 {
3849         FILE* f;        // call init() before any other function
3850         // ...
3851     public:
3852         X1() {}
3853         void init();    // initialize f
3854         void read();    // read from f
3855         // ...
3856     };
3858     void f()
3859     {
3860         X1 file;
3861         file.read();    // crash or bad read!
3862         // ...
3863         file.init();    // too late
3864         // ...
3865     }
3867 Compilers do not read comments.
3869 **Exception**: If a valid object cannot conveniently be constructed by a constructor [use a factory function](#Rc-factory).
3871 ##### Note
3873 If a constructor acquires a resource (to create a valid object), that resource should be [released by the destructor](#Rc-dtor-release).
3874 The idiom of having constructors acquire resources and destructors release them is called [RAII](#Rr-raii) ("Resource Acquisitions Is Initialization").
3876 ### <a name="Rc-throw"></a> C.42: If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception
3878 ##### Reason
3880 Leaving behind an invalid object is asking for trouble.
3882 ##### Example
3884     class X2 {
3885         FILE* f;        // call init() before any other function
3886         // ...
3887     public:
3888         X2(const string& name)
3889             :f{fopen(name.c_str(), "r")}
3890         {
3891             if (f == nullptr) throw runtime_error{"could not open" + name};
3892             // ...
3893         }
3895         void read();    // read from f
3896         // ...
3897     };
3899     void f()
3900     {
3901         X2 file {"Zeno"}; // throws if file isn't open
3902         file.read();      // fine
3903         // ...
3904     }
3906 ##### Example, bad
3908     class X3 {                  // bad: the constructor leaves a non-valid object behind
3909         FILE* f;        // call init() before any other function
3910         bool valid;
3911         // ...
3912     public:
3913         X3(const string& name)
3914             :f{fopen(name.c_str(), "r")}, valid{false}
3915         {
3916             if (f) valid = true;
3917             // ...
3918         }
3920         void is_valid() { return valid; }
3921         void read();            // read from f
3922         // ...
3923     };
3925     void f()
3926     {
3927         X3 file {"Heraclides"};
3928         file.read();    // crash or bad read!
3929         // ...
3930         if (is_valid()) {
3931             file.read();
3932             // ...
3933         }
3934         else {
3935             // ... handle error ...
3936         }
3937         // ...
3938     }
3940 ##### Note
3942 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.
3943 Leaving behind an invalid object and relying on users to consistently check an `is_valid()` function before use is tedious, error-prone, and inefficient.
3945 **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.
3946 There the `is_valid()` technique must be used. In such cases, check `is_valid()` consistently and immediately to simulate [RAII](#Rr-raii).
3948 **Alternative**: If you feel tempted to use some "post-constructor initialization" or "two-stage initialization" idiom, try not to do that.
3949 If you really have to, look at [factory functions](#Rc-factory).
3951 ##### Note
3953 One reason people have used `init()` functions rather than doing the initialization work in a constructor has been to avoid code replication.
3954 [Delegating constructors](#Rc-delegating) and [default member initialization](#Rc-in-class-initializer) do that better.
3955 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)
3957 ##### Enforcement
3959 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
3960 * (Unknown) If a constructor has an `Ensures` contract, try to see if it holds as a postcondition.
3962 ### <a name="Rc-default0"></a> C.43: Give a class a default constructor
3964 ##### Reason
3966 Many language and library facilities rely on default constructors, e.g. `T a[10]` and `std::vector<T> v(10)` default initializes their elements.
3968 ##### Example
3970     class Date {
3971     public:
3972         Date();
3973         // ...
3974     };
3976     vector<Date> vd1(1000);     // default Date needed here
3977     vector<Date> vd2(1000, Date{Month::october, 7, 1885});      // alternative
3979 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.
3980 `{0, 0, 0}` is not a valid date in most calendar systems, so choosing that would be introducing something like floating-point's NaN.
3981 However, most realistic `Date` classes has a "first date" (e.g. January 1, 1970 is popular), so making that the default is usually trivial.
3983 ##### Enforcement
3985 * Flag classes without a default constructor
3987 ### <a name="Rc-default00"></a> C.44: Prefer default constructors to be simple and non-throwing
3989 ##### Reason
3991 Being able to set a value to "the default" without operations that might fail simplifies error handling and reasoning about move operations.
3993 ##### Example, problematic
3995     template<typename T>
3996     class Vector0 {             // elem points to space-elem element allocated using new
3997     public:
3998         Vector0() :Vector0{0} {}
3999         Vector0(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4000         // ...
4001     private:
4002         own<T*> elem;
4003         T* space;
4004         T* last;
4005     };
4007 This is nice and general, but setting a `Vector0` to empty after an error involves an allocation, which may fail.
4008 Also, having a default `Vector` represented as `{new T[0], 0, 0}` seems wasteful.
4009 For example, `Vector0 v(100)` costs 100 allocations.
4011 ##### Example
4013     template<typename T>
4014     class Vector1 {             // elem is nullptr or elem points to space-elem element allocated using new
4015     public:
4016         Vector1() noexcept {}   // sets the representation to {nullptr, nullptr, nullptr}; doesn't throw
4017         Vector1(int n) :elem{new T[n]}, space{elem + n}, last{elem} {}
4018         // ...
4019     private:
4020         own<T*> elem = nullptr;
4021         T* space = nullptr;
4022         T* last = nullptr;
4023     };
4025 Using `{nullptr, nullptr, nullptr}` makes `Vector1{}` cheap, but a special case and implies run-time checks.
4026 Setting a `Vector1` to empty after detecting an error is trivial.
4028 ##### Enforcement
4030 * Flag throwing default constructors
4032 ### <a name="Rc-default"></a> C.45: Don't define a default constructor that only initializes data members; use in-class member initializers instead
4034 ##### Reason
4036 Using in-class member initializers lets the compiler generate the function for you. The compiler-generated function can be more efficient.
4038 ##### Example, bad
4040     class X1 { // BAD: doesn't use member initializers
4041         string s;
4042         int i;
4043     public:
4044         X1() :s{"default"}, i{1} { }
4045         // ...
4046     };
4048 ##### Example
4050     class X2 {
4051         string s = "default";
4052         int i = 1;
4053     public:
4054         // use compiler-generated default constructor
4055         // ...
4056     };
4058 ##### Enforcement
4060 (Simple) A default constructor should do more than just initialize member variables with constants.
4062 ### <a name="Rc-explicit"></a> C.46: By default, declare single-argument constructors explicit
4064 ##### Reason
4066 To avoid unintended conversions.
4068 ##### Example, bad
4070     class String {
4071         // ...
4072     public:
4073         String(int);    // BAD
4074         // ...
4075     };
4077     String s = 10;      // surprise: string of size 10
4079 ##### Exception
4081 If you really want an implicit conversion from the constructor argument type to the class type, don't use `explicit`:
4083     class Complex {
4084         // ...
4085     public:
4086         Complex(double d);      // OK: we want a conversion from d to {d, 0}
4087         // ...
4088     };
4090     Complex z = 10.7;   // unsurprising conversion
4092 **See also**: [Discussion of implicit conversions](#Ro-conversion).
4094 ##### Enforcement
4096 (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".
4098 ### <a name="Rc-order"></a> C.47: Define and initialize member variables in the order of member declaration
4100 ##### Reason
4102 To minimize confusion and errors. That is the order in which the initialization happens (independent of the order of member initializers).
4104 ##### Example, bad
4106     class Foo {
4107         int m1;
4108         int m2;
4109     public:
4110         Foo(int x) :m2{x}, m1{++x} { }  // BAD: misleading initializer order
4111         // ...
4112     };
4114     Foo x(1); // surprise: x.m1 == x.m2 == 2
4116 ##### Enforcement
4118 (Simple) A member initializer list should mention the members in the same order they are declared.
4120 **See also**: [Discussion](#Sd-order)
4122 ### <a name="Rc-in-class-initializer"></a> C.48: Prefer in-class initializers to member initializers in constructors for constant initializers
4124 ##### Reason
4126 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.
4128 ##### Example, bad
4130     class X {   // BAD
4131         int i;
4132         string s;
4133         int j;
4134     public:
4135         X() :i{666}, s{"qqq"} { }       // j is uninitialized
4136         X(int ii) :i{ii} {}                     // s is "" and j is uninitialized
4137         // ...
4138     };
4140 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.
4142 ##### Example
4144     class X2 {
4145         int i {666};
4146         string s {"qqq"};
4147         int j {0};
4148     public:
4149         X2() = default;                 // all members are initialized to their defaults
4150         X2(int ii) :i{ii} {}            // s and j initialized to their defaults
4151         // ...
4152     };
4154 **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:
4156     class X3 {  // BAD: inexplicit, argument passing overhead
4157         int i;
4158         string s;
4159         int j;
4160     public:
4161         X3(int ii = 666, const string& ss = "qqq", int jj = 0)
4162             :i{ii}, s{ss}, j{jj} { }            // all members are initialized to their defaults
4163         // ...
4164     };
4166 ##### Enforcement
4168 * (Simple) Every constructor should initialize every member variable (either explicitly, via a delegating ctor call or via default construction).
4169 * (Simple) Default arguments to constructors suggest an in-class initializer may be more appropriate.
4171 ### <a name="Rc-initialize"></a> C.49: Prefer initialization to assignment in constructors
4173 ##### Reason
4175 An initialization explicitly states that initialization, rather than assignment, is done and can be more elegant and efficient. Prevents "use before set" errors.
4177 ##### Example, good
4179     class A {           // Good
4180         string s1;
4181     public:
4182         A() : s1{"Hello, "} { }    // GOOD: directly construct
4183         // ...
4184     };
4186 ##### Example, bad
4188     class B {           // BAD
4189         string s1;
4190     public:
4191         B() { s1 = "Hello, "; }   // BAD: default constructor followed by assignment
4192         // ...
4193     };
4195     class C {           // UGLY, aka very bad
4196         int* p;
4197     public:
4198         C() { cout << *p; p = new int{10};      }       // accidental use before initialized
4199         // ...
4200     };
4202 ### <a name="Rc-factory"></a> C.50: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
4204 ##### Reason
4206 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.
4208 ##### Example, bad
4210     class B {
4211     public:
4212         B()
4213         {
4214             // ...
4215             f();                // BAD: virtual call in constructor
4216             // ...
4217         }
4219         virtual void f() = 0;
4221         // ...
4222     };
4224 ##### Example
4226     class B {
4227     protected:
4228         B() { /* ... */ }                   // create an imperfectly initialized object
4230         virtual void PostInitialize()       // to be called right after construction
4231         {
4232             // ...
4233             f();    // GOOD: virtual dispatch is safe
4234             // ...
4235         }
4237     public:
4238         virtual void f() = 0;
4240         template<class T>
4241         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
4242         {
4243             auto p = make_shared<T>();
4244             p->PostInitialize();
4245             return p;
4246         }
4247     };
4249     class D : public B { /* "¦ */ };            // some derived class
4251     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();        // creating a D object
4253 By making the constructor `protected` we avoid an incompletely constructed object escaping into the wild.
4254 By providing the factory function `Create()`, we make construction (on the free store) convenient.
4256 ##### Note
4258 Conventional factory functions allocate on the free store, rather than on the stack or in an enclosing object.
4260 **See also**: [Discussion](#Sd-factory)
4262 ### <a name="Rc-delegating"></a> C.51: Use delegating constructors to represent common actions for all constructors of a class
4264 ##### Reason
4266 To avoid repetition and accidental differences.
4268 ##### Example, bad
4270     class Date {        // BAD: repetitive
4271         int d;
4272         Month m;
4273         int y;
4274     public:
4275         Date(int ii, Month mm, year yy)
4276             :i{ii}, m{mm} y{yy}
4277             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4279         Date(int ii, Month mm)
4280             :i{ii}, m{mm} y{current_year()}
4281             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4282         // ...
4283     };
4285 The common action gets tedious to write and may accidentally not be common.
4287 ##### Example
4289     class Date2 {
4290         int d;
4291         Month m;
4292         int y;
4293     public:
4294         Date2(int ii, Month mm, year yy)
4295             :i{ii}, m{mm} y{yy}
4296             { if (!valid(i, m, y)) throw Bad_date{}; }
4298         Date2(int ii, Month mm)
4299             :Date2{ii, mm, current_year()} {}
4300         // ...
4301     };
4303 **See also**: If the "repeated action" is a simple initialization, consider [an in-class member initializer](#Rc-in-class-initializer).
4305 ##### Enforcement
4307 (Moderate) Look for similar constructor bodies.
4309 ### <a name="Rc-inheriting"></a> C.52: Use inheriting constructors to import constructors into a derived class that does not need further explicit initialization
4311 ##### Reason
4313 If you need those constructors for a derived class, re-implementing them is tedious and error prone.
4315 ##### Example
4317 `std::vector` has a lot of tricky constructors, so if I want my own `vector`, I don't want to reimplement them:
4319     class Rec {
4320         // ... data and lots of nice constructors ...
4321     };
4323     class Oper : public Rec {
4324         using Rec::Rec;
4325         // ... no data members ...
4326         // ... lots of nice utility functions ...
4327     };
4329 ##### Example, bad
4331     struct Rec2 : public Rec {
4332         int x;
4333         using Rec::Rec;
4334     };
4336     Rec2 r {"foo", 7};
4337     int val = r.x;      // uninitialized
4339 ##### Enforcement
4341 Make sure that every member of the derived class is initialized.
4343 ## <a name="SS-copy"></a> C.copy: Copy and move
4345 Value types should generally be copyable, but interfaces in a class hierarchy should not.
4346 Resource handles may or may not be copyable.
4347 Types can be defined to move for logical as well as performance reasons.
4349 ### <a name="Rc-copy-assignment"></a> C.60: Make copy assignment non-`virtual`, take the parameter by `const&`, and return by non-`const&`
4351 ##### Reason
4353 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)).
4355 ##### Example
4357     class Foo {
4358     public:
4359         Foo& operator=(const Foo& x)
4360         {
4361             auto tmp = x;       // GOOD: no need to check for self-assignment (other than performance)
4362             std::swap(*this, tmp);
4363             return *this;
4364         }
4365         // ...
4366     };
4368     Foo a;
4369     Foo b;
4370     Foo f();
4372     a = b;              // assign lvalue: copy
4373     a = f();    // assign rvalue: potentially move
4375 ##### Note
4377 The `swap` implementation technique offers the [strong guarantee](???).
4379 ##### Example
4381 But what if you can get significant 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:
4383     template<typename T>
4384     class Vector {
4385     public:
4386         Vector& operator=(const Vector&);
4387         // ...
4388     private:
4389         T* elem;
4390         int sz;
4391     };
4393     Vector& Vector::operator=(const Vector& a)
4394     {
4395         if (a.sz > sz) {
4396             // ... use the swap technique, it can't be bettered ...
4397             return *this
4398         }
4399         // ... copy sz elements from *a.elem to elem ...
4400         if (a.sz < sz) {
4401             // ... destroy the surplus elements in *this* and adjust size ...
4402         }
4403         return *this;
4404     }
4406 By writing directly to the target elements, we will get only [the basic guarantee](#???) rather than the strong guaranteed offered by the `swap` technique. Beware of [self assignment](#Rc-copy-self).
4408 **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&)`.
4409 See [copy constructor vs. `clone()`](#Rc-copy-virtual).
4411 ##### Enforcement
4413 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
4414 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
4415 * (Moderate) An assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member assignment operators.
4416   Look at the destructor to determine if the type has pointer semantics or value semantics.
4418 ### <a name="Rc-copy-semantic"></a> C.61: A copy operation should copy
4420 ##### Reason
4422 That is the generally assumed semantics. After `x=y`, we should have `x == y`.
4423 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).
4425 ##### Example
4427     class X {   // OK: value semantics
4428     public:
4429         X();
4430         X(const X&);    // copy X
4431         void modify();  // change the value of X
4432         // ...
4433         ~X() { delete[] p; }
4434     private:
4435         T* p;
4436         int sz;
4437     };
4439     bool operator==(const X& a, const X& b)
4440     {
4441         return a.sz == b.sz && equal(a.p, a.p + a.sz, b.p, b.p + b.sz);
4442     }
4444     X::X(const X& a)
4445         :p{new T}, sz{a.sz}
4446     {
4447         copy(a.p, a.p + sz, a.p);
4448     }
4450     X x;
4451     X y = x;
4452     if (x != y) throw Bad{};
4453     x.modify();
4454     if (x == y) throw Bad{};    // assume value semantics
4456 ##### Example
4458     class X2 {  // OK: pointer semantics
4459     public:
4460         X2();
4461         X2(const X&) = default; // shallow copy
4462         ~X2() = default;
4463         void modify();          // change the value of X
4464         // ...
4465     private:
4466         T* p;
4467         int sz;
4468     };
4470     bool operator==(const X2& a, const X2& b)
4471     {
4472         return a.sz == b.sz && a.p == b.p;
4473     }
4475     X2 x;
4476     X2 y = x;
4477     if (x != y) throw Bad{};
4478     x.modify();
4479     if (x != y) throw Bad{};  // assume pointer semantics
4481 ##### Note
4483 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.
4485 ##### Enforcement
4487 (Not enforceable).
4489 ### <a name="Rc-copy-self"></a> C.62: Make copy assignment safe for self-assignment
4491 ##### Reason
4493 If `x=x` changes the value of `x`, people will be surprised and bad errors will occur (often including leaks).
4495 ##### Example
4497 The standard-library containers handle self-assignment elegantly and efficiently:
4499     std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
4500     v = v;
4501     // the value of v is still {3, 1, 4, 1, 5, 9}
4503 ##### Note
4505 The default assignment generated from members that handle self-assignment correctly handles self-assignment.
4507     struct Bar {
4508         vector<pair<int, int>> v;
4509         map<string, int> m;
4510         string s;
4511     };
4513     Bar b;
4514     // ...
4515     b = b;      // correct and efficient
4517 ##### Note
4519 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)).
4521     class Foo {
4522         string s;
4523         int i;
4524     public:
4525         Foo& operator=(const Foo& a);
4526         // ...
4527     };
4529     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // OK, but there is a cost
4530     {
4531         if (this == &a) return *this;
4532         s = a.s;
4533         i = a.i;
4534         return *this;
4535     }
4537 This is obviously safe and apparently efficient.
4538 However, what if we do one self-assignment per million assignments?
4539 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).
4540 Consider:
4542     Foo& Foo::operator=(const Foo& a)   // simpler, and probably much better
4543     {
4544         s = a.s;
4545         i = a.i;
4546         return *this;
4547     }
4549 `std::string` is safe for self-assignment and so are `int`. All the cost is carried by the (rare) case of self-assignment.
4551 ##### Enforcement
4553 (Simple) Assignment operators should not contain the pattern `if (this == &a) return *this;` ???
4555 ### <a name="Rc-move-assignment"></a> C.63: Make move assignment non-`virtual`, take the parameter by `&&`, and return by non-`const &`
4557 ##### Reason
4559 It is simple and efficient.
4561 **See**: [The rule for copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
4563 ##### Enforcement
4565 Equivalent to what is done for [copy-assignment](#Rc-copy-assignment).
4567 * (Simple) An assignment operator should not be virtual. Here be dragons!
4568 * (Simple) An assignment operator should return `T&` to enable chaining, not alternatives like `const T&` which interfere with composability and putting objects in containers.
4569 * (Moderate) A move assignment operator should (implicitly or explicitly) invoke all base and member move assignment operators.
4571 ### <a name="Rc-move-semantic"></a> C.64: A move operation should move and leave its source in valid state
4573 ##### Reason
4575 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.
4577 ##### Example
4579     template<typename T>
4580     class X {   // OK: value semantics
4581     public:
4582         X();
4583         X(X&& a);               // move X
4584         void modify();  // change the value of X
4585         // ...
4586         ~X() { delete[] p; }
4587     private:
4588         T* p;
4589         int sz;
4590     };
4593     X::X(X&& a)
4594         :p{a.p}, sz{a.sz}       // steal representation
4595     {
4596         a.p = nullptr;          // set to "empty"
4597         a.sz = 0;
4598     }
4600     void use()
4601     {
4602         X x{};
4603         // ...
4604         X y = std::move(x);
4605         x = X{};        // OK
4606     } // OK: x can be destroyed
4608 ##### Note
4610 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.
4611 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.
4613 ##### Note
4615 Unless there is an exceptionally strong reason not to, make `x = std::move(y); y = z;` work with the conventional semantics.
4617 ##### Enforcement
4619 (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.
4621 ### <a name="Rc-move-self"></a> C.65: Make move assignment safe for self-assignment
4623 ##### Reason
4625 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.
4627 ##### Example
4629     class Foo {
4630         string s;
4631         int i;
4632     public:
4633         Foo& operator=(Foo&& a);
4634         // ...
4635     };
4637     Foo& Foo::operator=(Foo&& a)       // OK, but there is a cost
4638     {
4639         if (this == &a) return *this;  // this line is redundant
4640         s = std::move(a.s);
4641         i = a.i;
4642         return *this;
4643     }
4645 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.
4647 ##### Note
4649 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).
4651 ##### Note
4653 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.
4655 ##### Example
4657 Here is a way to move a pointer without a test (imagine it as code in the implementation a move assignment):
4659     // move from other.ptr to this->ptr
4660     T* temp = other.ptr;
4661     other.ptr = nullptr;
4662     delete ptr;
4663     ptr = temp;
4665 ##### Enforcement
4667 * (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.
4668 * (Not enforceable) Look at the use of standard-library container types (incl. `string`) and consider them safe for ordinary (not life-critical) uses.
4670 ### <a name="Rc-move-noexcept"></a> C.66: Make move operations `noexcept`
4672 ##### Reason
4674 A throwing move violates most people's reasonably assumptions.
4675 A non-throwing move will be used more efficiently by standard-library and language facilities.
4677 ##### Example
4679     template<typename T>
4680     class Vector {
4681         // ...
4682         Vector(Vector&& a) noexcept :elem{a.elem}, sz{a.sz} { a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
4683         Vector& operator=(Vector&& a) noexcept { elem = a.elem; sz = a.sz; a.sz = 0; a.elem = nullptr; }
4684         // ...
4685     public:
4686         T* elem;
4687         int sz;
4688     };
4690 These copy operations do not throw.
4692 ##### Example, bad
4694     template<typename T>
4695     class Vector2 {
4696         // ...
4697         Vector2(Vector2&& a) { *this = a; }                             // just use the copy
4698         Vector2& operator=(Vector2&& a) { *this = a; }  // just use the copy
4699         // ...
4700     public:
4701         T* elem;
4702         int sz;
4703     };
4705 This `Vector2` is not just inefficient, but since a vector copy requires allocation, it can throw.
4707 ##### Enforcement
4709 (Simple) A move operation should be marked `noexcept`.
4711 ### <a name="Rc-copy-virtual"></a> C.67: A base class should suppress copying, and provide a virtual `clone` instead if "copying" is desired
4713 ##### Reason
4715 To prevent slicing, because the normal copy operations will copy only the base portion of a derived object.
4717 ##### Example, bad
4719     class B { // BAD: base class doesn't suppress copying
4720         int data;
4721         // ... nothing about copy operations, so uses default ...
4722     };
4724     class D : public B {
4725         string moredata; // add a data member
4726         // ...
4727     };
4729     auto d = make_unique<D>();
4730     auto b = make_unique<B>(d); // oops, slices the object; gets only d.data but drops d.moredata
4732 ##### Example
4734     class B { // GOOD: base class suppresses copying
4735         B(const B&) =delete;
4736         B& operator=(const B&) =delete;
4737         virtual unique_ptr<B> clone() { return /* B object */; }
4738         // ...
4739     };
4741     class D : public B {
4742         string moredata; // add a data member
4743         unique_ptr<B> clone() override { return /* D object */; }
4744         // ...
4745     };
4747     auto d = make_unique<D>();
4748     auto b = d.clone(); // ok, deep clone
4750 ##### Note
4752 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.
4754 ##### Enforcement
4756 A class with any virtual function should not have a copy constructor or copy assignment operator (compiler-generated or handwritten).
4758 ## C.other: Other default operations
4762 ### <a name="Rc-=default"></a> C.80: Use `=default` if you have to be explicit about using the default semantics
4764 ##### Reason
4766 The compiler is more likely to get the default semantics right and you cannot implement these function better than the compiler.
4768 ##### Example
4770     class Tracer {
4771         string message;
4772     public:
4773         Tracer(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
4774         ~Tracer() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
4776         Tracer(const Tracer&) = default;
4777         Tracer& operator=(const Tracer&) = default;
4778         Tracer(Tracer&&) = default;
4779         Tracer& operator=(Tracer&&) = default;
4780     };
4782 Because we defined the destructor, we must define the copy and move operations. The `=default` is the best and simplest way of doing that.
4784 ##### Example, bad
4786     class Tracer2 {
4787         string message;
4788     public:
4789         Tracer2(const string& m) : message{m} { cerr << "entering " << message << '\n'; }
4790         ~Tracer2() { cerr << "exiting " << message << '\n'; }
4792         Tracer2(const Tracer2& a) : message{a.message} {}
4793         Tracer2& operator=(const Tracer2& a) { message = a.message; }
4794         Tracer2(Tracer2&& a) :message{a.message} {}
4795         Tracer2& operator=(Tracer2&& a) { message = a.message; }
4796     };
4798 Writing out the bodies of the copy and move operations is verbose, tedious, and error-prone. A compiler does it better.
4800 ##### Enforcement
4802 (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
4804 ### <a name="Rc-=delete"></a> C.81: Use `=delete` when you want to disable default behavior (without wanting an alternative)
4806 ##### Reason
4808 In a few cases, a default operation is not desirable.
4810 ##### Example
4812     class Immortal {
4813     public:
4814         ~Immortal() = delete;   // do not allow destruction
4815         // ...
4816     };
4818     void use()
4819     {
4820         Immortal ugh;   // error: ugh cannot be destroyed
4821         Immortal* p = new Immortal{};
4822         delete p;               // error: cannot destroy *p
4823     }
4825 ##### Example
4827 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:
4829     template <class T, class D = default_delete<T>> class unique_ptr {
4830     public:
4831         // ...
4832         constexpr unique_ptr() noexcept;
4833         explicit unique_ptr(pointer p) noexcept;
4834         // ...
4835         unique_ptr(unique_ptr&& u) noexcept;    // move constructor
4836         // ...
4837         unique_ptr(const unique_ptr&) = delete; // disable copy from lvalue
4838         // ...
4839     };
4841     unique_ptr<int> make();     // make "something" and return it by moving
4843     void f()
4844     {
4845         unique_ptr<int> pi {};
4846         auto pi2 {pi};          // error: no move constructor from lvalue
4847         auto pi3 {make()};      // OK, move: the result of make() is an rvalue
4848     }
4850 ##### Enforcement
4852 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.
4854 ### <a name="Rc-ctor-virtual"></a> C.82: Don't call virtual functions in constructors and destructors
4856 ##### Reason
4858 The function called will be that of the object constructed so far, rather than a possibly overriding function in a derived class.
4859 This can be most confusing.
4860 Worse, a direct or indirect call to an unimplemented pure virtual function from a constructor or destructor results in undefined behavior.
4862 ##### Example, bad
4864     class base {
4865     public:
4866         virtual void f() = 0;   // not implemented
4867         virtual void g();       // implemented with base version
4868         virtual void h();       // implemented with base version
4869     };
4871     class derived : public base {
4872     public:
4873         void g() override;      // provide derived implementation
4874         void h() final;         // provide derived implementation
4876         derived()
4877         {
4878             f();                // BAD: attempt to call an unimplemented virtual function
4880             g();                // BAD: will call derived::g, not dispatch further virtually
4881             derived::g();       // GOOD: explicitly state intent to call only the visible version
4883             h();                // ok, no qualification needed, h is final
4884         }
4885     };
4887 Note that calling a specific explicitly qualified function is not a virtual call even if the function is `virtual`.
4889 **See also** [factory functions](#Rc-factory) for how to achieve the effect of a call to a derived class function without risking undefined behavior.
4891 ### <a name="Rc-swap"></a> C.83: For value-like types, consider providing a `noexcept` swap function
4893 ##### Reason
4895 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).
4897 ##### Example, good
4899     class Foo {
4900         // ...
4901     public:
4902         void swap(Foo& rhs) noexcept
4903         {
4904             m1.swap(rhs.m1);
4905             std::swap(m2, rhs.m2);
4906         }
4907     private:
4908         Bar m1;
4909         int m2;
4910     };
4912 Providing a nonmember `swap` function in the same namespace as your type for callers' convenience.
4914     void swap(Foo& a, Foo& b)
4915     {
4916         a.swap(b);
4917     }
4919 ##### Enforcement
4921 * (Simple) A class without virtual functions should have a `swap` member function declared.
4922 * (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
4924 ### <a name="Rc-swap-fail"></a> C.84: A `swap` function may not fail
4926 ##### Reason
4928  `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 The standard-library containers and algorithms will not work correctly if a swap of an element type fails.
4930 ##### Example, bad
4932     void swap(My_vector& x, My_vector& y)
4933     {
4934         auto tmp = x;   // copy elements
4935         x = y;
4936         y = tmp;
4937     }
4939 This is not just slow, but if a memory allocation occur for the elements in `tmp`, this `swap` may throw and would make STL algorithms fail if used with them.
4941 ##### Enforcement
4943 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
4945 ### <a name="Rc-swap-noexcept"></a> C.85: Make `swap` `noexcept`
4947 ##### Reason
4949  [A `swap` may not fail](#Rc-swap-fail).
4950 If a `swap` tries to exit with an exception, it's a bad design error and the program had better terminate.
4952 ##### Enforcement
4954 (Simple) When a class has a `swap` member function, it should be declared `noexcept`.
4956 ### <a name="Rc-eq"></a> C.86: Make `==` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
4958 ##### Reason
4960 Asymmetric treatment of operands is surprising and a source of errors where conversions are possible.
4961 `==` is a fundamental operations and programmers should be able to use it without fear of failure.
4963 ##### Example
4965     class X {
4966         string name;
4967         int number;
4968     };
4970     bool operator==(const X& a, const X& b) noexcept { return a.name == b.name && a.number == b.number; }
4972 ##### Example, bad
4974     class B {
4975         string name;
4976         int number;
4977         bool operator==(const B& a) const { return name == a.name && number == a.number; }
4978         // ...
4979     };
4981 `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
4983 ##### Note
4985 If a class has a failure state, like `double`'s `NaN`, there is a temptation to make a comparison against the failure state throw.
4986 The alternative is to make two failure states compare equal and any valid state compare false against the failure state.
4988 ##### Enforcement
4992 ### <a name="Rc-eq-base"></a> C.87: Beware of `==` on base classes
4994 ##### Reason
4996 It is really hard to write a foolproof and useful `==` for a hierarchy.
4998 ##### Example, bad
5000     class B {
5001         string name;
5002         int number;
5003         virtual bool operator==(const B& a) const
5004         {
5005              return name == a.name && number == a.number;
5006         }
5007         // ...
5008     };
5010 // `B`'s comparison accepts conversions for its second operand, but not its first.
5012     class D :B {
5013         char character;
5014         virtual bool operator==(const D& a) const
5015         {
5016             return name == a.name && number == a.number && character == a.character;
5017         }
5018         // ...
5019     };
5021     B b = ...
5022     D d = ...
5023     b == d;     // compares name and number, ignores d's character
5024     d == b;     // error: no == defined
5025     D d2;
5026     d == d2;    // compares name, number, and character
5027     B& b2 = d2;
5028     b2 == d;    // compares name and number, ignores d2's and d's character
5030 Of course there are ways of making `==` work in a hierarchy, but the naive approaches do not scale
5032 ##### Enforcement
5036 ### <a name="Rc-lt"></a> C.88: Make `<` symmetric with respect to operand types and `noexcept`
5038 ##### Reason
5040  ???
5042 ##### Example
5044     ???
5046 ##### Enforcement
5050 ### <a name="Rc-hash"></a> C.89: Make a `hash` `noexcept`
5052 ##### Reason
5054  ???
5056 ##### Example
5058     ???
5060 ##### Enforcement
5064 ## <a name="SS-containers"></a> C.con: Containers and other resource handles
5066 A container is an object holding a sequence of objects of some type; `std::vector` is the archetypical container.
5067 A resource handle is a class that owns a resource; `std::vector` is the typical resource handle; its resource is its sequence of elements.
5069 Summary of container rules:
5071 * [C.100: Follow the STL when defining a container](#Rcon-stl)
5072 * [C.101: Give a container value semantics](#Rcon-val)
5073 * [C.102: Give a container move operations](#Rcon-move)
5074 * [C.103: Give a container an initializer list constructor](#Rcon-init)
5075 * [C.104: Give a container a default constructor that sets it to empty](#Rcon-empty)
5076 * [C.105: Give a constructor and `Extent` constructor](#Rcon-val)
5077 * ???
5078 * [C.109: If a resource handle has pointer semantics, provide `*` and `->`](#rcon-ptr)
5080 **See also**: [Resources](#S-resource)
5082 ## <a name="SS-lambdas"></a> C.lambdas: Function objects and lambdas
5084 A function object is an object supplying an overloaded `()` so that you can call it.
5085 A lambda expression (colloquially often shortened to "a lambda") is a notation for generating a function object.
5087 Summary:
5089 * [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)
5090 * [F.52: Prefer capturing by reference in lambdas that will be used locally, including passed to algorithms](#Rf-reference-capture)
5091 * [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)
5092 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
5094 ## <a name="SS-hier"></a> C.hier: Class hierarchies (OOP)
5096 A class hierarchy is constructed to represent a set of hierarchically organized concepts (only).
5097 Typically base classes act as interfaces.
5098 There are two major uses for hierarchies, often named implementation inheritance and interface inheritance.
5100 Class hierarchy rule summary:
5102 * [C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure](#Rh-domain)
5103 * [C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class](#Rh-abstract)
5104 * [C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed](#Rh-separation)
5106 Designing rules for classes in a hierarchy summary:
5108 * [C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor](#Rh-abstract-ctor)
5109 * [C.127: A class with a virtual function should have a virtual destructor](#Rh-dtor)
5110 * [C.128: Use `override` to make overriding explicit in large class hierarchies](#Rh-override)
5111 * [C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance](#Rh-kind)
5112 * [C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead](#Rh-copy)
5114 * [C.131: Avoid trivial getters and setters](#Rh-get)
5115 * [C.132: Don't make a function `virtual` without reason](#Rh-virtual)
5116 * [C.133: Avoid `protected` data](#Rh-protected)
5117 * [C.134: Ensure all data members have the same access level](#Rh-public)
5118 * [C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces](#Rh-mi-interface)
5119 * [C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes](#Rh-mi-implementation)
5120 * [C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes](#Rh-vbase)
5121 * [C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`](#Rh-using)
5122 * [C.139: Use `final` sparingly](#Rh-final)
5124 Accessing objects in a hierarchy rule summary:
5126 * [C.145: Access polymorphic objects through pointers and references](#Rh-poly)
5127 * [C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable](#Rh-dynamic_cast)
5128 * [C.147: Use `dynamic_cast` to a reference type when failure to find the required class is considered an error](#Rh-ptr-cast)
5129 * [C.148: Use `dynamic_cast` to a pointer type when failure to find the required class is considered a valid alternative](#Rh-ref-cast)
5130 * [C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`](#Rh-smart)
5131 * [C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s or another smart pointer](#Rh-make_unique)
5132 * [C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s](#Rh-make_shared)
5133 * [C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base](#Rh-array)
5135 ### <a name="Rh-domain"></a> C.120: Use class hierarchies to represent concepts with inherent hierarchical structure (only)
5137 ##### Reason
5139 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.
5141 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.
5143 ##### Example
5145     ??? Good old Shape example?
5147 ##### Example, bad
5149 Do *not* represent non-hierarchical domain concepts as class hierarchies.
5151     template<typename T>
5152     class Container {
5153     public:
5154         // list operations:
5155         virtual T& get() = 0;
5156         virtual void put(T&) = 0;
5157         virtual void insert(Position) = 0;
5158         // ...
5159         // vector operations:
5160         virtual T& operator[](int) = 0;
5161         virtual void sort() = 0;
5162         // ...
5163         // tree operations:
5164         virtual void balance() = 0;
5165         // ...
5166     };
5168 Here most overriding classes cannot implement most of the functions required in the interface well.
5169 Thus the base class becomes an implementation burden.
5170 Furthermore, the user of `Container` cannot rely on the member functions actually performing a meaningful operations reasonably efficiently;
5171 it may throw an exception instead.
5172 Thus users have to resort to run-time checking and/or
5173 not using this (over)general interface in favor of a particular interface found by a run-time type inquiry (e.g., a `dynamic_cast`).
5175 ##### Enforcement
5177 * Look for classes with lots of members that do nothing but throw.
5178 * Flag every use of a nonpublic base class where the derived class does not override a virtual function or access a protected base member.
5180 ### <a name="Rh-abstract"></a> C.121: If a base class is used as an interface, make it a pure abstract class
5182 ##### Reason
5184 A class is more stable (less brittle) if it does not contain data. Interfaces should normally be composed entirely of public pure virtual functions.
5186 ##### Example
5188     ???
5190 ##### Enforcement
5192 * Warn on any class that contains data members and also has an overridable (non-`final`) virtual function.
5194 ### <a name="Rh-separation"></a> C.122: Use abstract classes as interfaces when complete separation of interface and implementation is needed
5196 ##### Reason
5198 Such as on an ABI (link) boundary.
5200 ##### Example
5202     ???
5204 ##### Enforcement
5206     ???
5208 ## C.hierclass: Designing classes in a hierarchy:
5210 ### <a name="Rh-abstract-ctor"></a> C.126: An abstract class typically doesn't need a constructor
5212 ##### Reason
5214 An abstract class typically does not have any data for a constructor to initialize.
5216 ##### Example
5218     ???
5220 ##### Exceptions
5222 * A base class constructor that does work, such as registering an object somewhere, may need a constructor.
5223 * In extremely rare cases, you might find it reasonable for an abstract class to have a bit of data shared by all derived classes
5224   (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.
5226 ##### Enforcement
5228 Flag abstract classes with constructors.
5230 ### <a name="Rh-dtor"></a> C.127: A class with a virtual function should have a virtual destructor
5232 ##### Reason
5234 A class with a virtual function is usually (and in general) used via a pointer to base, including that the last user has to call delete on a pointer to base, often via a smart pointer to base.
5236 ##### Example, bad
5238     struct B {
5239         // ... no destructor ...
5240     };
5242     struct D : B {              // bad: class with a resource derived from a class without a virtual destructor
5243         string s {"default"};
5244     };
5246     void use()
5247     {
5248         B* p = new D;
5249         delete p;       // leak the string
5250     }
5252 ##### Note
5254 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 and 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 functions to enforce the allocation with `make_shared`.
5256 ##### Enforcement
5258 * Flag a class with a virtual function and no virtual destructor. Note that this rule needs only be enforced for the first (base) class in which it occurs, derived classes inherit what they need. This flags the place where the problem arises, but can give false positives.
5259 * Flag `delete` of a class with a virtual function but no virtual destructor.
5261 ### <a name="Rh-override"></a> C.128: Use `override` to make overriding explicit in large class hierarchies
5263 ##### Reason
5265 Readability. Detection of mistakes. Explicit `override` allows the compiler to catch mismatch of types and/or names between base and derived classes.
5267 ##### Example, bad
5269     struct B {
5270         void f1(int);
5271         virtual void f2(int);
5272         virtual void f3(int);
5273         // ...
5274     };
5276     struct D : B {
5277         void f1(int);           // warn: D::f1() hides B::f1()
5278         void f2(int);           // warn: no explicit override
5279         void f3(double);        // warn: D::f3() hides B::f3()
5280         // ...
5281     };
5283 ##### Enforcement
5285 * Compare names in base and derived classes and flag uses of the same name that does not override.
5286 * Flag overrides without `override`.
5288 ### <a name="Rh-kind"></a> C.129: When designing a class hierarchy, distinguish between implementation inheritance and interface inheritance
5290 ##### Reason
5292  ??? Herb: I've become a non-fan of implementation inheritance -- seems most often an antipattern. Are there reasonable examples of it?
5294 ##### Example
5296     ???
5298 ##### Enforcement
5302 ### <a name="Rh-copy"></a> C.130: Redefine or prohibit copying for a base class; prefer a virtual `clone` function instead
5304 ##### Reason
5306 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 in derived classes return the derived type (use a covariant return type).
5308 ##### Example
5310     class base {
5311     public:
5312         virtual base* clone() = 0;
5313     };
5315     class derived : public base {
5316     public:
5317         derived* clone() override;
5318     };
5320 Note that because of language rules, the covariant return type cannot be a smart pointer.
5322 ##### Enforcement
5324 * Flag a class with a virtual function and a non-user-defined copy operation.
5325 * Flag an assignment of base class objects (objects of a class from which another has been derived).
5327 ### <a name="Rh-get"></a> C.131: Avoid trivial getters and setters
5329 ##### Reason
5331 A trivial getter or setter adds no semantic value; the data item could just as well be `public`.
5333 ##### Example
5335     class point {
5336         int x;
5337         int y;
5338     public:
5339         point(int xx, int yy) : x{xx}, y{yy} { }
5340         int get_x() { return x; }
5341         void set_x(int xx) { x = xx; }
5342         int get_y() { return y; }
5343         void set_y(int yy) { y = yy; }
5344         // no behavioral member functions
5345     };
5347 Consider making such a class a `struct` -- that is, a behaviorless bunch of variables, all public data and no member functions.
5349     struct point {
5350         int x = 0;
5351         int y = 0;
5352     };
5354 ##### Note
5356 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).
5358 ##### Enforcement
5360 Flag multiple `get` and `set` member functions that simply access a member without additional semantics.
5362 ### <a name="Rh-virtual"></a> C.132: Don't make a function `virtual` without reason
5364 ##### Reason
5366 Redundant `virtual` increases run-time and object-code size.
5367 A virtual function can be overridden and is thus open to mistakes in a derived class.
5368 A virtual function ensures code replication in a templated hierarchy.
5370 ##### Example, bad
5372     template<class T>
5373     class Vector {
5374     public:
5375         // ...
5376         virtual int size() const { return sz; } // bad: what good could a derived class do?
5377     private:
5378         T* elem;        // the elements
5379         int sz;         // number of elements
5380     };
5382 This kind of "vector" isn't meant to be used as a base class at all.
5384 ##### Enforcement
5386 * Flag a class with virtual functions but no derived classes.
5387 * Flag a class where all member functions are virtual and have implementations.
5389 ### <a name="Rh-protected"></a> C.133: Avoid `protected` data
5391 ##### Reason
5393 `protected` data is a source of complexity and errors.
5394 `protected` data complicated the statement of invariants.
5395 `protected` data inherently violates the guidance against putting data in base classes, which usually leads to having to deal virtual inheritance as well.
5397 ##### Example
5399     ???
5401 ##### Note
5403 Protected member function can be just fine.
5405 ##### Enforcement
5407 Flag classes with `protected` data.
5409 ### <a name="Rh-public"></a> C.134: Ensure all data members have the same access level
5411 ##### Reason
5413 Prevention of logical confusion leading to errors.
5414 If the data members don't have the same access level, the type is confused about what it's trying to do.
5415 Is it a type that maintains an invariant os simply a collection of values?
5417 ##### Note
5419 This leaves us with three alternatives:
5421 * *All public*: If you're writing an aggregate bundle-of-variables without an invariant across those variables, then all the variables should be public.
5422 [Declare such classes `struct` rather than `class`](#Rc-struct)
5423 * *All protected*: [Avoid `protected` data](#Rh-protected).
5424 * *All private*: If you’re writing an type that maintains an invariant, then all the variables should be private – it should be encapsulated.
5425   This is the vast majority of classes.
5427 ##### Example
5429     ???
5431 ##### Enforcement
5433 Flag any class that has data members with different access levels.
5435 ### <a name="Rh-mi-interface"></a> C.135: Use multiple inheritance to represent multiple distinct interfaces
5437 ##### Reason
5439 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.
5441 ##### Example
5443     ???
5445 ##### Note
5447 This is a very common use of inheritance because the need for multiple different interfaces to an implementation is common
5448 and such interfaces are often not easily or naturally organized into a single-rooted hierarchy.
5450 ##### Note
5452 Such interfaces are typically abstract classes.
5454 ##### Enforcement
5458 ### <a name="Rh-mi-implementation"></a> C.136: Use multiple inheritance to represent the union of implementation attributes
5460 ##### Reason
5462  ??? 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?
5464 ##### Example
5466     ???
5468 ##### Note
5470 This a relatively rare use because implementation can often be organized into a single-rooted hierarchy.
5472 ##### Enforcement
5474 ??? Herb: How about opposite enforcement: Flag any type that inherits from more than one non-empty base class?
5476 ### <a name="Rh-vbase"></a> C.137: Use `virtual` bases to avoid overly general base classes
5478 ##### Reason
5480  ???
5482 ##### Example
5484     ???
5486 ##### Note
5490 ##### Enforcement
5494 ### <a name="Rh-using"></a> C.138: Create an overload set for a derived class and its bases with `using`
5496 ##### Reason
5500 ##### Example
5502     ???
5505 ### <a name="Rh-final"></a> C.139: Use `final` sparingly
5507 ##### Reason
5509 Capping a hierarchy with `final` is rarely needed for logical reasons and can be damaging to the extensibility of a hierarchy.
5510 Capping an individual virtual function with `final` is error-prone as that `final` can easily be overlooked when defining/overriding a set of functions.
5512 ##### Example, bad
5514     class Widget { /* ... */ };
5516     class My_widget final : public Widget { /* ... */ };    // nobody will ever want to improve My_widget (or so you thought)
5518     class My_improved_widget : public My_widget { /* ... */ };  // error: can't do that
5520 ##### Example, bad
5522     struct Interface {
5523         virtual int f() = 0;
5524         virtual int g() = 0;
5525     };
5527     class My_implementation : public Interface {
5528         int f() override;
5529         int g() final;  // I want g() to be FAST!
5530         // ...
5531     };
5533     class Better_implementation : public My_implementation {
5534         int f();
5535         int g();
5536         // ...
5537     };
5539     void use(Interface* p)
5540     {
5541         int x = p->f();    // Better_implementation::f()
5542         int y = p->g();    // My_implementation::g() Surprise?
5543     }
5545     // ...
5547     use(new Better_interface{});
5549 The problem is easy to see in a small example, but in a large hierarchy with many virtual functions, reliable spotting such problems require tools.
5550 Consistent use of `override` would catch this.
5552 ##### Note
5554 Claims of performance improvements from `final` should be substantiated.
5555 Too often, such claims are based on conjecture or experience with other languages.
5557 There are examples where `final` can be important for both logical and performance reasons.
5558 One example is a performance-critical AST hierarchy in a compiler or language analysis tool.
5559 New derived classes are not added every year and only by library implementers.
5560 However, misuses are (or at least has been) far more common.
5562 ##### Enforcement
5564 Flag uses of `final`.
5566 ## C.hier-access: Accessing objects in a hierarchy
5568 ### <a name="Rh-poly"></a> C.145: Access polymorphic objects through pointers and references
5570 ##### Reason
5572 If you have a class with a virtual function, you don't (in general) know which class provided the function to be used.
5574 ##### Example
5576     struct B { int a; virtual int f(); };
5577     struct D : B { int b; int f() override; };
5579     void use(B b)
5580     {
5581         D d;
5582         B b2 = d;       // slice
5583         B b3 = b;
5584     }
5586     void use2()
5587     {
5588         D d;
5589         use(d); // slice
5590     }
5592 Both `d`s are sliced.
5594 ##### Exception
5596 You can safely access a named polymorphic object in the scope of its definition, just don't slice it.
5598     void use3()
5599     {
5600         D d;
5601         d.f();  // OK
5602     }
5604 ##### Enforcement
5606 Flag all slicing.
5608 ### <a name="Rh-dynamic_cast"></a> C.146: Use `dynamic_cast` where class hierarchy navigation is unavoidable
5610 ##### Reason
5612  `dynamic_cast` is checked at run time.
5614 ##### Example
5616     struct B {  // an interface
5617         virtual void f();
5618         virtual void g();
5619     };
5621     struct D : B {      // a wider interface
5622         void f() override;
5623         virtual void h();
5624     };
5626     void user(B* pb)
5627     {
5628         if (D* pd = dynamic_cast<D*>(pb)) {
5629             // ... use D's interface ...
5630         }
5631         else {
5632             // ... make do with B's interface ...
5633         }
5634     }
5636 ##### Note
5638 Like other casts, `dynamic_cast` is overused.
5639 [Prefer virtual functions to casting](#???).
5640 Prefer [static polymorphism](#???) to hierarchy navigation where it is possible (no run-time resolution necessary)
5641 and reasonably convenient.
5643 ##### Note
5645 Some people use `dynamic_cast` where a `typeid` would have been more appropriate;
5646 `dynamic_cast` is a general "is kind of" operation for discovering the best interface to an object,
5647 whereas `typeid` is a "give me the exact type of this object" operation to discover the actual type of an object.
5648 The latter is an inherently simpler operation that ought to be faster.
5649 The latter (`typeid`) is easily hand-crafted if necessary (e.g., if working on a system where RTTI is - for some reason - prohibited),
5650 the former (`dynamic_cast`) is far harder to implement correctly in general.
5652 Consider:
5654     struct B {
5655         const char * name {"B"};
5656         virtual const char* id() const { return name; }
5657         // ...
5658     };
5660     struct D : B {
5661         const char * name {"D"};
5662         const char* id() const override { return name; }
5663         // ...
5664     };
5666     void use()
5667     {
5668         B* pb1 = new B;
5669         B* pb2 = new D;
5671         cout << pb1->id(); // "B"
5672         cout << pb2->id(); // "D"
5674         if (pb1->id() == pb2->id()) // *pb1 is the same type as *pb2
5675         if (pb2 == "D") {         // looks innocent
5676                 D* pd = static_cast<D*>(pb1);
5677                 // ...
5678         }
5679         // ...
5680     }
5682 The result of `pb2 == "D"` is actually implementation defined.
5683 We added it to warn of the dangers of home-brew RTTI.
5684 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.
5686 If you implement your own RTTI, be careful.
5688 ##### Exception
5690 If your implementation provided a really slow `dynamic_cast`, you may have to use a workaround.
5691 However, all workarounds that cannot be statically resolved involve explicit casting (typically `static_cast`) and are error-prone.
5692 You will basically be crafting your own special-purpose `dynamic_cast`.
5693 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)
5694 and that your use of `dynamic_cast` is really performance critical.
5696 We are of the opinion that current implementations of `dynamic_cast` are unnecessarily slow.
5697 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).
5698 However, compatibility makes changes difficult even if all agree that an effort to optimize is worth while.
5700 ##### Enforcement
5702 Flag all uses of `static_cast` for downcasts, including C-style casts that perform a `static_cast`.
5704 ### <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
5706 ##### Reason
5708 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.
5710 ##### Example
5712     ???
5714 ##### Enforcement
5718 ### <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
5720 ##### Reason
5724 ##### Example
5726     ???
5728 ##### Enforcement
5732 ### <a name="Rh-smart"></a> C.149: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to avoid forgetting to `delete` objects created using `new`
5734 ##### Reason
5736 Avoid resource leaks.
5738 ##### Example
5740     void use(int i)
5741     {
5742         auto p = new int {7};           // bad: initialize local pointers with new
5743         auto q = make_unique<int>(9);   // ok: guarantee the release of the memory allocated for 9
5744         if (0 < i) return;              // maybe return and leak
5745         delete p;                       // too late
5746     }
5748 ##### Enforcement
5750 * Flag initialization of a naked pointer with the result of a `new`
5751 * Flag `delete` of local variable
5753 ### <a name="Rh-make_unique"></a> C.150: Use `make_unique()` to construct objects owned by `unique_ptr`s or other smart pointers
5755 ##### Reason
5757  `make_unique` gives a more concise statement of the construction.
5759 ##### Example
5761     unique_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};    // OK: but repetitive
5763     auto q = make_unique<Foo>(7);               // Better: no repetition of Foo
5765 ##### Enforcement
5767 * Flag the repetitive usage of template specialization list `<Foo>`
5768 * Flag variables declared to be `unique_ptr<Foo>`
5770 ### <a name="Rh-make_shared"></a> C.151: Use `make_shared()` to construct objects owned by `shared_ptr`s
5772 ##### Reason
5774  `make_shared` gives a more concise statement of the construction.
5775 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.
5777 ##### Example
5779     shared_ptr<Foo> p {new<Foo>{7}};    // OK: but repetitive; and separate allocations for the Foo and shared_ptr's use count
5781     auto q = make_shared<Foo>(7);               // Better: no repetition of Foo; one object
5783 ##### Enforcement
5785 * Flag the repetitive usage of template specialization list`<Foo>`
5786 * Flag variables declared to be `shared_ptr<Foo>`
5788 ### <a name="Rh-array"></a> C.152: Never assign a pointer to an array of derived class objects to a pointer to its base
5790 ##### Reason
5792 Subscripting the resulting base pointer will lead to invalid object access and probably to memory corruption.
5794 ##### Example
5796     struct B { int x; };
5797     struct D : B { int y; };
5799     void use(B*);
5801     D a[] = { {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} };
5802     B* p = a;   // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
5803     p[1].x = 7; // overwrite D[0].y
5805     use(a);             // bad: a decays to &a[0] which is converted to a B*
5807 ##### Enforcement
5809 * Flag all combinations of array decay and base to derived conversions.
5810 * Pass an array as an `array_view` rather than as a pointer, and don't let the array name suffer a derived-to-base conversion before getting into the `array_view`
5812 # <a name="SS-overload"></a> C.over: Overloading and overloaded operators
5814 You can overload ordinary functions, template functions, and operators.
5815 You cannot overload function objects.
5817 Overload rule summary:
5819 * [C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage](#Ro-conventional)
5820 * [C.161: Use nonmember functions for symmetric operators](#Ro-symmetric)
5821 * [C.162: Overload operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent)
5822 * [C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent](#Ro-equivalent-2)
5823 * [C.164: Avoid conversion operators](#Ro-conversion)
5824 * [C.165: Use `using` for customization points](#Ro-custom)
5825 * [C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda](#Ro-lambda)
5827 ### <a name="Ro-conventional"></a> C.160: Define operators primarily to mimic conventional usage
5829 ##### Reason
5831 Minimize surprises.
5833 ##### Example, bad
5835     X operator+(X a, X b) { return a.v - b.v; } // bad: makes + subtract
5837 ???. Non-member operators: namespace-level definition (traditional?) vs friend definition (as used by boost.operator, limits lookup to ADL only)
5839 ##### Enforcement
5841 Possibly impossible.
5843 ### <a name="Ro-symmetric"></a> C.161: Use nonmember functions for symmetric operators
5845 ##### Reason
5847 If you use member functions, you need two.
5848 Unless you use a non-member function for (say) `==`, `a == b` and `b == a` will be subtly different.
5850 ##### Example
5852     bool operator==(Point a, Point b) { return a.x == b.x && a.y == b.y; }
5854 ##### Enforcement
5856 Flag member operator functions.
5858 ### <a name="Ro-equivalent"></a> C.162: Overload operations that are roughly equivalent
5860 ##### Reason
5862 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.
5864 ##### Example
5866 Consider:
5868     void print(int a);
5869     void print(int a, int base);
5870     void print(const string&);
5872 These three functions all prints their arguments (appropriately). Conversely
5874     void print_int(int a);
5875     void print_based(int a, int base);
5876     void print_string(const string&);
5878 These three functions all prints their arguments (appropriately). Adding to the name just introduced verbosity and inhibits generic code.
5880 ##### Enforcement
5884 ### <a name="Ro-equivalent-2"></a> C.163: Overload only for operations that are roughly equivalent
5886 ##### Reason
5888 Having the same name for logically different functions is confusing and leads to errors when using generic programming.
5890 ##### Example
5892 Consider:
5894     void open_gate(Gate& g);    // remove obstacle from garage exit lane
5895     void fopen(const char*name, const char* mode);      // open file
5897 The two operations are fundamentally different (and unrelated) so it is good that their names differ. Conversely:
5899     void open(Gate& g); // remove obstacle from garage exit lane
5900     void open(const char*name, const char* mode ="r");  // open file
5902 The two operations are still fundamentally different (and unrelated) but the names have been reduced to their (common) minimum, opening opportunities for confusion.
5903 Fortunately, the type system will catch many such mistakes.
5905 ##### Note
5907 be particularly careful about common and popular names, such as `open`, `move`, `+`, and `==`.
5909 ##### Enforcement
5913 ### <a name="Ro-conversion"></a> C.164: Avoid conversion operators
5915 ##### Reason
5917 Implicit conversions can be essential (e.g., `double` to '`int`) but often cause surprises (e.g., `String` to C-style string).
5919 ##### Note
5921 Prefer explicitly named conversions until a serious need is demonstrated.
5922 By "serious need" we mean a reason that is fundamental in the application domain (such as an integer to complex number conversion)
5923 and frequently needed. Do not introduce implicit conversions (through conversion operators or non-`explicit` constructors)
5924 just to gain a minor convenience.
5926 ##### Example, bad
5928     class String {      // handle ownership and access to a sequence of characters
5929         // ...
5930         String(czstring p); // copy from *p to *(this->elem)
5931         // ...
5932         operator zstring() { return elem; }
5933         // ...
5934     };
5936     void user(zstring p)
5937     {
5938         if (*p == "") {
5939             String s {"Trouble ahead!"};
5940             // ...
5941             p = s;
5942         }
5943         // use p
5944     }
5946 The string allocated for `s` and assigned to `p` is destroyed before it can be used.
5948 ##### Enforcement
5950 Flag all conversion operators.
5954 ### <a name="Ro-custom"></a> C.165: Use `using` for customization points
5956 ##### Reason
5958 To find function objects and functions defined in a separate namespace to "customize" a common function.
5960 ##### Example
5962 Consider `swap`. It is a general (standard library) function with a definition that will work for just about any type.
5963 However, it is desirable to define specific `swap()`s for specific types.
5964 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.
5966     namespace N {
5967         My_type X { /* ... */ };
5968         void swap(X&, X&);   // optimized swap for N::X
5969         // ...
5970     }
5972     void f1(N::X& a, N::X& b)
5973     {
5974         std::swap(a, b);   // probably not what we wanted: calls std::swap()
5975     }
5977 The `std::swap()` in `f1()` does exactly what we asked it to do: it calls the `swap()` in namespace `std`.
5978 Unfortunately, that's probably not what we wanted.
5979 How do we get `N::X` considered?
5981     void f2(N::X& a, N::X& b)
5982     {
5983         swap(a,b);   // calls N::swap
5984     }
5986 But that may not be what we wanted for generic code.
5987 There, we typically want the specific function if it exists and the general function if not.
5988 This is done by including the general function in the lookup for the function:
5990     void f3(N::X& a, N::X& b)
5991     {
5992         using std::swap;  // make std::swap available
5993         swap(a,b);        // calls N::swap if it exists, otherwise std::swap
5994     }
5996 ##### Enforcement
5998 Unlikely, except for known customization points, such as `swap`.
5999 The problem is that the unqualified and qualified lookups both have uses.
6001 ### <a name="Ro-lambda"></a> C.170: If you feel like overloading a lambda, use a generic lambda
6003 ##### Reason
6005 You can overload by defining two different lambdas with the same name.
6007 ##### Example
6009     void f(int);
6010     void f(double);
6011     auto f = [](char);  // error: cannot overload variable and function
6013     auto g = [](int) { /* ... */ };
6014     auto g = [](double) { /* ... */ };  // error: cannot overload variables
6016     auto h = [](auto) { /* ... */ };    // OK
6018 ##### Enforcement
6020 The compiler catches attempt to overload a lambda.
6022 ## <a name="SS-union"></a> C.union: Unions
6026 Union rule summary:
6028 * [C.180: Use `union`s to ???](#Ru-union)
6029 * [C.181: Avoid "naked" `union`s](#Ru-naked)
6030 * [C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions](#Ru-anonymous)
6031 * ???
6033 ### <a name="Ru-union"></a> C.180: Use `union`s to ???
6035 ??? When should unions be used, if at all? What's a good future-proof way to re-interpret object representations of PODs?
6036 ??? variant
6038 ##### Reason
6040  ???
6042 ##### Example
6044     ???
6046 ##### Enforcement
6050 ### <a name="Ru-naked"></a> C.181: Avoid "naked" `union`s
6052 ##### Reason
6054 Naked unions are a source of type errors.
6056 **Alternative**: Wrap them in a class together with a type field.
6058 **Alternative**: Use `variant`.
6060 ##### Example
6062     ???
6064 ##### Enforcement
6068 ### <a name="Ru-anonymous"></a> C.182: Use anonymous `union`s to implement tagged unions
6070 ##### Reason
6074 ##### Example
6076     ???
6078 ##### Enforcement
6082 # <a name="S-enum"></a> Enum: Enumerations
6084 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.
6086 Enumeration rule summary:
6088 * [Enum.1: Prefer enums over macros](#Renum-macro)
6089 * [Enum.2: Use enumerations to represent sets of named constants](#Renum-set)
6090 * [Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums](#Renum-class)
6091 * [Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use](#Renum-oper)
6092 * [Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators](#Renum-caps)
6093 * [Enum.6: Use unnamed enumerations for ???](#Renum-unnamed)
6094 * ???
6096 ### <a name="Renum-macro"></a> Enum.1: Prefer enums over macros
6098 ##### Reason
6100 Macros do not obey scope and type rules.
6102 ##### Example
6104 First some bad old code:
6106     // webcolors.h (third party header)
6107     #define RED   0xFF0000
6108     #define GREEN 0x00FF00
6109     #define BLUE  0x0000FF
6111     // productinfo.h
6112     // The following define product subtypes based on color
6113     #define RED    0
6114     #define PURPLE 1
6115     #define BLUE   2
6117     int webby = BLUE;   // webby == 2; probably not what was desired
6119 instead use an `enum`:
6121     enum class Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6122     enum class Productinfo { red = 0, purple = 1, blue = 2 };
6124     int webby = blue;   // error: be specific
6125     Webcolor webby = Webcolor::blue;
6127 ##### Enforcement
6129 Flag macros that define integer values
6131 ### <a name="Renum-set"></a> Enum.2: Use enumerations to represent sets of named constants
6133 ##### Reason
6135 An enumeration shows the enumerators to be related and can be a named type
6137 ##### Example
6139     enum class Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6141 ##### Enforcement
6145 ### <a name="Renum-class"></a> Enum.3: Prefer class enums over "plain" enums
6147 ##### Reason
6149 To minimize surprises.
6151 ##### Example
6153     enum Webcolor { red = 0xFF0000, green = 0x00FF00, blue = 0x0000FF };
6154     enum Productinfo { red=0, purple=1, blue=2 };
6156     int webby = blue;   // error, ambiguous: be specific
6157     Webcolor webby = Webcolor::blue;
6159 instead use an `enum class`:
6161     enum class Webcolor { red=0xFF0000, green=0x00FF00, blue=0x0000FF };
6162     enum class Productinfo { red=0, purple=1, blue=2 };
6164     int webby = blue;   // error: blue undefined in this scope
6165     Webcolor webby = Webcolor::blue;
6167 ##### Enforcement
6171 ### <a name="Renum-oper"></a> Enum.4: Define operations on enumerations for safe and simple use
6173 ##### Reason
6175 Convenience of use and avoidance of errors.
6177 ##### Example
6179     ???
6181 ##### Enforcement
6185 ### <a name="Renum-caps"></a> Enum.5: Don't use `ALL_CAPS` for enumerators
6187 ##### Reason
6189 Avoid clashes with macros.
6191 ##### Example
6193     ???
6195 ##### Enforcement
6199 ### <a name="Renum-unnamed"></a> Enum.6: Use unnamed enumerations for ???
6201 ##### Reason
6205 ##### Example
6207     ???
6209 ##### Enforcement
6213 # <a name="S-resource"></a> R: Resource management
6215 This section contains rules related to resources.
6216 A resource is anything that must be acquired and (explicitly or implicitly) released, such as memory, file handles, sockets, and locks.
6217 The reason it must be released is typically that it can be in short supply, so even delayed release may do harm.
6218 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.
6219 An entity that is responsible for releasing a resource is called an owner.
6221 There are a few cases where leaks can be acceptable or even optimal:
6222 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.
6223 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.
6224 Here, we ignore such cases.
6226 * Resource management rule summary:
6228   * [R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (resource acquisition is initialization)](#Rr-raii)
6229   * [R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)](#Rr-use-ptr)
6230   * [R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning](#Rr-ptr)
6231   * [R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning](#Rr-ref)
6232   * [R.5: Prefer scoped objects](#Rr-scoped)
6233   * [R.6: Avoid non-`const` global variables](#Rr-global)
6235 * Allocation and deallocation rule summary:
6237   * [R.10: Avoid `malloc()` and `free()`](#Rr-mallocfree)
6238   * [R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly](#Rr-newdelete)
6239   * [R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object](#Rr-immediate-alloc)
6240   * [R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement](#Rr-single-alloc)
6241   * [R.14: ??? array vs. pointer parameter](#Rr-ap)
6242   * [R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs](#Rr-pair)
6244 * <a name="Rr-summary-smartptrs"></a> Smart pointer rule summary:
6246   * [R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership](#Rr-owner)
6247   * [R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership](#Rr-unique)
6248   * [R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s](#Rr-make_shared)
6249   * [R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s](#Rr-make_unique)
6250   * [R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s](#Rr-weak_ptr)
6251   * [R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics](#Rr-smartptrparam)
6252   * [R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`](#Rr-smart)
6253   * [R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`](#Rr-uniqueptrparam)
6254   * [R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`](#Rr-reseat)
6255   * [R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner](#Rr-sharedptrparam-owner)
6256   * [R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer](#Rr-sharedptrparam)
6257   * [R.36: Take a `const shared_ptr<widget>&` parameter to express that it might retain a reference count to the object ???](#Rr-sharedptrparam-const)
6258   * [R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer](#Rr-smartptrget)
6260 ### <a name="Rr-raii"></a> Rule R.1: Manage resources automatically using resource handles and RAII (resource acquisition is initialization)
6262 ##### Reason
6264 To avoid leaks and the complexity of manual resource management.
6265 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`.
6266 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.
6268 ##### Example, bad
6270 Consider:
6272     void send(X* x, cstring_view destination)
6273     {
6274         auto port = OpenPort(destination);
6275         my_mutex.lock();
6276         // ...
6277         Send(port, x);
6278         // ...
6279         my_mutex.unlock();
6280         ClosePort(port);
6281         delete x;
6282     }
6284 In this code, you have to remember to `unlock`, `ClosePort`, and `delete` on all paths, and do each exactly once.
6285 Further, if any of the code marked `...` throws an exception, then `x` is leaked and `my_mutex` remains locked.
6287 ##### Example
6289 Consider:
6291     void send(unique_ptr<X> x, cstring_view destination)  // x owns the X
6292     {
6293         Port port{destination};            // port owns the PortHandle
6294         lock_guard<mutex> guard{my_mutex}; // guard owns the lock
6295         // ...
6296         Send(port, x);
6297         // ...
6298     } // automatically unlocks my_mutex and deletes the pointer in x
6300 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.
6302 What is `Port`? A handy wrapper that encapsulates the resource:
6304     class Port {
6305         PortHandle port;
6306     public:
6307         Port(cstring_view destination) : port{OpenPort(destination)} { }
6308         ~Port() { ClosePort(port); }
6309         operator PortHandle() { return port; }
6311         // port handles can't usually be cloned, so disable copying and assignment if necessary
6312         Port(const Port&) =delete;
6313         Port& operator=(const Port&) =delete;
6314     };
6316 ##### Note
6318 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)
6320 **See also**: [RAII](#Rr-raii).
6322 ### <a name="Rr-use-ptr"></a> R.2: In interfaces, use raw pointers to denote individual objects (only)
6324 ##### Reason
6326 Arrays are best represented by a container type (e.g., `vector` (owning)) or an `array_view` (non-owning).
6327 Such containers and views hold sufficient information to do range checking.
6329 ##### Example, bad
6331     void f(int* p, int n)       // n is the number of elements in p[]
6332     {
6333         // ...
6334         p[2] = 7;       // bad: subscript raw pointer
6335         // ...
6336     }
6338 The compiler does not read comments, and without reading other code you do not know whether `p` really points to `n` elements.
6339 Use an `array_view` instead.
6341 ##### Example
6343     void g(int* p, int fmt)     // print *p using format #fmt
6344     {
6345         // ... uses *p and p[0] only ...
6346     }
6348 **Exception**: C-style strings are passed as single pointers to a zero-terminated sequence of characters.
6349 Use `zstring` rather than `char*` to indicate that you rely on that convention.
6351 ##### Note
6353 Many current uses of pointers to a single element could be references.
6354 However, where `nullptr` is a possible value, a reference may not be an reasonable alternative.
6356 ##### Enforcement
6358 * Flag pointer arithmetic (including `++`) on a pointer that is not part of a container, view, or iterator.
6359   This rule would generate a huge number of false positives if applied to an older code base.
6360 * Flag array names passed as simple pointers
6362 ### <a name="Rr-ptr"></a> R.3: A raw pointer (a `T*`) is non-owning
6364 ##### Reason
6366 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw pointers are non-owning.
6367 We want owning pointers identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
6369 ##### Example
6371     void f()
6372     {
6373         int* p1 = new int{7};           // bad: raw owning pointer
6374         auto p2 = make_unique<int>(7);  // OK: the int is owned by a unique pointer
6375         // ...
6376     }
6378 The `unique_ptr` protects against leaks by guaranteeing the deletion of its object (even in the presence of exceptions). The `T*` does not.
6380 ##### Example
6382     template<typename T>
6383     class X {
6384         // ...
6385     public:
6386         T* p;   // bad: it is unclear whether p is owning or not
6387         T* q;   // bad: it is unclear whether q is owning or not
6388     };
6390 We can fix that problem by making ownership explicit:
6392     template<typename T>
6393     class X2 {
6394         // ...
6395     public:
6396         owner<T> p;     // OK: p is owning
6397         T* q;           // OK: q is not owning
6398     };
6400 ##### Note
6402 The fact that there are billions of lines of code that violate this rule against owning `T*`s cannot be ignored.
6403 This code cannot all be rewritten (ever assuming good code transformation software).
6404 This problem cannot be solved (at scale) by transforming all owning pointer to `unique_ptr`s and `shared_ptr`s, partly because we need/use owning "raw pointers" in the implementation of our fundamental resource handles. For example, most `vector` implementations have one owning pointer and two non-owning pointers.
6405 Also, many ABIs (and essentially all interfaces to C code) use `T*`s, some of them owning.
6407 ##### Note
6409 `owner<T>` has no default semantics beyond `T*`. It can be used without changing any code using it and without affecting ABIs.
6410 It is simply a (most valuable) indicator to programmers and analysis tools.
6411 For example, if an `owner<T>` is a member of a class, that class better have a destructor that `delete`s it.
6413 ##### Example, bad
6415 Returning a (raw) pointer imposes a life-time management burden on the caller; that is, who deletes the pointed-to object?
6417     Gadget* make_gadget(int n)
6418     {
6419         auto p = new Gadget{n};
6420         // ...
6421         return p;
6422     }
6424     void caller(int n)
6425     {
6426         auto p = make_gadget(n);        // remember to delete p
6427         // ...
6428         delete p;
6429     }
6431 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:'
6433     Gadget make_gadget(int n)
6434     {
6435         Gadget g{n};
6436         // ...
6437         return g;
6438     }
6440 ##### Note
6442 This rule applies to factory functions.
6444 ##### Note
6446 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."
6448 ##### Enforcement
6450 * (Simple) Warn on `delete` of a raw pointer that is not an `owner<T>`.
6451 * (Moderate) Warn on failure to either `reset` or explicitly `delete` an `owner<T>` pointer on every code path.
6452 * (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
6453 * (Simple) Warn if a function returns an object that was allocated within the function but has a move constructor.
6454   Suggest considering returning it by value instead.
6456 ### <a name="Rr-ref"></a> R.4: A raw reference (a `T&`) is non-owning
6458 ##### Reason
6460 There is nothing (in the C++ standard or in most code) to say otherwise and most raw references are non-owning.
6461 We want owners identified so that we can reliably and efficiently delete the objects pointed to by owning pointers.
6463 ##### Example
6465     void f()
6466     {
6467         int& r = *new int{7};  // bad: raw owning reference
6468         // ...
6469         delete &r;             // bad: violated the rule against deleting raw pointers
6470     }
6472 **See also**: [The raw pointer rule](#Rr-ptr)
6474 ##### Enforcement
6476 See [the raw pointer rule](#Rr-ptr)
6478 ### <a name="Rr-scoped"></a> R.5: Prefer scoped objects
6480 ##### Reason
6482 A scoped object is a local object, a global object, or a member.
6483 This implies that there is no separate allocation and deallocation cost in excess of that already used for the containing scope or object.
6484 The members of a scoped object are themselves scoped and the scoped object's constructor and destructor manage the members' lifetimes.
6486 ##### Example
6488 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:
6490     void some_function(int n)
6491     {
6492         auto p = new Gadget{n};
6493         // ...
6494         delete p;
6495     }
6497 Instead, use a local variable:
6499     void some_function(int n)
6500     {
6501         Gadget g{n};
6502         // ...
6503     }
6505 ##### Enforcement
6507 * (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.
6508 * (Simple) Warn if a local `Unique_ptr` or `Shared_ptr` is not moved, copied, reassigned or `reset` before its lifetime ends.
6510 ### <a name="Rr-global"></a> R.6: Avoid non-`const` global variables
6512 ##### Reason
6514 Global variables can be accessed from everywhere so they can introduce surprising dependencies between apparently unrelated objects.
6515 They are a notable source of errors.
6517 **Warning**: The initialization of global objects is not totally ordered. If you use a global object initialize it with a constant.
6519 **Exception**: A global object is often better than a singleton.
6521 **Exception**: An immutable (`const`) global does not introduce the problems we try to avoid by banning global objects.
6523 ##### Enforcement
6525 (??? NM: Obviously we can warn about non-`const` statics ... do we want to?)
6527 ## <a name="SS-alloc"></a> R.alloc: Allocation and deallocation
6529 ### <a name="Rr-mallocfree"></a> R.10: Avoid `malloc()` and `free()`
6531 ##### Reason
6533  `malloc()` and `free()` do not support construction and destruction, and do not mix well with `new` and `delete`.
6535 ##### Example
6537     class Record {
6538         int id;
6539         string name;
6540         // ...
6541     };
6543     void use()
6544     {
6545         Record* p1 = static_cast<Record*>(malloc(sizeof(Record)));
6546         // p1 may be nullptr
6547         // *p1 is not initialized; in particular, that string isn't a string, but a string-sized bag of bits
6549         auto p2 = new Record;
6551         // unless an exception is thrown, *p2 is default initialized
6552         auto p3 = new(nothrow) Record;
6553         // p3 may be nullptr; if not, *p3 is default initialized
6555         // ...
6557         delete p1;    // error: cannot delete object allocated by malloc()
6558         free(p2);    // error: cannot free() object allocated by new
6559     }
6561 In some implementations that `delete` and that `free()` might work, or maybe they will cause run-time errors.
6563 ##### Exception
6565 There are applications and sections of code where exceptions are not acceptable.
6566 Some of the best such examples are in life-critical hard real-time code.
6567 Beware that many bans on exception use are based on superstition (bad)
6568 or by concerns for older code bases with unsystematic resource management (unfortunately, but sometimes necessary).
6569 In such cases, consider the `nothrow` versions of `new`.
6571 ##### Enforcement
6573 Flag explicit use of `malloc` and `free`.
6575 ### <a name="Rr-newdelete"></a> R.11: Avoid calling `new` and `delete` explicitly
6577 ##### Reason
6579 The pointer returned by `new` should belong to a resource handle (that can call `delete`).
6580 If the pointer returned by `new` is assigned to a plain/naked pointer, the object can be leaked.
6582 ##### Note
6584 In a large program, a naked `delete` (that is a `delete` in application code, rather than part of code devoted to resource management)
6585 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?
6586 The bug may be latent: it may emerge only during maintenance.
6587 If you have a naked `new`, you probably need a naked `delete` somewhere, so you probably have a bug.
6589 ##### Enforcement
6591 (Simple) Warn on any explicit use of `new` and `delete`. Suggest using `make_unique` instead.
6593 ### <a name="Rr-immediate-alloc"></a> R.12: Immediately give the result of an explicit resource allocation to a manager object
6595 ##### Reason
6597 If you don't, an exception or a return may lead to a leak.
6599 ##### Example, bad
6601     void f(const string& name)
6602     {
6603         FILE* f = fopen(name, "r");          // open the file
6604         vector<char> buf(1024);
6605         auto _ = finally([] { fclose(f); })  // remember to close the file
6606         // ...
6607     }
6609 The allocation of `buf` may fail and leak the file handle.
6611 ##### Example
6613     void f(const string& name)
6614     {
6615         ifstream {name, "r"};                   // open the file
6616         vector<char> buf(1024);
6617         // ...
6618     }
6620 The use of the file handle (in `ifstream`) is simple, efficient, and safe.
6622 ##### Enforcement
6624 * Flag explicit allocations used to initialize pointers (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
6626 ### <a name="Rr-single-alloc"></a> R.13: Perform at most one explicit resource allocation in a single expression statement
6628 ##### Reason
6630 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.
6632 ##### Example
6634     void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2);
6636 This `fun` can be called like this:
6638     fun(shared_ptr<Widget>(new Widget(a, b)), shared_ptr<Widget>(new Widget(c, d)));    // BAD: potential leak
6640 This is exception-unsafe because the compiler may reorder the two expressions building the function's two arguments.
6641 In particular, the compiler can interleave execution of the two expressions:
6642 Memory allocation (by calling `operator new`) could be done first for both objects, followed by attempts to call the two `Widget` constructors.
6643 If one of the constructor calls throws an exception, then the other object's memory will never be released!
6645 This subtle problem has a simple solution: Never perform more than one explicit resource allocation in a single expression statement.
6646 For example:
6648     shared_ptr<Widget> sp1(new Widget(a, b)); // Better, but messy
6649     fun(sp1, new Widget(c, d));
6651 The best solution is to avoid explicit allocation entirely use factory functions that return owning objects:
6653     fun(make_shared<Widget>(a, b), make_shared<Widget>(c, d)); // Best
6655 Write your own factory wrapper if there is not one already.
6657 ##### Enforcement
6659 * Flag expressions with multiple explicit resource allocations (problem: how many direct resource allocations can we recognize?)
6661 ### <a name="Rr-ap"></a> R.14: ??? array vs. pointer parameter
6663 ##### Reason
6665 An array decays to a pointer, thereby losing its size, opening the opportunity for range errors.
6667 ##### Example
6669     ??? what do we recommend: f(int*[]) or f(int**) ???
6671 **Alternative**: Use `array_view` to preserve size information.
6673 ##### Enforcement
6675 Flag `[]` parameters.
6677 ### <a name="Rr-pair"></a> R.15: Always overload matched allocation/deallocation pairs
6679 ##### Reason
6681 Otherwise you get mismatched operations and chaos.
6683 ##### Example
6685     class X {
6686         // ...
6687         void* operator new(size_t s);
6688         void operator delete(void*);
6689         // ...
6690     };
6692 ##### Note
6694 If you want memory that cannot be deallocated, `=delete` the deallocation operation.
6695 Don't leave it undeclared.
6697 ##### Enforcement
6699 Flag incomplete pairs.
6701 ## <a name="SS-smart"></a> R.smart: Smart pointers
6703 ### <a name="Rr-owner"></a> Rule R.20: Use `unique_ptr` or `shared_ptr` to represent ownership
6705 ##### Reason
6707 They can prevent resource leaks.
6709 ##### Example
6711 Consider:
6713     void f()
6714     {
6715         X x;
6716         X* p1 { new X };                        // see also ???
6717         unique_ptr<T> p2 { new X };     // unique ownership; see also ???
6718         shared_ptr<T> p3 { new X };     // shared ownership; see also ???
6719     }
6721 This will leak the object used to initialize `p1` (only).
6723 ##### Enforcement
6725 (Simple) Warn if the return value of `new` or a function call with return value of pointer type is assigned to a raw pointer.
6727 ### <a name="Rr-unique"></a> Rule R.21: Prefer `unique_ptr` over `shared_ptr` unless you need to share ownership
6729 ##### Reason
6731 A `unique_ptr` is conceptually simpler and more predictable (you know when destruction happens) and faster (you don't implicitly maintain a use count).
6733 ##### Example, bad
6735 This needlessly adds and maintains a reference count.
6737     void f()
6738     {
6739         shared_ptr<Base> base = make_shared<Derived>();
6740         // use base locally, without copying it -- refcount never exceeds 1
6741     } // destroy base
6743 ##### Example
6745 This is more efficient:
6747     void f()
6748     {
6749         unique_ptr<Base> base = make_unique<Derived>();
6750         // use base locally
6751     } // destroy base
6753 ##### Enforcement
6755 (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.
6757 ### <a name="Rr-make_shared"></a> R.22: Use `make_shared()` to make `shared_ptr`s
6759 ##### Reason
6761 If you first make an object and then gives 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.
6763 ##### Example
6765 Consider:
6767     shared_ptr<X> p1 { new X{2} }; // bad
6768     auto p = make_shared<X>(2);    // good
6770 The `make_shared()` version mentions `X` only once, so it is usually shorter (as well as faster) than the version with the explicit `new`.
6772 ##### Enforcement
6774 (Simple) Warn if a `shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_shared`.
6776 ### <a name="Rr-make_unique"></a> Rule R.23: Use `make_unique()` to make `unique_ptr`s
6778 ##### Reason
6780 For convenience and consistency with `shared_ptr`.
6782 ##### Note
6784 `make_unique()` is C++14, but widely available (as well as simple to write).
6786 ##### Enforcement
6788 (Simple) Warn if a `Shared_ptr` is constructed from the result of `new` rather than `make_unique`.
6790 ### <a name="Rr-weak_ptr"></a> R.24: Use `std::weak_ptr` to break cycles of `shared_ptr`s
6792 ##### Reason
6794  `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
6795 be able to destroy a cyclic structure.
6797 ##### Example
6799     ???
6801 ##### Note
6803  ??? (HS: A lot of people say "to break cycles", while I think "temporary shared ownership" is more to the point.)
6804 ???(BS: breaking cycles is what you must do; temporarily sharing ownership is how you do it.
6805 You could "temporarily share ownership simply by using another `stared_ptr`.)
6807 ##### Enforcement
6809 ??? probably impossible. If we could statically detect cycles, we wouldn't need `weak_ptr`
6811 ### <a name="Rr-smartptrparam"></a> R.30: Take smart pointers as parameters only to explicitly express lifetime semantics
6813 ##### Reason
6815 Accepting a smart pointer to a `widget` is wrong if the function just needs the `widget` itself.
6816 It should be able to accept any `widget` object, not just ones whose lifetimes are managed by a particular kind of smart pointer.
6817 A function that does not manipulate lifetime should take raw pointers or references instead.
6819 ##### Example, bad
6821     // callee
6822     void f(shared_ptr<widget>& w)
6823     {
6824         // ...
6825         use(*w); // only use of w -- the lifetime is not used at all
6826         // ...
6827     };
6829     // caller
6830     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
6831     f(my_widget);
6833     widget stack_widget;
6834     f(stack_widget); // error
6836 ##### Example, good
6838     // callee
6839     void f(widget& w)
6840     {
6841         // ...
6842         use(w);
6843         // ...
6844     };
6846     // caller
6847     shared_ptr<widget> my_widget = /* ... */;
6848     f(*my_widget);
6850     widget stack_widget;
6851     f(stack_widget); // ok -- now this works
6853 ##### Enforcement
6855 * (Simple) Warn if a function takes a parameter of a type that is a `Unique_ptr` or `Shared_ptr` and the function only calls any of: `operator*`, `operator->` or `get()`).
6856   Suggest using a `T*` or `T&` instead.
6858 ### <a name="Rr-smart"></a> R.31: If you have non-`std` smart pointers, follow the basic pattern from `std`
6860 ##### Reason
6862 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.
6863 You want the rules to work on all the smart pointers you use.
6865 Any type (including primary template or specialization) that overloads unary `*` and `->` is considered a smart pointer:
6867 * If it is copyable, it is recognized as a reference-counted `Shared_ptr`.
6868 * If it not copyable, it is recognized as a unique `Unique_ptr`.
6870 ##### Example
6872     // use Boost's intrusive_ptr
6873     #include <boost/intrusive_ptr.hpp>
6874     void f(boost::intrusive_ptr<widget> p)  // error under rule 'sharedptrparam'
6875     {
6876         p->foo();
6877     }
6879     // use Microsoft's CComPtr
6880     #include <atlbase.h>
6881     void f(CComPtr<widget> p)               // error under rule 'sharedptrparam'
6882     {
6883         p->foo();
6884     }
6886 Both cases are an error under the [`sharedptrparam` guideline](#Rr-smartptrparam):
6887 `p` is a `Shared_ptr`, but nothing about its sharedness is used here and passing it by value is a silent pessimization;
6888 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&`.
6889 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.
6891 ### <a name="Rr-uniqueptrparam"></a> R.32: Take a `unique_ptr<widget>` parameter to express that a function assumes ownership of a `widget`
6893 ##### Reason
6895 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's ownership transfer.
6897 ##### Example
6899     void sink(unique_ptr<widget>); // consumes the widget
6901     void sink(widget*);                         // just uses the widget
6903 ##### Example, bad
6905     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
6907 ##### Enforcement
6909 * (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.
6910 * (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.
6911 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
6913 ### <a name="Rr-reseat"></a> R.33: Take a `unique_ptr<widget>&` parameter to express that a function reseats the`widget`
6915 ##### Reason
6917 Using `unique_ptr` in this way both documents and enforces the function call's reseating semantics.
6919 ##### Note
6921 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
6923 ##### Example
6925     void reseat(unique_ptr<widget>&); // "will" or "might" reseat pointer
6927 ##### Example, bad
6929     void thinko(const unique_ptr<widget>&); // usually not what you want
6931 ##### Enforcement
6933 * (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.
6934 * (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.
6935 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Unique_ptr<T>` parameter by rvalue reference. Suggest using pass by value instead.
6937 ### <a name="Rr-sharedptrparam-owner"></a> R.34: Take a `shared_ptr<widget>` parameter to express that a function is part owner
6939 ##### Reason
6941 This makes the function's ownership sharing explicit.
6943 ##### Example, good
6945     void share(shared_ptr<widget>);            // share – "will" retain refcount
6947     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
6949     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
6951 ##### Enforcement
6953 * (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.
6954 * (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.
6955 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
6957 ### <a name="Rr-sharedptrparam"></a> R.35: Take a `shared_ptr<widget>&` parameter to express that a function might reseat the shared pointer
6959 ##### Reason
6961 This makes the function's reseating explicit.
6963 ##### Note
6965 "reseat" means "making a reference or a smart pointer refer to a different object."
6967 ##### Example, good
6969     void share(shared_ptr<widget>);            // share – "will" retain refcount
6971     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
6973     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
6975 ##### Enforcement
6977 * (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.
6978 * (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.
6979 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
6981 ### <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 ???
6983 ##### Reason
6985 This makes the function's ??? explicit.
6987 ##### Example, good
6989     void share(shared_ptr<widget>);            // share – "will" retain refcount
6991     void reseat(shared_ptr<widget>&);          // "might" reseat ptr
6993     void may_share(const shared_ptr<widget>&); // "might" retain refcount
6995 ##### Enforcement
6997 * (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.
6998 * (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.
6999 * (Simple) ((Foundation)) Warn if a function takes a `Shared_ptr<T>` by rvalue reference. Suggesting taking it by value instead.
7001 ### <a name="Rr-smartptrget"></a> R.37: Do not pass a pointer or reference obtained from an aliased smart pointer
7003 ##### Reason
7005 Violating this rule is the number one cause of losing reference counts and finding yourself with a dangling pointer.
7006 Functions should prefer to pass raw pointers and references down call chains.
7007 At the top of the call tree where you obtain the raw pointer or reference from a smart pointer that keeps the object alive.
7008 You need to be sure that smart pointer cannot be inadvertently be reset or reassigned from within the call tree below
7010 ##### Note
7012 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.
7014 ##### Example
7016 Consider this code:
7018     // global (static or heap), or aliased local ...
7019     shared_ptr<widget> g_p = ...;
7021     void f(widget& w)
7022     {
7023         g();
7024         use(w);  // A
7025     }
7027     void g()
7028     {
7029         g_p = ...; // oops, if this was the last shared_ptr to that widget, destroys the widget
7030     }
7032 The following should not pass code review:
7034     void my_code()
7035     {
7036         f(*g_p);        // BAD: passing pointer or reference obtained from a nonlocal smart pointer
7037                     //      that could be inadvertently reset somewhere inside f or it callees
7038         g_p->func(); // BAD: same reason, just passing it as a "this" pointer
7039     }
7041 The fix is simple -- take a local copy of the pointer to "keep a ref count" for your call tree:
7043     void my_code()
7044     {
7045         auto pin = g_p; // cheap: 1 increment covers this entire function and all the call trees below us
7046         f(*pin);      // GOOD: passing pointer or reference obtained from a local unaliased smart pointer
7047         pin->func();    // GOOD: same reason
7048     }
7050 ##### Enforcement
7052 * (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.
7054 # <a name="S-expr"></a> ES: Expressions and Statements
7056 Expressions and statements are the lowest and most direct way of expressing actions and computation. Declarations in local scopes are statements.
7058 For naming, commenting, and indentation rules, see [NL: Naming and layout](#S-naming).
7060 General rules:
7062 * [ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"](#Res-lib)
7063 * [ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features](#Res-abstr)
7065 Declaration rules:
7067 * [ES.5: Keep scopes small](#Res-scope)
7068 * [ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope](#Res-cond)
7069 * [ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer](#Res-name-length)
7070 * [ES.8: Avoid similar-looking names](#Res-name-similar)
7071 * [ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names](#Res-!CAPS)
7072 * [ES.10: Declare one name (only) per declaration](#Res-name-one)
7073 * [ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names](#Res-auto)
7074 * [ES.20: Always initialize an object](#Res-always)
7075 * [ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it](#Res-introduce)
7076 * [ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with](#Res-init)
7077 * [ES.23: Prefer the `{}`-initializer syntax](#Res-list)
7078 * [ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw](#Res-unique)
7079 * [ES.25: Declare an object `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on](#Res-const)
7080 * [ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
7081 * [ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack](#Res-stack)
7082 * [ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables](#Res-lambda-init)
7083 * [ES.30: Don't use macros for program text manipulation](#Res-macros)
7084 * [ES.31: Don't use macros for constants or "functions"](#Res-macros2)
7085 * [ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names](#Res-CAPS!)
7086 * [ES.40: Don't define a (C-style) variadic function](#Res-ellipses)
7088 Expression rules:
7090 * [ES.40: Avoid complicated expressions](#Res-complicated)
7091 * [ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize](#Res-parens)
7092 * [ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward](#Res-ptr)
7093 * [ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation](#Res-order)
7094 * [ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments](#Res-order-fct)
7095 * [ES.45: Avoid narrowing conversions](#Res-narrowing)
7096 * [ES.46: Avoid "magic constants"; use symbolic constants](#Res-magic)
7097 * [ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`](#Res-nullptr)
7098 * [ES.48: Avoid casts](#Res-casts)
7099 * [ES.49: If you must use a cast, use a named cast](#Res-casts-named)
7100 * [ES.50: Don't cast away `const`](#Res-casts-const)
7101 * [ES.55: Avoid the need for range checking](#Res-range-checking)
7102 * [ES.60: Avoid `new` and `delete[]` outside resource management functions](#Res-new)
7103 * [ES.61: delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`](#Res-del)
7104 * [ES.62: Don't compare pointers into different arrays](#Res-arr2)
7106 Statement rules:
7108 * [ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice](#Res-switch-if)
7109 * [ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice](#Res-for-range)
7110 * [ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable](#Res-for-while)
7111 * [ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable](#Res-while-for)
7112 * [ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of as `for`-statement](#Res-for-init)
7113 * [ES.75: Avoid `do`-statements](#Res-do)
7114 * [ES.76: Avoid `goto`](#Res-goto)
7115 * [ES.77: ??? `continue`](#Res-continue)
7116 * [ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`](#Res-break)
7117 * [ES.79: ??? `default`](#Res-default)
7118 * [ES.85: Make empty statements visible](#Res-empty)
7120 Arithmetic rules:
7122 * [ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic](#Res-mix)
7123 * [ES.101: use unsigned types for bit manipulation](#Res-unsigned)
7124 * [ES.102: Used signed types for arithmetic](#Res-signed)
7125 * [ES.103: Don't overflow](#Res-overflow)
7126 * [ES.104: Don't underflow](#Res-underflow)
7127 * [ES.105: Don't divide by zero](#Res-zero)
7129 ### <a name="Res-lib"></a> ES.1: Prefer the standard library to other libraries and to "handcrafted code"
7131 ##### Reason
7133 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.
7134 The ISO C++ standard library is among the most widely know and best tested libraries.
7135 It is available as part of all C++ Implementations.
7137 ##### Example
7139     auto sum = accumulate(begin(a), end(a), 0.0);       // good
7141 a range version of `accumulate` would be even better:
7143     auto sum = accumulate(v, 0.0); // better
7145 but don't hand-code a well-known algorithm:
7147     int max = v.size();         // bad: verbose, purpose unstated
7148     double sum = 0.0;
7149     for (int i = 0; i < max; ++i)
7150         sum = sum + v[i];
7152 **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.
7154 ##### Enforcement
7156 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
7158 ### <a name="Res-abstr"></a> ES.2: Prefer suitable abstractions to direct use of language features
7160 ##### Reason
7162 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.
7164 ##### Example
7166     vector<string> read1(istream& is)   // good
7167     {
7168         vector<string> res;
7169         for (string s; is >> s;)
7170             res.push_back(s);
7171         return res;
7172     }
7174 The more traditional and lower-level near-equivalent is longer, messier, harder to get right, and most likely slower:
7176     char** read2(istream& is, int maxelem, int maxstring, int* nread)   // bad: verbose and incomplete
7177     {
7178         auto res = new char*[maxelem];
7179         int elemcount = 0;
7180         while (is && elemcount < maxelem) {
7181             auto s = new char[maxstring];
7182             is.read(s, maxstring);
7183             res[elemcount++] = s;
7184         }
7185         nread = elemcount;
7186         return res;
7187     }
7189 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.
7191 ##### Enforcement
7193 Not easy. ??? Look for messy loops, nested loops, long functions, absence of function calls, lack of use of non-built-in types. Cyclomatic complexity?
7195 ## ES.dcl: Declarations
7197 A declaration is a statement. a declaration introduces a name into a scope and may cause the construction of a named object.
7199 ### <a name="Res-scope"></a> ES.5: Keep scopes small
7201 ##### Reason
7203 Readability. Minimize resource retention. Avoid accidental misuse of value.
7205 **Alternative formulation**: Don't declare a name in an unnecessarily large scope.
7207 ##### Example
7209     void use()
7210     {
7211         int i;                                                                  // bad: i is needlessly accessible after loop
7212         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
7213         // no intended use of i here
7214         for (int i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }  // good: i is local to for-loop
7216         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {  // good: pc is local to if-statement
7217             // ... deal with Circle ...
7218         }
7219         else {
7220             // ... handle error ...
7221         }
7222     }
7224 ##### Example, bad
7226     void use(const string& name)
7227     {
7228         string fn = name+".txt";
7229         ifstream is {fn};
7230         Record r;
7231         is >> r;
7232         // ... 200 lines of code without intended use of fn or is ...
7233     }
7235 This function is by most measure too long anyway, but the point is that the used by `fn` and the file handle held by `is`
7236 are retained for much longer than needed and that unanticipated use of `is` and `fn` could happen later in the function.
7237 In this case, it might be a good idea to factor out the read:
7239     void fill_record(Record& r, const string& name)
7240     {
7241         string fn = name+".txt";
7242         ifstream is {fn};
7243         Record r;
7244         is >> r;
7245     }
7247     void use(const string& name)
7248     {
7249         Record r;
7250         fill_record(r, name);
7251         // ... 200 lines of code ...
7252     }
7254 I am assuming that `Record` is large and doesn't have a good move operation so that an out-parameter is preferable to returning a `Record`.
7256 ##### Enforcement
7258 * Flag loop variable declared outside a loop and not used after the loop
7259 * Flag when expensive resources, such as file handles and locks are not used for N-lines (for some suitable N)
7261 ### <a name="Res-cond"></a> ES.6: Declare names in for-statement initializers and conditions to limit scope
7263 ##### Reason
7265 Readability. Minimize resource retention.
7267 ##### Example
7269     void use()
7270     {
7271         for (string s; cin >> s;)
7272             v.push_back(s);
7274         for (int i = 0; i < 20; ++i) {  // good: i is local to for-loop
7275             // ...
7276         }
7278         if (auto pc = dynamic_cast<Circle*>(ps)) {      // good: pc is local to if-statement
7279             // ... deal with Circle ...
7280         }
7281         else {
7282             // ... handle error ...
7283         }
7284     }
7286 ##### Enforcement
7288 * Flag loop variables declared before the loop and not used after the loop
7289 * (hard) Flag loop variables declared before the loop and used after the loop for an unrelated purpose.
7291 ### <a name="Res-name-length"></a> ES.7: Keep common and local names short, and keep uncommon and nonlocal names longer
7293 ##### Reason
7295 Readability. Lowering the chance of clashes between unrelated non-local names.
7297 ##### Example
7299 Conventional short, local names increase readability:
7301     template<typename T>                                                        // good
7302     void print(ostream& os, const vector<T>& v)
7303     {
7304         for (int i = 0; i < v.end(); ++i)
7305             os << v[i] << '\n';
7306     }
7308 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
7310     template<typename Element_type>                                     // bad: verbose, hard to read
7311     void print(ostream& target_stream, const vector<Element_type>& current_vector)
7312     {
7313         for (int current_element_index = 0;
7314                 current_element_index < current_vector.end();
7315                 ++current_element_index
7316         )
7317         target_stream << current_vector[i] << '\n';
7318     }
7320 Yes, it is a caricature, but we have seen worse.
7322 ##### Example
7324 Unconventional and short non-local names obscure code:
7326     void use1(const string& s)
7327     {
7328         // ...
7329         tt(s);          // bad: what is tt()?
7330         // ...
7331     }
7333 Better, give non-local entities readable names:
7335     void use1(const string& s)
7336     {
7337         // ...
7338         trim_tail(s);           // better
7339         // ...
7340     }
7342 Here, there is a chance that the reader knows what `trim_tail` means and that the reader can remember it after looking it up.
7344 ##### Example, bad
7346 Argument names of large functions are de facto non-local and should be meaningful:
7348     void complicated_algorithm(vector<Record>&vr, const vector<int>& vi, map<string, int>& out)
7349     // read from events in vr (marking used Records) for the indices in vi placing (name, index) pairs into out
7350     {
7351         // ... 500 lines of code using vr, vi, and out ...
7352     }
7354 We recommend keeping functions short, but that rule isn't universally adhered to and naming should reflect that.
7356 ##### Enforcement
7358 Check length of local and non-local names. Also take function length into account.
7360 ### <a name="Res-name-similar"></a> ES.8: Avoid similar-looking names
7362 ##### Reason
7364 Such names slow down comprehension and increase the likelihood of error.
7366 ##### Example
7368     if (readable(i1 + l1 + ol + o1 + o0 + ol + o1 + I0 + l0)) surprise();
7370 ##### Enforcement
7372 Check names against a list of known confusing letter and digit combinations.
7374 ### <a name="Res-!CAPS"></a> ES.9: Avoid `ALL_CAPS` names
7376 ##### Reason
7378 Such names are commonly used for macros. Thus, `ALL_CAPS` name are vulnerable to unintended macro substitution.
7380 ##### Example
7382     // somewhere in some header:
7383     #define NE !=
7385     // somewhere else in some other header:
7386     enum Coord { N, NE, NW, S, SE, SW, E, W };
7388     // somewhere third in some poor programmer's .cpp:
7389     switch (direction) {
7390     case N:
7391         // ...
7392     case NE:
7393         // ...
7394     // ...
7395     }
7397 ##### Note
7399 Do not use `ALL_CAPS` for constants just because constants used to be macros.
7401 ##### Enforcement
7403 Flag all uses of ALL CAPS. For older code, accept ALL CAPS for macro names and flag all non-ALL-CAPS macro names.
7405 ### <a name="Res-name-one"></a> ES.10: Declare one name (only) per declaration
7407 ##### Reason
7409 One-declaration-per line increases readability and avoid mistake related to the C/C++ grammar. It leaves room for a `//`-comment.
7411 ##### Example, bad
7413        char *p, c, a[7], *pp[7], **aa[10];      // yuck!
7415 **Exception**: a function declaration can contain several function argument declarations.
7417 ##### Example
7419     template <class InputIterator, class Predicate>
7420     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
7422 or better using concepts:
7424     bool any_of(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred);
7426 ##### Example
7428     double scalbn(double x, int n);             // OK: x*pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
7432     double scalbn(    // better: x*pow(FLT_RADIX, n); FLT_RADIX is usually 2
7433         double x,     // base value
7434         int n         // exponent
7435     );
7439     double scalbn(double base, int exponent);   // better: base*pow(FLT_RADIX, exponent); FLT_RADIX is usually 2
7441 ##### Enforcement
7443 Flag non-function arguments with multiple declarators involving declarator operators (e.g., `int* p, q;`)
7445 ### <a name="Res-auto"></a> ES.11: Use `auto` to avoid redundant repetition of type names
7447 ##### Reason
7449 * Simple repetition is tedious and error prone.
7450 * When you use `auto`, the name of the declared entity is in a fixed position in the declaration, increasing readability.
7451 * In a template function declaration the return type can be a member type.
7453 ##### Example
7455 Consider:
7457     auto p = v.begin(); // vector<int>::iterator
7458     auto s = v.size();
7459     auto h = t.future();
7460     auto q = new int[s];
7461     auto f = [](int x){ return x + 10; };
7463 In each case, we save writing a longish, hard-to-remember type that the compiler already knows but a programmer could get wrong.
7465 ##### Example
7467     template<class T>
7468     auto Container<T>::first() -> Iterator;     // Container<T>::Iterator
7470 **Exception**: Avoid `auto` for initializer lists and in cases where you know exactly which type you want and where an initializer might require conversion.
7472 ##### Example
7474     auto lst = { 1, 2, 3 };     // lst is an initializer list (obviously)
7475     auto x{1};  // x is an int (after correction of the C++14 standard; initializer_list in C++11)
7477 ##### Note
7479 When concepts become available, we can (and should) be more specific about the type we are deducing:
7481     // ...
7482     ForwardIterator p = algo(x, y, z);
7484 ##### Enforcement
7486 Flag redundant repetition of type names in a declaration.
7488 ### <a name="Res-always"></a> ES.20: Always initialize an object
7490 ##### Reason
7492 Avoid used-before-set errors and their associated undefined behavior.
7493 Avoid problems with comprehension of complex initialization.
7494 Simplify refactoring.
7496 ##### Example
7498     void use(int arg)   // bad: uninitialized variable
7499     {
7500         int i;
7501         // ...
7502         i = 7;  // initialize i
7503     }
7505 No, `i = 7` does not initialize `i`; it assigns to it. Also, `i` can be read in the `...` part. Better:
7507     void use(int arg)   // OK
7508     {
7509         int i = 7;              // OK: initialized
7510         string s;               // OK: default initialized
7511         // ...
7512     }
7514 ##### Note
7516 The *always initialize* rule is deliberately stronger than the *an object must be set before used* language rule.
7517 The latter, more relaxed rule, catches the technical bugs, but:
7519 * It leads to less readable code
7520 * It encourages people to declare names in greater than necessary scopes
7521 * It leads to harder to read code
7522 * It leads to logic bugs by encouraging complex code
7523 * It hampers refactoring
7525 The *always initialize* rule is a style rule aimed to improve maintainability as well as a rule protecting against used-before-set errors.
7527 ##### Example
7529 Here is an example that is often considered to demonstrate the need for a more relaxed rule for initialization
7531     widget i, j; // "widget" a type that's expensive to initialize, possibly a large POD
7533     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
7534         i = f1();
7535         j = f2();
7536     }
7537     else {
7538         i = f3();
7539         j = f4();
7540     }
7542 This cannot trivially be rewritten to initialize `i` and `j` with initializers.
7543 Note that for types with a default constructor, attempting to postpone initialization simply leads to a default initialization followed by an assignment.
7544 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.
7546 At the cost of repeating `cond` we could write:
7548     widget i = (cond) ? f1() : f3();
7549     widget j = (cond) ? f2() : f4();
7551 Assuming that there is a logical connection between `i` and `j`, that connection should probably be expressed in code:
7553     pair<widget,widget> make_related_widgets(bool x)
7554     {
7555         return (x) ? {f1(),f2()} : {f3(),f4() };
7556     }
7558     auto init = make_related_widgets(cond);
7559     widget i = init.first;
7560     widget j = init.second;
7562 Obviously, what we really would like is a construct that initialized n variables from a `tuple`. For example:
7564     auto {i,j} = make_related_widgets(cond);    // Not C++14
7566 Today, we might approximate that using `tie()`:
7568     widget i;       // bad: uninitialized variable
7569     widget j;
7570     tie(i,j) = make_related_widgets(cond);
7572 This may be seen as an example of the *immediately initialize from input* exception below.
7574 Creating optimal and equivalent code from all of these examples should be well within the capabilities of modern C++ compilers
7575 (but don't make performance claims without measuring; a compiler may very well not generate optimal code for every example and
7576 there may be language rules preventing some optimization that you would have liked in a particular case)..
7578 ##### Note
7580 Complex initialization has been popular with clever programmers for decades.
7581 It has also been a major source of errors and complexity.
7582 Many such errors are introduced during maintenance years after the initial implementation.
7584 ##### Exception
7586 It you are declaring an object that is just about to be initialized from input, initializing it would cause a double initialization.
7587 However, beware that this may leave uninitialized data beyond the input - and that has been a fertile source of errors and security breaches:
7589     constexpr int max = 8*1024;
7590     int buf[max];                                       // OK, but suspicious: uninitialized
7591     f.read(buf, max);
7593 The cost of initializing that array could be significant in some situations.
7594 However, such examples do tend to leave uninitialized variables accessible, so they should be treated with suspicion.
7596     constexpr int max = 8*1024;
7597     int buf[max] = {0};                         // better in some situations
7598     f.read(buf, max);
7600 When feasible use a library function that is known not to overflow. For example:
7602     string s;   // s is default initialized to ""
7603     cin >> s;   // s expands to hold the string
7605 Don't consider simple variables that are targets for input operations exceptions to this rule:
7607     int i;              // bad
7608     // ...
7609     cin >> i;
7611 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.
7613     int i2 = 0; // better
7614     // ...
7615     cin >> i;
7617 A good optimizer should know about input operations and eliminate the redundant operation.
7619 ##### Example
7621 Using an `uninitialized` value is a symptom of a problem and not a solution:
7623     widget i = uninit;  // bad
7624     widget j = uninit;
7626     // ...
7627     use(i);         // possibly used before set
7628     // ...
7630     if (cond) {     // bad: i and j are initialized "late"
7631         i = f1();
7632         j = f2();
7633     }
7634     else {
7635         i = f3();
7636         j = f4();
7637     }
7639 Now the compiler cannot even simply detect a used-before-set.
7641 ##### Note
7643 Sometimes, a lambda can be used as an initializer to avoid an uninitialized variable:
7645     error_code ec;
7646     Value v = [&] {
7647         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
7648         ec = p.first;
7649         return p.second;
7650     }();
7652 or maybe:
7654     Value v = [] {
7655         auto p = get_value();   // get_value() returns a pair<error_code, Value>
7656         if (p.first) throw Bad_value{p.first};
7657         return p.second;
7658     }();
7660 **See also**: [ES.28](#Res-lambda-init)
7662 ##### Enforcement
7664 * Flag every uninitialized variable.
7665   Don't flag variables of user-defined types with default constructors.
7666 * Check that an uninitialized buffer is written into *immediately* after declaration.
7667   Passing a uninitialized variable as a non-`const` reference argument can be assumed to be a write into the variable.
7669 ### <a name="Res-introduce"></a> ES.21: Don't introduce a variable (or constant) before you need to use it
7671 ##### Reason
7673 Readability. To limit the scope in which the variable can be used.
7675 ##### Example
7677     int x = 7;
7678     // ... no use of x here ...
7679     ++x;
7681 ##### Enforcement
7683 Flag declaration that distant from their first use.
7685 ### <a name="Res-init"></a> ES.22: Don't declare a variable until you have a value to initialize it with
7687 ##### Reason
7689 Readability. Limit the scope in which a variable can be used. Don't risk used-before-set. Initialization is often more efficient than assignment.
7691 ##### Example, bad
7693     string s;
7694     // ... no use of s here ...
7695     s = "what a waste";
7697 ##### Example, bad
7699     SomeLargeType var;  // ugly CaMeLcAsEvArIaBlE
7701     if (cond)   // some non-trivial condition
7702         Set(&var);
7703     else if (cond2 || !cond3) {
7704         var = Set2(3.14);
7705     }
7706     else {
7707         var = 0;
7708         for (auto& e : something)
7709             var += e;
7710     }
7712     // use var; that this isn't done too early can be enforced statically with only control flow
7714 This would be fine if there was a default initialization for `SomeLargeType` that wasn't too expensive.
7715 Otherwise, a programmer might very well wonder if every possible path through the maze of conditions has been covered.
7716 If not, we have a "use before set" bug. This is a maintenance trap.
7718 For initializers of moderate complexity, including for `const` variables, consider using a lambda to express the initializer; see [ES.28](#Res-lambda-init).
7720 ##### Enforcement
7722 * Flag declarations with default initialization that are assigned to before they are first read.
7723 * Flag any complicated computation after an uninitialized variable and before its use.
7725 ### <a name="Res-list"></a> ES.23: Prefer the `{}` initializer syntax
7727 ##### Reason
7729 The rules for `{}` initialization is simpler, more general, and safer than for other forms of initialization, and unambiguous.
7731 ##### Example
7733        int x {f(99)};
7734        vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
7736 ##### Exception
7738 For containers, there is a tradition for using `{...}` for a list of elements and `(...)` for sizes:
7740     vector<int> v1(10);         // vector of 10 elements with the default value 0
7741     vector<int> v2 {10};        // vector of 1 element with the value 10
7743 ##### Note
7745 `{}`-initializers do not allow narrowing conversions.
7747 ##### Example
7749     int x {7.9};        // error: narrowing
7750     int y = 7.9;        // OK: y becomes 7. Hope for a compiler warning
7752 ##### Note
7754 `{}` initialization can be used for all initialization; other forms of initialization can't:
7756     auto p = new vector<int> {1, 2, 3, 4, 5};   // initialized vector
7757     D::D(int a, int b) :m{a, b} {       // member initializer (e.g., m might be a pair)
7758         // ...
7759     };
7760     X var {};                           // initialize var to be empty
7761     struct S {
7762         int m {7};      // default initializer for a member
7763         // ...
7764     };
7766 ##### Note
7768 Initialization of a variable declared `auto` with a single value `{v}` surprising results until recently:
7770     auto x1 {7};        // x1 is an int with the value 7
7771     auto x2 = {7};      // x2 is an initializer_int<int> with an element 7
7773     auto x11 {7, 8};    // error: two initializers
7774     auto x22 = {7, 8};  // x2 is an initializer_int<int> with elements 7 and 8
7776 ##### Exception
7778 Use `={...}` if you really want an `initializer_list<T>`
7780     auto fib10 = {0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 25, 38, 63};    // fib10 is a list
7782 ##### Example
7784     template<typename T>
7785     void f()
7786     {
7787         T x1(1);        // T initialized with 1
7788         T x0();         // bad: function declaration (often a mistake)
7790         T y1 {1};       // T initialized with 1
7791         T y0 {};        // default initialized T
7792         // ...
7793     }
7795 **See also**: [Discussion](#???)
7797 ##### Enforcement
7799 Tricky.
7801 * Don't flag uses of `=` for simple initializers.
7802 * Look for `=` after `auto` has been seen.
7804 ### <a name="Res-unique"></a> ES.24: Use a `unique_ptr<T>` to hold pointers in code that may throw
7806 ##### Reason
7808 Using `std::unique_ptr` is the simplest way to avoid leaks. And it is free compared to alternatives
7810 ##### Example
7812     void use(bool leak)
7813     {
7814         auto p1 = make_unique<int>(7);  // OK
7815         int* p2 = new int{7};                   // bad: might leak
7816         // ...
7817         if (leak) return;
7818         // ...
7819     }
7821 If `leak == true` the object pointer to by `p2` is leaked and the object pointed to by `p1` is not.
7823 ##### Enforcement
7825 Look for raw pointers that are targets of `new`, `malloc()`, or functions that may return such pointers.
7827 ### <a name="Res-const"></a> ES.25: Declare an objects `const` or `constexpr` unless you want to modify its value later on
7829 ##### Reason
7831 That way you can't change the value by mistake. That way may offer the compiler optimization opportunities.
7833 ##### Example
7835     void f(int n)
7836     {
7837         const int bufmax = 2 * n + 2;  // good: we can't change bufmax by accident
7838         int xmax = n;                  // suspicious: is xmax intended to change?
7839         // ...
7840     }
7842 ##### Enforcement
7844 Look to see if a variable is actually mutated, and flag it if not. Unfortunately, it may be impossible to detect when a non-`const` was not intended to vary.
7846 ### <a name="Res-recycle"></a> ES.26: Don't use a variable for two unrelated purposes
7848 ##### Reason
7850 Readability.
7852 ##### Example, bad
7854     void use()
7855     {
7856         int i;
7857         for (i = 0; i < 20; ++i) { /* ... */ }
7858         for (i = 0; i < 200; ++i) { /* ... */ } // bad: i recycled
7859     }
7861 ##### Enforcement
7863 Flag recycled variables.
7865 ### <a name="Res-stack"></a> ES.27: Use `std::array` or `stack_array` for arrays on the stack
7867 ##### Reason
7869 They are readable and don't implicitly convert to pointers.
7870 They are not confused with non-standard extensions of built-in arrays.
7872 ##### Example, bad
7874     const int n = 7;
7875     int m = 9;
7877     void f()
7878     {
7879         int a1[n];
7880         int a2[m];      // error: not ISO C++
7881         // ...
7882     }
7884 ##### Note
7886 The definition of `a1` is legal C++ and has always been.
7887 There is a lot of such code.
7888 It is error-prone, though, especially when the bound is non-local.
7889 Also, it is a "popular" source of errors (buffer overflow, pointers from array decay, etc.).
7890 The definition of `a2` is C but not C++ and is considered a security risk
7892 ##### Example
7894     const int n = 7;
7895     int m = 9;
7897     void f()
7898     {
7899         array<int, n> a1;
7900         stack_array<int> a2(m);
7901         // ...
7902     }
7904 ##### Enforcement
7906 * Flag arrays with non-constant bounds (C-style VLAs)
7907 * Flag arrays with non-local constant bounds
7909 ### <a name="Res-lambda-init"></a> ES.28: Use lambdas for complex initialization, especially of `const` variables
7911 ##### Reason
7913 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.
7915 ##### Example, bad
7917     widget x;   // should be const, but:
7918     for (auto i = 2; i <= N; ++i) {             // this could be some
7919         x += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
7920     }                                        // needed to initialize x
7921     // from here, x should be const, but we can’t say so in code in this style
7923 ##### Example, good
7925     const widget x = [&]{
7926         widget val;                                // assume that widget has a default constructor
7927         for (auto i = 2; i <= N; ++i) {            // this could be some
7928             val += some_obj.do_something_with(i);  // arbitrarily long code
7929         }                                          // needed to initialize x
7930         return val;
7931     }();
7933 ##### Example
7935     string var = [&]{
7936         if (!in) return "";     // default
7937         string s;
7938         for (char c : in >> c)
7939             s += toupper(c);
7940         return s;
7941     }(); // note ()
7943 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.
7945 ##### Example
7947     owner<istream&> in = [&]{
7948         switch (source) {
7949         case default:       owned=false; return cin;
7950         case command_line:  owned=true;  return *new istringstream{argv[2]};
7951         case file:          owned=true;  return *new ifstream{argv[2]};
7952     }();
7954 ##### Enforcement
7956 Hard. At best a heuristic. Look for an uninitialized variable followed by a loop assigning to it.
7958 ### <a name="Res-macros"></a> ES.30: Don't use macros for program text manipulation
7960 ##### Reason
7962 Macros are a major source of bugs.
7963 Macros don't obey the usual scope and type rules.
7964 Macros ensure that the human reader see something different from whet the compiler sees.
7965 Macros complicates tool building.
7967 ##### Example, bad
7969     #define Case break; case    /* BAD */
7971 This innocuous-looking macro makes a single lower case `c` instead of a `C` into a bad flow-control bug.
7973 ##### Note
7975 This rule does not ban the use of macros for "configuration control" use in `#ifdef`s, etc.
7977 ##### Enforcement
7979 Scream when you see a macro that isn't just use for source control (e.g., `#ifdef`)
7981 ### <a name="Res-macros2"></a> ES.31: Don't use macros for constants or "functions"
7983 ##### Reason
7985 Macros are a major source of bugs.
7986 Macros don't obey the usual scope and type rules.
7987 Macros don't obey the usual rules for argument passing.
7988 Macros ensure that the human reader see something different from whet the compiler sees.
7989 Macros complicates tool building.
7991 ##### Example, bad
7993     #define PI 3.14
7994     #define SQUARE(a, b) (a*b)
7996 Even if we hadn't left a well-know bug in `SQUARE` there are much better behaved alternatives; for example:
7998     constexpr double pi = 3.14;
7999     template<typename T> T square(T a, T b) { return a*b; }
8001 ##### Enforcement
8003 Scream when you see a macro that isn't just use for source control (e.g., `#ifdef`)
8005 ### <a name="Res-CAPS!"></a> ES.32: Use `ALL_CAPS` for all macro names
8007 ##### Reason
8009 Convention. Readability. Distinguishing macros.
8011 ##### Example
8013     #define forever for(;;)             /* very BAD */
8015     #define FOREVER for(;;)             /* Still evil, but at least visible to humans */
8017 ##### Enforcement
8019 Scream when you see a lower case macro.
8021 ### <a name="Res-ellipses"></a> ES.40: Don't define a (C-style) variadic function
8023 ##### Reason
8025 Not type safe. Requires messy cast-and-macro-laden code to get working right.
8027 ##### Example
8029     ??? <vararg>
8031 **Alternative**: Overloading. Templates. Variadic templates.
8033 ##### Note
8035 There are rare used of variadic functions in SFINAE code, but those don't actually run and don't need the `<vararg>` implementation mess.
8037 ##### Enforcement
8039 Flag definitions of C-style variadic functions.
8041 ## ES.stmt: Statements
8043 Statements control the flow of control (except for function calls and exception throws, which are expressions).
8045 ### <a name="Res-switch-if"></a> ES.70: Prefer a `switch`-statement to an `if`-statement when there is a choice
8047 ##### Reason
8049 * Readability.
8050 * Efficiency: A `switch` compares against constants and is usually better optimized than a series of tests in an `if`-`then`-`else` chain.
8051 * a `switch` is enables some heuristic consistency checking. For example, has all values of an `enum` been covered? If not, is there a `default`?
8053 ##### Example
8055     void use(int n)
8056     {
8057         switch (n) {    // good
8058         case 0: // ...
8059         case 7: // ...
8060         }
8061     }
8063 rather than:
8065     void use2(int n)
8066     {
8067         if (n == 0)   // bad: if-then-else chain comparing against a set of constants
8068             // ...
8069         else if (n == 7)
8070             // ...
8071     }
8073 ##### Enforcement
8075 Flag if-then-else chains that check against constants (only).
8077 ### <a name="Res-for-range"></a> ES.71: Prefer a range-`for`-statement to a `for`-statement when there is a choice
8079 ##### Reason
8081 Readability. Error prevention. Efficiency.
8083 ##### Example
8085     for (int i = 0; i < v.size(); ++i)  // bad
8086             cout << v[i] << '\n';
8088     for (auto p = v.begin(); p != v.end(); ++p) // bad
8089         cout << *p << '\n';
8091     for (auto& x : v)   // OK
8092         cout << x << '\n';
8094     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // touches two elements: can't be a range-for
8095         cout << v[i] + v[-1] << '\n';
8097     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) // possible side-effect: can't be a range-for
8098         cout << f(&v[i]) << '\n';
8100     for (int i = 1; i < v.size(); ++i) { // body messes with loop variable: can't be a range-for
8101         if (i % 2)
8102             ++i;        // skip even elements
8103         else
8104             cout << v[i] << '\n';
8105     }
8107 A human or a good static analyzer may determine that there really isn't a side effect on `v` in `f(&v[i])` so that the loop can be rewritten.
8109 "Messing with the loop variable" in the body of a loop is typically best avoided.
8111 ##### Note
8113 Don't use expensive copies of the loop variable of a range-`for` loop:
8115     for (string s : vs) // ...
8117 This will copy each elements of `vs` into `s`. Better
8119     for (string& s : vs) // ...
8121 ##### Enforcement
8123 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 for loop.
8125 ### <a name="Res-for-while"></a> ES.72: Prefer a `for`-statement to a `while`-statement when there is an obvious loop variable
8127 ##### Reason
8129 Readability: the complete logic of the loop is visible "up front". The scope of the loop variable can be limited.
8131 ##### Example
8133     for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
8134      // do work
8135     }
8137 ##### Example, bad
8139     int i = 0;
8140     while (i < vec.size()) {
8141      // do work
8142      i++;
8143     }
8145 ##### Enforcement
8149 ### <a name="Res-while-for"></a> ES.73: Prefer a `while`-statement to a `for`-statement when there is no obvious loop variable
8151 ##### Reason
8153  ???
8155 ##### Example
8157     ???
8159 ##### Enforcement
8163 ### <a name="Res-for-init"></a> ES.74: Prefer to declare a loop variable in the initializer part of as `for`-statement
8165 ##### Reason
8167 Limit the loop variable visibility to the scope of the loop.
8168 Avoid using the loop variable for other purposes after the loop.
8170 ##### Example
8172     for (int i = 0; i < 100; ++i) {     // GOOD: i var is visible only inside the loop
8173         // ...
8174     }
8176 ##### Example, don't
8178     int j;                                              // BAD: j is visible outside the loop
8179     for (j = 0; j < 100; ++j) {
8180         // ...
8181     }
8182     // j is still visible here and isn't needed
8184 **See also**: [Don't use a variable for two unrelated purposes](#Res-recycle)
8186 ##### Enforcement
8188 Warn when a variable modified inside the `for`-statement is declared outside the loop and not being used outside the loop.
8190 **Discussion**: Scoping the loop variable to the loop body also helps code optimizers greatly. Recognizing that the induction variable
8191 is only accessible in the loop body unblocks optimizations such as hoisting, strength reduction, loop-invariant code motion, etc.
8193 ### <a name="Res-do"></a> ES.75: Avoid `do`-statements
8195 ##### Reason
8197 Readability, avoidance of errors.
8198 The termination conditions is at the end (where it can be overlooked) and the condition is not checked the first time through. ???
8200 ##### Example
8202     int x;
8203     do {
8204         cin >> x;
8205         x
8206     } while (x < 0);
8208 ##### Enforcement
8212 ### <a name="Res-goto"></a> ES.76: Avoid `goto`
8214 ##### Reason
8216 Readability, avoidance of errors. There are better control structures for humans; `goto` is for machine generated code.
8218 ##### Exception
8220 Breaking out of a nested loop. In that case, always jump forwards.
8222 ##### Example
8224     ???
8226 ##### Example
8228 There is a fair amount of use of the C goto-exit idiom:
8230     void f()
8231     {
8232         // ...
8233             goto exit;
8234         // ...
8235             goto exit;
8236         // ...
8237     exit:
8238         ... common cleanup code ...
8239     }
8241 This is an ad-hoc simulation of destructors. Declare your resources with handles with destructors that clean up.
8243 ##### Enforcement
8245 * 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.
8247 ### <a name="Res-continue"></a> ES.77: ??? `continue`
8249 ##### Reason
8251  ???
8253 ##### Example
8255     ???
8257 ##### Enforcement
8261 ### <a name="Res-break"></a> ES.78: Always end a non-empty `case` with a `break`
8263 ##### Reason
8265  Accidentally leaving out a `break` is a fairly common bug.
8266  A deliberate fallthrough is a maintenance hazard.
8268 ##### Example
8270     switch(eventType)
8271     {
8272     case Information:
8273         update_status_bar();
8274         break;
8275     case Warning:
8276         write_event_log();
8277     case Error:
8278         display_error_window(); // Bad
8279         break;
8280     }
8282 It is easy to overlook the fallthrough. Be explicit:
8284     switch(eventType)
8285     {
8286     case Information:
8287         update_status_bar();
8288         break;
8289     case Warning:
8290         write_event_log();
8291         // fall through
8292     case Error:
8293         display_error_window(); // Bad
8294         break;
8295     }
8297 There is a proposal for a `[[fallthrough]]` annotation.
8299 ##### Note
8301 Multiple case labels of a single statement is OK:
8303     switch (x) {
8304     case 'a':
8305     case 'b':
8306     case 'f':
8307         do_something(x);
8308         break;
8309     }
8311 ##### Enforcement
8313 Flag all fall throughs from non-empty `case`s.
8315 ### <a name="Res-default"></a> ES.79: ??? `default`
8317 ##### Reason
8319  ???
8321 ##### Example
8323     ???
8325 ##### Enforcement
8329 ### <a name="Res-empty"></a> ES.85: Make empty statements visible
8331 ##### Reason
8333 Readability.
8335 ##### Example
8337     for (i = 0; i < max; ++i);  // BAD: the empty statement is easily overlooked
8338         v[i] = f(v[i]);
8340     for (auto x : v) {          // better
8341         // nothing
8342     }
8344 ##### Enforcement
8346 Flag empty statements that are not blocks and doesn't "contain" comments.
8348 ## ES.expr: Expressions
8350 Expressions manipulate values.
8352 ### <a name="Res-complicated"></a> ES.40: Avoid complicated expressions
8354 ##### Reason
8356 Complicated expressions are error-prone.
8358 ##### Example
8360     while ((c = getc()) != -1)  // bad: assignment hidden in subexpression
8362     while ((cin >> c1, cin >> c2), c1 == c2) // bad: two non-local variables assigned in a sub-expressions
8364     for (char c1, c2; cin >> c1 >> c2 && c1 == c2;)     // better, but possibly still too complicated
8366     int x = ++i + ++j;  // OK: iff i and j are not aliased
8368     v[i] = v[j] + v[k]; // OK: iff i != j and i != k
8370     x = a + (b = f()) + (c = g()) * 7;  // bad: multiple assignments "hidden" in subexpressions
8372     x = a & b + c * d && e ^ f == 7;            // bad: relies on commonly misunderstood precedence rules
8374     x = x++ + x++ + ++x;                // bad: undefined behavior
8376 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.
8378 ##### Note
8380 A programmer should know and use the basic rules for expressions.
8382 ##### Example
8384     x=k * y + z;              // OK
8386     auto t1 = k*y;        // bad: unnecessarily verbose
8387     x = t1 + z;
8389     if (0 <= x && x < max)     // OK
8391     auto t1 = 0 <= x;               // bad: unnecessarily verbose
8392     auto t2 = x < max;
8393     if (t1 && t2)          // ...
8395 ##### Enforcement
8397 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:
8399 * 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
8400 * writes to aliased variables
8401 * more than N operators (and what should N be?)
8402 * reliance of subtle precedence rules
8403 * uses undefined behavior (can we catch all undefined behavior?)
8404 * implementation defined behavior?
8405 * ???
8407 ### <a name="Res-parens"></a> ES.41: If in doubt about operator precedence, parenthesize
8409 ##### Reason
8411 Avoid errors. Readability. Not everyone has the operator table memorized.
8413 ##### Example
8415     if (a && b == 1)    // OK?
8416     if (a & b == 1)     // OK?
8418 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.
8420     if (a && b == 1)    // OK: means a&&(b == 1)
8421     if (a & b == 1)     // bad: means (a&b) == 1
8423 ##### Note
8425 You should know enough not to need parentheses for:
8427     if (a<0 || a<=max) {
8428         // ...
8429     }
8431 ##### Enforcement
8433 * Flag combinations of bitwise-logical operators and other operators.
8434 * Flag assignment operators not as the leftmost operator.
8435 * ???
8437 ### <a name="Res-ptr"></a> ES.42: Keep use of pointers simple and straightforward
8439 ##### Reason
8441 Complicated pointer manipulation is a major source of errors.
8443 * Do all pointer arithmetic on an `array_view` (exception ++p in simple loop???)
8444 * Avoid pointers to pointers
8445 * ???
8447 ##### Example
8449     ???
8451 ##### Enforcement
8453 We need a heuristic limiting the complexity of pointer arithmetic statement.
8455 ### <a name="Res-order"></a> ES.43: Avoid expressions with undefined order of evaluation
8457 ##### Reason
8459 You have no idea what such code does. Portability.
8460 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.
8462 ##### Example
8464     v[i] = ++i; //  the result is undefined
8466 A good rule of thumb is that you should not read a value twice in an expression where you write to it.
8468 ##### Example
8470     ???
8472 ##### Note
8474 What is safe?
8476 ##### Enforcement
8478 Can be detected by a good analyzer.
8480 ### <a name="Res-order-fct"></a> ES.44: Don't depend on order of evaluation of function arguments
8482 ##### Reason
8484 Because that order is unspecified.
8486 ##### Example
8488     int i = 0;
8489     f(++i, ++i);
8491 The call will most likely be `f(0, 1)` or `f(1, 0)`, but you don't know which. Technically, the behavior is undefined.
8493 ##### Example
8495 ??? overloaded operators can lead to order of evaluation problems (shouldn't :-()
8497     f1()->m(f2());      // m(f1(), f2())
8498     cout << f1() << f2();       // operator<<(operator<<(cout, f1()), f2())
8500 ##### Enforcement
8502 Can be detected by a good analyzer.
8504 ### <a name="Res-magic"></a> ES.45: Avoid "magic constants"; use symbolic constants
8506 ##### Reason
8508 Unnamed constants embedded in expressions are easily overlooked and often hard to understand:
8510 ##### Example
8512     for (int m = 1; m <= 12; ++m)       // don't: magic constant 12
8513         cout << month[m] << '\n';
8515 No, we don't all know that there are 12 months, numbered 1..12, in a year. Better:
8517     constexpr int last_month = 12;      // months are numbered 1..12
8519     for (int m = first_month; m <= last_month; ++m)     // better
8520         cout << month[m] << '\n';
8522 Better still, don't expose constants:
8524     for (auto m : month)
8525         cout << m << '\n';
8527 ##### Enforcement
8529 Flag literals in code. Give a pass to `0`, `1`, `nullptr`, `\n`, `""`, and others on a positive list.
8531 ### <a name="Res-narrowing"></a> ES.46: Avoid lossy (narrowing, truncating) arithmetic conversions
8533 ##### Reason
8535 A narrowing conversion destroys information, often unexpectedly so.
8537 ##### Example
8539 A key example is basic narrowing:
8541     double d = 7.9;
8542     int i = d;          // bad: narrowing: i becomes 7
8543     i = (int)d;     // bad: we're going to claim this is still not explicit enough
8545     void f(int x, long y, double d)
8546     {
8547         char c1 = x;    // bad: narrowing
8548         char c2 = y;    // bad: narrowing
8549         char c3 = d;    // bad: narrowing
8550     }
8552 ##### Note
8554 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:
8556     i = narrow_cast<int>(d);            // OK (you asked for it): narrowing: i becomes 7
8557     i = narrow<int>(d);                         // OK: throws narrowing_error
8559 We also include lossy arithmetic casts, such as from a negative floating point type to an unsigned integral type:
8561     double d = -7.9;
8562     unsigned u = 0;
8564     u = d;                          // BAD
8565     u = narrow_cast<unsigned>(d);   // OK (you asked for it): u becomes 0
8566     u = narrow<unsigned>(d);        // OK: throws narrowing_error
8568 ##### Enforcement
8570 A good analyzer can detect all narrowing conversions. However, flagging all narrowing conversions will lead to a lot of false positives. Suggestions:
8572 * flag all floating-point to integer conversions (maybe only float->char and double->int. Here be dragons! we need data)
8573 * flag all long->char (I suspect int->char is very common. Here be dragons! we need data)
8574 * consider narrowing conversions for function arguments especially suspect
8576 ### <a name="Res-nullptr"></a> ES.47: Use `nullptr` rather than `0` or `NULL`
8578 ##### Reason
8580 Readability. Minimize surprises: `nullptr` cannot be confused with an `int`.
8582 ##### Example
8584 Consider:
8586     void f(int);
8587     void f(char*);
8588     f(0);                       // call f(int)
8589     f(nullptr);         // call f(char*)
8591 ##### Enforcement
8593 Flag uses of `0` and `NULL` for pointers. The transformation may be helped by simple program transformation.
8595 ### <a name="Res-casts"></a> ES.48: Avoid casts
8597 ##### Reason
8599 Casts are a well-known source of errors. Makes some optimizations unreliable.
8601 ##### Example
8603     ???
8605 ##### Note
8607 Programmer who write casts typically assumes that they know what they are doing.
8608 In fact, they often disable the general rules for using values.
8609 Overload resolution and template instantiation usually pick the right function if there is a right function to pick.
8610 If there is not, maybe there ought to be, rather than applying a local fix (cast).
8612 ##### Note
8614 Casts are necessary in a systems programming language.
8615 For example, how else would we get the address of a device register into a pointer.
8616 However, casts are seriously overused as well as a major source of errors.
8618 ##### Note
8620 If you feel the need for a lot of casts, there may be a fundamental design problem.
8622 ##### Enforcement
8624 * Force the elimination of C-style casts
8625 * Warn against named casts
8626 * Warn if there are many functional style casts (there is an obvious problem in quantifying 'many').
8628 ### <a name="Res-casts-named"></a> ES.49: If you must use a cast, use a named cast
8630 ##### Reason
8632 Readability. Error avoidance.
8633 Named casts are more specific than a C-style or functional cast, allowing the compiler to catch some errors.
8635 The named casts are:
8637 * `static_cast`
8638 * `const_cast`
8639 * `reinterpret_cast`
8640 * `dynamic_cast`
8641 * `std::move`           // `move(x)` is an rvalue reference to `x`
8642 * `std::forward`        // `forward(x)` is an rvalue reference to `x`
8643 * `gsl::narrow_cast`    // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
8644 * `gsl::narrow`                 // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
8646 ##### Example
8648     ???
8650 ##### Note
8654 ##### Enforcement
8656 Flag C-style and functional casts.
8658 ## <a name="Res-casts-const"></a> ES.50: Don't cast away `const`
8660 ##### Reason
8662 It makes a lie out of `const`.
8664 ##### Note
8666 Usually the reason to "cast away `const`" is to allow the updating of some transient information of an otherwise immutable object.
8667 Examples are cashing, memorization, and precomputation.
8668 Such examples are often handled as well or better using `mutable` or an indirection than with a `const_cast`.
8670 ##### Example
8672     ???
8674 ##### Enforcement
8676 Flag `const_cast`s.
8678 ### <a name="Res-range-checking"></a> ES.55: Avoid the need for range checking
8680 ##### Reason
8682 Constructs that cannot overflow, don't, and usually runs faster:
8684 ##### Example
8686     for (auto& x : v)           // print all elements of v
8687         cout << x << '\n';
8689     auto p = find(v, x);                // find x in v
8691 ##### Enforcement
8693 Look for explicit range checks and heuristically suggest alternatives.
8695 ### <a name="Res-new"></a> ES.60: Avoid `new` and `delete[]` outside resource management functions
8697 ##### Reason
8699 Direct resource management in application code is error-prone and tedious.
8701 ##### Note
8703 also known as "No naked `new`!"
8705 ##### Example, bad
8707     void f(int n)
8708     {
8709         auto p = new X[n];      // n default constructed Xs
8710         // ...
8711         delete[] p;
8712     }
8714 There can be code in the `...` part that causes the `delete` never to happen.
8716 **See also**: [R: Resource management](#S-resource).
8718 ##### Enforcement
8720 Flag naked `new`s and naked `delete`s.
8722 ### <a name="Res-del"></a> ES.61: delete arrays using `delete[]` and non-arrays using `delete`
8724 ##### Reason
8726 That's what the language requires and mistakes can lead to resource release errors and/or memory corruption.
8728 ##### Example, bad
8730     void f(int n)
8731     {
8732         auto p = new X[n];      // n default constructed Xs
8733         // ...
8734         delete p;                       // error: just delete the object p, rather than delete the array p[]
8735     }
8737 ##### Note
8739 This example not only violates the [no naked `new` rule](#Res-new) as in the previous example, it has many more problems.
8741 ##### Enforcement
8743 * if the `new` and the `delete` is in the same scope, mistakes can be flagged.
8744 * if the `new` and the `delete` are in a constructor/destructor pair, mistakes can be flagged.
8746 ### <a name="Res-arr2"></a> ES.62: Don't compare pointers into different arrays
8748 ##### Reason
8750 The result of doing so is undefined.
8752 ##### Example, bad
8754     void f(int n)
8755     {
8756         int a1[7];
8757         int a2[9];
8758         if (&a1[5] < &a2[7]) {}       // bad: undefined
8759         if (0 < &a1[5] - &a2[7]) {}   // bad: undefined
8760     }
8762 ##### Note
8764 This example has many more problems.
8766 ##### Enforcement
8768 ## <a name="SS-numbers"></a> Arithmetic
8770 ### <a name="Res-mix"></a> ES.100: Don't mix signed and unsigned arithmetic
8772 ##### Reason
8774 Avoid wrong results.
8776 ##### Example
8778     unsigned x = 100;
8779     unsigned y = 102;
8780     cout << abs(x-y) << '\n'; // wrong result
8782 ##### Note
8784 Unfortunately, C++ uses signed integers for array subscripts and the standard library uses unsigned integers for container subscripts.
8785 This precludes consistency.
8787 ##### Enforcement
8789 Compilers already know and sometimes warn.
8791 ### <a name="Res-unsigned"></a> ES.101: use unsigned types for bit manipulation
8793 ##### Reason
8795 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
8797 ##### Example
8799     ???
8801 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
8803 ##### Enforcement
8807 ### <a name="Res-signed"></a> ES.102: Used signed types for arithmetic
8809 ##### Reason
8811 Unsigned types support bit manipulation without surprises from sign bits.
8813 ##### Example
8815     ???
8817 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
8819 ##### Enforcement
8823 ### <a name="Res-overflow"></a> ES.103: Don't overflow
8825 ##### Reason
8827 Overflow usually makes your numeric algorithm meaningless.
8828 Incrementing a value beyond a maximum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
8830 ##### Example, bad
8832     int a[10];
8833     a[10] = 7;          // bad
8835     int n = 0;
8836     while (n++ < 10)
8837         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
8839 ##### Example, bad
8841     int n = numeric_limits<int>::max();
8842     int m = n + 1;      // bad
8844 ##### Example, bad
8846     int area(int h, int w) { return h * w; }
8848     auto a = area(10'000'000, 100'000'000);     // bad
8850 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
8852 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
8854 ##### Enforcement
8858 ### <a name="Res-underflow"></a> ES.104: Don't underflow
8860 ##### Reason
8862 Decrementing a value beyond a minimum value can lead to memory corruption and undefined behavior.
8864 ##### Example, bad
8866     int a[10];
8867     a[-2] = 7;          // bad
8869     int n = 101;
8870     while (n--)
8871         a[n - 1] = 9; // bad (twice)
8873 **Exception**: Use unsigned types if you really want modulo arithmetic.
8875 ##### Enforcement
8879 ### <a name="Res-zero"></a> ES.105: Don't divide by zero
8881 ##### Reason
8883 The result is undefined and probably a crash.
8885 ##### Note
8887 this also applies to `%`.
8889 ##### Example
8891     ???
8893 **Alternative**: For critical applications that can afford some overhead, use a range-checked integer and/or floating-point type.
8895 ##### Enforcement
8899 # <a name="S-performance"></a> PER: Performance
8901 ??? should this section be in the main guide???
8903 This section contains rules for people who needs high performance or low-latency.
8904 That is, rules that relates to how to use as little time and as few resources as possible to achieve a task in a predictably short time.
8905 The rules in this section are more restrictive and intrusive than what is needed for many (most) applications.
8906 Do not blindly try to follow them in general code because achieving the goals of low latency requires extra work.
8908 Performance rule summary:
8910 * [PER.1: Don't optimize without reason](#Rper-reason)
8911 * [PER.2: Don't optimize prematurely](#Rper-Knuth)
8912 * [PER.3: Don't optimize something that's not performance critical](#Rper-critical)
8913 * [PER.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code](#Rper-simple)
8914 * [PER.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code](#Rper-low)
8915 * [PER.6: Don't make claims about performance without measurements](#Rper-measure)
8916 * [PER.10: Rely on the static type system](#Rper-type)
8917 * [PER.11: Move computation from run time to compile time](#Rper-Comp)
8918 * [PER.12: Eliminate redundant aliases](#Rper-alias)
8919 * [PER.13: Eliminate redundant indirections](#Rper-indirect)
8920 * [PER.14: Minimize the number of allocations and deallocations](#Rper-alloc)
8921 * [PER.15: Do not allocate on a critical branch](#Rper-alloc0)
8922 * [PER.16: Use compact data structures](#Rper-compact)
8923 * [PER.17: Declare the most used member of a time critical struct first](#Rper-struct)
8924 * [PER.18: Space is time](#Rper-space)
8925 * [PER.19: Access memory predictably](#Rper-access)
8926 * [PER.30: Avoid context switches on the critical path](#Rper-context)
8928 ### <a name="Rper-reason"></a> PER.1: Don't optimize without reason
8930 ##### Reason
8932 If there is no need for optimization, the main result of the effort will be more errors and higher maintenance costs.
8934 ##### Note
8936 Some people optimize out of habit or because it's fun.
8940 ### <a name="Rper-Knuth"></a> PER.2: Don't optimize prematurely
8942 ##### Reason
8944 Elaborately optimized code is usually larger and harder to change than unoptimized code.
8948 ### <a name="Rper-critical"></a> PER.3: Don't optimize something that's not performance critical
8950 ##### Reason
8952 Optimizing a non-performance-critical part of a program has no effect on system performance.
8954 ##### Note
8956 If your program spends most of its time waiting for the web or for a human, optimization of in-memory computation is probably useless.
8959 ### <a name="Rper-simple"></a> PER.4: Don't assume that complicated code is necessarily faster than simple code
8961 ##### Reason
8963 Simple code can be very fast. Optimizers sometimes do marvels with simple code
8965 ##### Note
8971 ### <a name="Rper-low"></a> PER.5: Don't assume that low-level code is necessarily faster than high-level code
8973 ##### Reason
8975 Low-level code sometimes inhibits optimizations. Optimizers sometimes do marvels with high-level code.
8977 ##### Note
8983 ### <a name="Rper-measure"></a> PER.6: Don't make claims about performance without measurements
8985 ##### Reason
8987 The field of performance is littered with myth and bogus folklore.
8988 Modern hardware and optimizers defy naive assumptions; even experts are regularly surprised.
8990 ##### Note
8992 Getting good performance measurements can be hard and require specialized tools.
8994 ##### Note
8996 A few simple microbenchmarks using Unix `time` or the standard library `<chrono>` can help dispel the most obvious myths.
8997 If you can't measure your complete system accurately, at least try to measure a few of your key operations and algorithms.
8998 A profiler can help tell you which parts of your system are performance critical.
8999 Often, you will be surprised.
9003 ### <a name="Rper-type"></a> PER.10: Rely on the static type system
9005 ##### Reason
9007 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.
9011 ### <a name="Rper-Comp"></a> PER.11: Move computation from run time to compile time
9015 ### <a name="Rper-alias"></a> PER.12: Eliminate redundant aliases
9019 ### <a name="Rper-indirect"></a> PER.13: Eliminate redundant indirections
9023 ### <a name="Rper-alloc"></a> PER.14: Minimize the number of allocations and deallocations
9027 ### <a name="Rper-alloc0"></a> PER.15: Do not allocate on a critical branch
9031 ### <a name="Rper-compact"></a> PER.16: Use compact data structures
9033 ##### Reason
9035 Performance is typically dominated by memory access times.
9039 ### <a name="Rper-struct"></a> PER.17: Declare the most used member of a time critical struct first
9043 ### <a name="Rper-space"></a> PER.18: Space is time
9045 ##### Reason
9047 Performance is typically dominated by memory access times.
9051 ### <a name="Rper-access"></a> PER.19: Access memory predictably
9053 ##### Reason
9055 Performance is very sensitive to cache performance and cache algorithms favor simple (usually linear) access to adjacent data.
9057 ##### Example
9059     int matrix[rows][cols];
9061     // bad
9062     for (int c = 0; c < cols; ++c)
9063         for (int r = 0; r < rows; ++r)
9064             sum += matrix[r][c];
9066     // good
9067     for (int r = 0; r < rows; ++r)
9068         for (int c = 0; c < cols; ++c)
9069             sum += matrix[r][c];
9071 ### <a name="Rper-context"></a> PER.30: Avoid context switches on the critical path
9075 # <a name="S-concurrency"></a> CP: Concurrency and Parallelism
9079 Concurrency and parallelism rule summary:
9081 * [CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program](#Rconc-multi)
9082 * [CP.2: Avoid data races](#Rconc-races)
9084 See also:
9086 * [CP.con: Concurrency](#SScp-con)
9087 * [CP.par: Parallelism](#SScp-par)
9088 * [CP.simd: SIMD](#SScp-simd)
9089 * [CP.free: Lock-free programming](#SScp-free)
9091 ### <a name="Rconc-multi"></a> CP.1: Assume that your code will run as part of a multi-threaded program
9093 ##### Reason
9095 It is hard to be certain that concurrency isn't used now or sometime in the future.
9096 Code gets re-used.
9097 Libraries using threads my be used from some other part of the program.
9099 ##### Example
9101     ???
9103 **Exception**: There are examples where code will never be run in a multi-threaded environment.
9104 However, there are also many examples where code that was "known" to never run in a multi-threaded program
9105 was run as part of a multi-threaded program. Often years later.
9106 Typically, such programs lead to a painful effort to remove data races.
9108 ### <a name="Rconc-races"></a> CP.2: Avoid data races
9110 ##### Reason
9112 Unless you do, nothing is guaranteed to work and subtle errors will persist.
9114 ##### Note
9116 If you have any doubts about what this means, go read a book.
9118 ##### Enforcement
9120 Some is possible, do at least something.
9122 ## <a name="SScp-con"></a> CP.con: Concurrency
9126 Concurrency rule summary:
9128 * ???
9129 * ???
9131 ???? should there be a "use X rather than `std::async`" where X is something that would use a better specified thread pool?
9133 Speaking of concurrency, should there be a note about the dangers of `std::atomic` (weapons)?
9134 A lot of people, myself included, like to experiment with `std::memory_order`, but it is perhaps best to keep a close watch on those things in production code.
9135 Even vendors mess this up: Microsoft had to fix their `shared_ptr` (weak refcount decrement wasn't synchronized-with the destructor, if I recall correctly, although it was only a problem on ARM, not Intel)
9136 and everyone (gcc, clang, Microsoft, and Intel) had to fix their `compare_exchange_*` this year, after an implementation bug caused losses to some finance company and they were kind enough to let the community know.
9138 It should definitely be mentioned that `volatile` does not provide atomicity, does not synchronize between threads, and does not prevent instruction reordering (neither compiler nor hardware), and simply has nothing to do with concurrency.
9140     if (source->pool != YARROW_FAST_POOL && source->pool != YARROW_SLOW_POOL) {
9141         THROW(YARROW_BAD_SOURCE);
9142     }
9144 ??? 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?
9146 ???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")
9148 ## <a name="SScp-par"></a> CP.par: Parallelism
9152 Parallelism rule summary:
9154 * ???
9155 * ???
9157 ## <a name="SScp-simd"></a> CP.simd: SIMD
9161 SIMD rule summary:
9163 * ???
9164 * ???
9166 ## <a name="SScp-free"></a> CP.free: Lock-free programming
9170 Lock-free programming rule summary:
9172 * ???
9173 * ???
9175 ### <a name="Rconc"></a> Don't use lock-free programming unless you absolutely have to
9177 ##### Reason
9179 It's error-prone and requires expert level knowledge of language features, machine architecture, and data structures.
9181 **Alternative**: Use lock-free data structures implemented by others as part of some library.
9183 # <a name="S-errors"></a> E: Error handling
9185 Error handling involves:
9187 * Detecting an error
9188 * Transmitting information about an error to some handler code
9189 * Preserve the state of a program in a valid state
9190 * Avoid resource leaks
9192 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.
9194 The rules are designed to help avoid several kinds of errors:
9196 * Type violations (e.g., misuse of `union`s and casts)
9197 * Resource leaks (including memory leaks)
9198 * Bounds errors
9199 * Lifetime errors (e.g., accessing an object after is has been `delete`d)
9200 * Complexity errors (logical errors make likely by overly complex expression of ideas)
9201 * Interface errors (e.g., an unexpected value is passed through an interface)
9203 Error-handling rule summary:
9205 * [E.1: Develop an error-handling strategy early in a design](#Re-design)
9206 * [E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task](#Re-throw)
9207 * [E.3: Use exceptions for error handling only](#Re-errors)
9208 * [E.4: Design your error-handling strategy around invariants](#Re-design-invariants)
9209 * [E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot](#Re-invariant)
9210 * [E.6: Use RAII to prevent leaks](#Re-raii)
9211 * [E.7: State your preconditions](#Re-precondition)
9212 * [E.8: State your postconditions](#Re-postcondition)
9214 * [E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable](#Re-noexcept)
9215 * [E.13: Never throw while being the direct owner of an object](#Re-never-throw)
9216 * [E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)](#Re-exception-types)
9217 * [E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference](#Re-exception-ref)
9218 * [E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail](#Re-never-fail)
9219 * [E.17: Don't try to catch every exception in every function](#Re-not-always)
9220 * [E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`](#Re-catch)
9221 * [E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available](#Re-finally)
9223 * [E.25: ??? What to do in programs where exceptions cannot be thrown](#Re-no-throw)
9224 * ???
9226 ### <a name="Re-design"></a> E.1: Develop an error-handling strategy early in a design
9228 ##### Reason
9230 A consistent and complete strategy for handling errors and resource leaks is hard to retrofit into a system.
9232 ### <a name="Re-throw"></a> E.2: Throw an exception to signal that a function can't perform its assigned task
9234 ##### Reason
9236 To make error handling systematic, robust, and non-repetitive.
9238 ##### Example
9240     struct Foo {
9241         vector<Thing> v;
9242         File_handle f;
9243         string s;
9244     };
9246     void use()
9247     {
9248         Foo bar { {Thing{1}, Thing{2}, Thing{monkey}}, {"my_file", "r"}, "Here we go!"};
9249         // ...
9250     }
9252 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.
9253 In each case, they throw an exception for `use()`'s caller to handle.
9254 If `use()` could handle the failure to construct `bar` it can take control using `try`/`catch`.
9255 In either case, `Foo`'s constructor correctly destroys constructed members before passing control to whatever tried to create a `Foo`.
9256 Note that there is no return value that could contain an error code.
9258 The `File_handle` constructor might defined like this:
9260     File_handle::File_handle(const string& name, const string& mode)
9261         :f{fopen(name.c_str(), mode.c_str())}
9262     {
9263         if (!f)
9264             throw runtime_error{"File_handle: could not open "S-+ name + " as " + mode"}
9265     }
9267 ##### Note
9269 It is often said that exceptions are meant to signal exceptional events and failures.
9270 However, that's a bit circular because "what is exceptional?"
9271 Examples:
9273 * A precondition that cannot be met
9274 * A constructor that cannot construct an object (failure to establish its class's [invariant](#Rc-struct))
9275 * An out-of-range error (e.g., `v[v.size()] =7`)
9276 * Inability to acquire a resource (e.g., the network is down)
9278 In contrast, termination of an ordinary loop is not exceptional.
9279 Unless the loop was meant to be infinite, termination is normal and expected.
9281 ##### Note
9283 Don't use a `throw` as simply an alternative way of returning a value from a function.
9285 **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`.
9287 **See also**: [RAII](#Re-raii)
9289 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept)
9291 ### <a name="Re-errors"></a> E.3: Use exceptions for error handling only
9293 ##### Reason
9295 To keep error handling separated from "ordinary code."
9296 C++ implementations tend to be optimized based on the assumption that exceptions are rare.
9298 ##### Example, don't
9300     int find_index(vector<string>& vec, const string& x)        // don't: exception not used for error handling
9301     {
9302         try {
9303             for (int i =0; i < vec.size(); ++i)
9304                 if (vec[i] == x) throw i;  // found x
9305         } catch (int i) {
9306             return i;
9307         }
9308         return -1;      // not found
9309     }
9311 This is more complicated and most likely runs much slower than the obvious alternative.
9312 There is nothing exceptional about finding a value in a `vector`.
9314 ### <a name="Re-design-invariants"></a> E.4: Design your error-handling strategy around invariants
9316 ##### Reason
9318 To use an objects 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.
9320 ##### Note
9322 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.
9324 ### <a name="Re-invariant"></a> E.5: Let a constructor establish an invariant, and throw if it cannot
9326 ##### Reason
9328 Leaving an object without its invariant established is asking for trouble.
9329 Not all member function can be called.
9331 ##### Example
9333     ???
9335 **See also**: [If a constructor cannot construct a valid object, throw an exception](#Rc-throw)
9337 ##### Enforcement
9341 ### <a name="Re-raii"></a> E.6: Use RAII to prevent leaks
9343 ##### Reason
9345 Leaks are typically unacceptable. RAII ("Resource Acquisition Is Initialization") is the simplest, most systematic way of preventing leaks.
9347 ##### Example
9349     void f1(int i)      // Bad: possibly leak
9350     {
9351         int* p = new int[12];
9352         // ...
9353         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
9354         // ...
9355     }
9357 We could carefully release the resource before the throw:
9359     void f2(int i)      // Clumsy: explicit release
9360     {
9361         int* p = new int[12];
9362         // ...
9363         if (i < 17) {
9364             delete p;
9365             throw Bad {"in f()", i};
9366         }
9367         // ...
9368     }
9370 This is verbose. In larger code with multiple possible `throw`s explicit releases become repetitive and error-prone.
9372     void f3(int i)      // OK: resource management done by a handle
9373     {
9374         auto p = make_unique<int[12]>();
9375         // ...
9376         if (i < 17) throw Bad {"in f()", i};
9377         // ...
9378     }
9380 Note that this works even when the `throw` is implicit because it happened in a called function:
9382     void f4(int i)      // OK: resource management done by a handle
9383     {
9384         auto p = make_unique<int[12]>();
9385         // ...
9386         helper(i);      // may throw
9387         // ...
9388     }
9390 Unless you really need pointer semantics, use a local resource object:
9392     void f5(int i)      // OK: resource management done by local object
9393     {
9394         vector<int> v(12);
9395         // ...
9396         helper(i);      // may throw
9397         // ...
9398     }
9400 ##### Note
9402 If there is no obvious resource handle, cleanup actions can be represented by a [`final_action` object](#Re-finally)
9404 ##### Note
9406 But what do we do if we are writing a program where exceptions cannot be used?
9407 First challenge that assumption; there are many anti-exceptions myths around.
9408 We know of only a few good reasons:
9410 * We are on a system so small that the exception support would eat up most of our 2K or memory.
9411 * We are in a hard-real-time system and we don't have tools that allows us that an exception is handled within the required time.
9412 * We are in a system with tons of legacy code using lots of pointers in difficult-to-understand ways
9413   (in particular without a recognizable ownership strategy) so that exceptions could cause leaks.
9414 * We get fired if we challenge our manager's ancient wisdom.
9416 Only the first of these reasons is fundamental, so whenever possible, use exception to implement RAII.
9417 When exceptions cannot be used, simulate RAII.
9418 That is, systematically check that objects are valid after construction and still release all resources in the destructor.
9419 One strategy is to add a `valid()` operation to every resource handle:
9421     void f()
9422     {
9423         vector<string> vs(100); // not std::vector: valid() added
9424         if (!vs.valid()) {
9425             // handle error or exit
9426         }
9428         Ifstream fs("foo");             // not std::ifstream: valid() added
9429         if (!fs.valid()) {
9430             // handle error or exit
9431         }
9433         // ...
9434     } // destructors clean up as usual
9436 Obviously, this increases the size of the code, doesn't allow for implicit propagation of "exceptions" (`valid()` checks), and `valid()` checks can be forgotten.
9437 Prefer to use exceptions.
9439 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
9441 ##### Enforcement
9445 ### <a name="Re-precondition"></a> E.7: State your preconditions
9447 ##### Reason
9449 To avoid interface errors.
9451 **See also**: [precondition rule](#Ri-pre).
9453 ### <a name="Re-postcondition"></a> E.8: State your postconditions
9455 ##### Reason
9457 To avoid interface errors.
9459 **See also**: [postcondition rule](#Ri-post).
9461 ### <a name="Re-noexcept"></a> E.12: Use `noexcept` when exiting a function because of a `throw` is impossible or unacceptable
9463 ##### Reason
9465 To make error handling systematic, robust, and efficient.
9467 ##### Example
9469     double compute(double d) noexcept
9470     {
9471         return log(sqrt(d <= 0 ? 1 : d));
9472     }
9474 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`.
9476 ##### Note
9478 Many standard library functions are `noexcept` including all the standard library functions "inherited" from the C standard library.
9480 ##### Example
9482     vector<double> munge(const vector<double>& v) noexcept
9483     {
9484         vector<double> v2(v.size());
9485         // ... do something ...
9486     }
9488 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 line with hardware failures) so that I'm willing to crash the program if it happens.
9490 **See also**: [discussion](#Sd-noexcept).
9492 ### <a name="Re-never-throw"></a> E.13: Never throw while being the direct owner of an object
9494 ##### Reason
9496 That would be a leak.
9498 ##### Example
9500     void leak(int x)    // don't: may leak
9501     {
9502         auto p = new int{7};
9503         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{}  // may leak *p
9504         // ...
9505         delete p;       // we may never get here
9506     }
9508 One way of avoiding such problems is to use resource handles consistently:
9510     void no_leak(int x)
9511     {
9512         auto p = make_unique<int>(7);
9513         if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // will delete *p if necessary
9514         // ...
9515         // no need for delete p
9516     }
9518 **See also**: ???resource rule ???
9520 ### <a name="Re-exception-types"></a> E.14: Use purpose-designed user-defined types as exceptions (not built-in types)
9522 ##### Reason
9524 A user-defined type is unlikely to clash with other people's exceptions.
9526 ##### Example
9528     void my_code()
9529     {
9530         // ...
9531         throw Moonphase_error{};
9532         // ...
9533     }
9535     void your_code()
9536     {
9537         try {
9538             // ...
9539             my_code();
9540             // ...
9541         }
9542         catch(Bufferpool_exhausted) {
9543             // ...
9544         }
9545     }
9547 ##### Example, don't
9549     void my_code()      // Don't
9550     {
9551         // ...
9552         throw 7;        // 7 means "moon in the 4th quarter"
9553         // ...
9554     }
9556     void your_code()    // Don't
9557     {
9558         try {
9559             // ...
9560             my_code();
9561             // ...
9562         }
9563         catch(int i) {  // i == 7 means "input buffer too small"
9564             // ...
9565         }
9566     }
9568 ##### Note
9570 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.
9572 ##### Example, don't
9574     void my_code()      // Don't
9575     {
9576         // ...
9577         throw runtime_error{"moon in the 4th quarter"};
9578         // ...
9579     }
9581     void your_code()    // Don't
9582     {
9583         try {
9584             // ...
9585             my_code();
9586             // ...
9587         }
9588         catch(runtime_error) {  // runtime_error means "input buffer too small"
9589             // ...
9590         }
9591     }
9593 **See also**: [Discussion](#Sd-???)
9595 ##### Enforcement
9597 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.
9599 ### <a name="Re-exception-ref"></a> E.15: Catch exceptions from a hierarchy by reference
9601 ##### Reason
9603 To prevent slicing.
9605 ##### Example
9607     void f()
9608     try {
9609         // ...
9610     }
9611     catch (exception e) {       // don't: may slice
9612         // ...
9613     }
9615 Instead, use:
9617     catch (exception& e) { /* ... */ }
9619 ##### Enforcement
9621 Flag by-value exceptions if their type are part of a hierarchy (could require whole-program analysis to be perfect).
9623 ### <a name="Re-never-fail"></a> E.16: Destructors, deallocation, and `swap` must never fail
9625 ##### Reason
9627 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.
9629 ##### Example, don't
9631     class Connection {
9632         // ...
9633     public:
9634         ~Connection()   // Don't: very bad destructor
9635         {
9636             if (cannot_disconnect()) throw I_give_up{information};
9637             // ...
9638         }
9639     };
9641 ##### Note
9643 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.
9645 ##### Note
9647 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.
9649 ##### Note
9651 Deallocation functions, including `operator delete`, must be `noexcept`. `swap` functions must be `noexcept`. Most destructors are implicitly `noexcept` by default. destructors, make them `noexcept`.
9653 ##### Enforcement
9655 Catch destructors, deallocation operations, and `swap`s that `throw`. Catch such operations that are not `noexcept`.
9657 **See also**: [discussion](#Sd-never-fail)
9659 ### <a name="Re-not-always"></a> E.17: Don't try to catch every exception in every function
9661 ##### Reason
9663 Catching an exception in a function that cannot take a meaningful recovery action leads to complexity and waste.
9664 Let an exception propagate until it reaches a function that can handle it.
9665 Let cleanup actions on the unwinding path be handled by [RAII](#Re-raii).
9667 ##### Example, don't
9669     void f()    // bad
9670     {
9671         try {
9672             // ...
9673         }
9674         catch (...) {
9675             throw;      // propagate exception
9676         }
9677     }
9679 ##### Enforcement
9681 * Flag nested try-blocks.
9682 * Flag source code files with a too high ratio of try-blocks to functions. (??? Problem: define "too high")
9684 ### <a name="Re-catch"></a> E.18: Minimize the use of explicit `try`/`catch`
9686 ##### Reason
9688  `try`/`catch` is verbose and non-trivial uses error-prone.
9690 ##### Example
9692     ???
9694 ##### Enforcement
9698 ### <a name="Re-finally"></a> E.19: Use a `final_action` object to express cleanup if no suitable resource handle is available
9700 ##### Reason
9702  `finally` is less verbose and harder to get wrong than `try`/`catch`.
9704 ##### Example
9706     void f(int n)
9707     {
9708         void* p = malloc(1, n);
9709         auto _ = finally([p] { free(p); });
9710         // ...
9711     }
9713 **See also** ????
9715 ### <a name="Re-no-throw"></a> E.25: ??? What to do in programs where exceptions cannot be thrown
9717 ##### Note
9719 ??? mostly, you can afford exceptions and code gets simpler with exceptions ???
9720 **See also**: [Discussion](#Sd-???).
9722 # <a name="S-const"></a> Con: Constants and Immutability
9724 You can't have a race condition on a constant.
9725 it is easier to reason about a program when many of the objects cannot change their values.
9726 Interfaces that promises "no change" of objects passed as arguments greatly increase readability.
9728 Constant rule summary:
9730 * [Con.1: By default, make objects immutable](#Rconst-immutable)
9731 * [Con.2: By default, make member functions `const`](#Rconst-fct)
9732 * [Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s](#Rconst-ref)
9733 * [Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction](#Rconst-const)
9734 * [Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time](#Rconst-constexpr)
9736 ### <a name="Rconst-immutable"></a> Con.1: By default, make objects immutable
9738 ##### Reason
9740 Immutable objects are easier to reason about, so make object non-`const` only when there is a need to change their value.
9742 ##### Example
9744     for (
9745     container
9746     ???
9748 ##### Enforcement
9752 ### <a name="Rconst-fct"></a> Con.2: By default, make member functions `const`
9754 ##### Reason
9756  ???
9758 ##### Example
9760     ???
9762 ##### Enforcement
9766 ### <a name="Rconst-ref"></a> Con.3: By default, pass pointers and references to `const`s
9768 ##### Reason
9770  ???
9772 ##### Example
9774     ???
9776 ##### Enforcement
9780 ### <a name="Rconst-const"></a> Con.4: Use `const` to define objects with values that do not change after construction
9782 ##### Reason
9784  ???
9786 ##### Example
9788     ???
9790 ##### Enforcement
9794 ### <a name="Rconst-constexpr"></a> Con.5: Use `constexpr` for values that can be computed at compile time
9796 ##### Reason
9798  ???
9800 ##### Example
9802     ???
9804 ##### Enforcement
9808 # <a name="S-templates"></a> T: Templates and generic programming
9810 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
9811 In C++, generic programming is supported by the `template` language mechanisms.
9813 Arguments to generic functions are characterized by sets of requirements on the argument types and values involved.
9814 In C++, these requirements are expressed by compile-time predicates called concepts.
9816 Templates can also be used for meta-programming; that is, programs that compose code at compile time.
9818 Template use rule summary:
9820 * [T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code](#Rt-raise)
9821 * [T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types](#Rt-algo)
9822 * [T.3: Use templates to express containers and ranges](#Rt-cont)
9823 * [T.4: Use templates to express syntax tree manipulation](#Rt-expr)
9824 * [T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs](#Rt-generic-oo)
9826 Concept use rule summary:
9828 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
9829 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std)
9830 * [T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables](#Rt-auto)
9831 * [T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
9832 * ???
9834 Concept definition rule summary:
9836 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
9837 * [T.21: Define concepts to define complete sets of operations](#Rt-complete)
9838 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
9839 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
9840 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
9841 * [T.25: Avoid negating constraints](#Rt-not)
9842 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
9843 * ???
9845 Template interface rule summary:
9847 * [T.40: Use function objects to pass operations to algorithms](#Rt-fo)
9848 * [T.41: Require complete sets of operations for a concept](#Rt-operations)
9849 * [T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details](#Rt-alias)
9850 * [T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases](#Rt-using)
9851 * [T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)](#Rt-deduce)
9852 * [T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`](#Rt-regular)
9853 * [T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names](#Rt-visible)
9854 * [T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`](#Rt-concept-def)
9855 * [T.49: Where possible, avoid type-erasure](#Rt-erasure)
9856 * [T.50: Avoid writing an unconstrained template in the same namespace as a type](#Rt-unconstrained-adl)
9858 Template definition rule summary:
9860 * [T.60: Minimize a template's context dependencies](#Rt-depend)
9861 * [T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)](#Rt-scary)
9862 * [T.62: Place non-dependent template members in a non-templated base class](#Rt-nondependent)
9863 * [T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates](#Rt-specialization)
9864 * [T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of functions](#Rt-tag-dispatch)
9865 * [T.66: Use selection using `enable_if` to optionally define a function](#Rt-enable_if)
9866 * [T.67: Use specialization to provide alternative implementations for irregular types](#Rt-specialization2)
9867 * [T.68: Use `{}` rather than `()` within templates to avoid ambiguities](#Rt-cast)
9868 * [T.69: Inside a template, don't make an unqualified nonmember function call unless you intend it to be a customization point](#Rt-customization)
9870 Template and hierarchy rule summary:
9872 * [T.80: Do not naively templatize a class hierarchy](#Rt-hier)
9873 * [T.81: Do not mix hierarchies and arrays](#Rt-array) // ??? somewhere in "hierarchies"
9874 * [T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable](#Rt-linear)
9875 * [T.83: Do not declare a member function template virtual](#Rt-virtual)
9876 * [T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface](#Rt-abi)
9877 * [T.??: ????](#Rt-???)
9879 Variadic template rule summary:
9881 * [T.100: Use variadic templates when you need a function that takes a variable number of arguments of a variety of types](#Rt-variadic)
9882 * [T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-pass)
9883 * [T.102: ??? How to process arguments to a variadic template ???](#Rt-variadic-process)
9884 * [T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists](#Rt-variadic-not)
9885 * [T.??: ????](#Rt-???)
9887 Metaprogramming rule summary:
9889 * [T.120: Use template metaprogramming only when you really need to](#Rt-metameta)
9890 * [T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts](#Rt-emulate)
9891 * [T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time](#Rt-tmp)
9892 * [T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time](#Rt-fct)
9893 * [T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities](#Rt-std)
9894 * [T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library](#Rt-lib)
9895 * [T.??: ????](#Rt-???)
9897 Other template rules summary:
9899 * [T.140: Name all nontrivial operations](#Rt-name)
9900 * [T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only](#Rt-lambda)
9901 * [T.142: Use template variables to simplify notation](#Rt-var)
9902 * [T.143: Don't write unintentionally nongeneric code](#Rt-nongeneric)
9903 * [T.144: Don't specialize function templates](#Rt-specialize-function)
9904 * [T.??: ????](#Rt-???)
9906 ## <a name="SS-GP"></a> T.gp: Generic programming
9908 Generic programming is programming using types and algorithms parameterized by types, values, and algorithms.
9910 ### <a name="Rt-raise"></a> T.1: Use templates to raise the level of abstraction of code
9912 ##### Reason
9914 Generality. Re-use. Efficiency. Encourages consistent definition of user types.
9916 ##### Example, bad
9918 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":
9920     template<typename T, typename A>
9921         // requires Incrementable<T>
9922     A sum1(vector<T>& v, A s)
9923     {
9924         for (auto x : v) s+=x;
9925         return s;
9926     }
9928     template<typename T, typename A>
9929         // requires Simple_number<T>
9930     A sum2(vector<T>& v, A s)
9931     {
9932         for (auto x : v) s = s + x;
9933         return s;
9934     }
9936 Assuming that `Incrementable` does not support `+` and `Simple_number` does not support `+=`, we have overconstrained implementers of `sum1` and `sum2`.
9937 And, in this case, missed an opportunity for a generalization.
9939 ##### Example
9941     template<typename T, typename A>
9942         // requires Arithmetic<T>
9943     A sum(vector<T>& v, A s)
9944     {
9945         for (auto x : v) s+=x;
9946         return s;
9947     }
9949 Assuming that `Arithmetic` requires both `+` and `+=`, we have constrained the user of `sum` to provide a complete arithmetic type.
9950 That is not a minimal requirement, but it gives the implementer of algorithms much needed freedom and ensures that any `Arithmetic` type
9951 can be user for a wide variety of algorithms.
9953 For additional generality and reusability, we could also use a more general `Container` or `Range` concept instead of committing to only one container, `vector`.
9955 ##### Note
9957 If we define a template to require exactly the operations required for a single implementation of a single algorithm
9958 (e.g., requiring just `+=` rather than also `=` and `+`) and only those, we have overconstrained maintainers.
9959 We aim to minimize requirements on template arguments, but the absolutely minimal requirements of an implementation is rarely a meaningful concept.
9961 ##### Note
9963 Templates can be used to express essentially everything (they are Turing complete), but the aim of generic programming (as expressed using templates)
9964 is to efficiently generalize operations/algorithms over a set of types with similar semantic properties.
9966 ##### Enforcement
9968 * Flag algorithms with "overly simple" requirements, such as direct use of specific operators without a concept.
9969 * Do not flag the definition of the "overly simple" concepts themselves; they may simply be building blocks for more useful concepts.
9971 ### <a name="Rt-algo"></a> T.2: Use templates to express algorithms that apply to many argument types
9973 ##### Reason
9975 Generality. Minimizing the amount of source code. Interoperability. Re-use.
9977 ##### Example
9979 That's the foundation of the STL. A single `find` algorithm easily works with any kind of input range:
9981     template<typename Iter, typename Val>
9982         // requires Input_iterator<Iter>
9983         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
9984     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
9985     {
9986         // ...
9987     }
9989 ##### Note
9991 Don't use a template unless you have a realistic need for more than one template argument type.
9992 Don't overabstract.
9994 ##### Enforcement
9996 ??? tough, probably needs a human
9998 ### <a name="Rt-cont"></a> T.3: Use templates to express containers and ranges
10000 ##### Reason
10002 Containers need an element type, and expressing that as a template argument is general, reusable, and type safe.
10003 It also avoids brittle or inefficient workarounds. Convention: That's the way the STL does it.
10005 ##### Example
10007     template<typename T>
10008         // requires Regular<T>
10009     class Vector {
10010         // ...
10011         T* elem;        // points to sz Ts
10012         int sz;
10013     };
10015     vector<double> v(10);
10016     v[7] = 9.9;
10018 ##### Example, bad
10020     class Container {
10021         // ...
10022         void* elem;     // points to size elements of some type
10023         int sz;
10024     };
10026     Container c(10, sizeof(double));
10027     ((double*)c.elem)[] = 9.9;
10029 This doesn't directly express the intent of the programmer and hides the structure of the program from the type system and optimizer.
10031 Hiding the `void*` behind macros simply obscures the problems and introduces new opportunities for confusion.
10033 **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.
10034 See [Stable base](#Rt-abi).
10036 ##### Enforcement
10038 * Flag uses of `void*`s and casts outside low-level implementation code
10040 ### <a name="Rt-expr"></a> T.4: Use templates to express syntax tree manipulation
10042 ##### Reason
10044  ???
10046 ##### Example
10048     ???
10050 **Exceptions**: ???
10052 ### <a name="Rt-generic-oo"></a> T.5: Combine generic and OO techniques to amplify their strengths, not their costs
10054 ##### Reason
10056 Generic and OO techniques are complementary.
10058 ##### Example
10060 Static helps dynamic: Use static polymorphism to implement dynamically polymorphic interfaces.
10062     class Command {
10063         // pure virtual functions
10064     };
10066     // implementations
10067     template</*...*/>
10068     class ConcreteCommand : public Command {
10069         // implement virtuals
10070     };
10072 ##### Example
10074 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).)
10076 ##### Note
10078 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.
10080 ##### Enforcement
10082 * Flag a class template that declares new (non-inherited) virtual functions.
10084 ## <a name="SS-concepts"></a> TPG.concepts: Concept rules
10086 Concepts is a facility for specifying requirements for template arguments.
10087 It is an [ISO technical specification](#Ref-conceptsTS), but not yet supported by currently shipping compilers.
10088 Concepts are, however, crucial in the thinking about generic programming and the basis of much work on future C++ libraries
10089 (standard and other).
10091 Concept use rule summary:
10093 * [T.10: Specify concepts for all template arguments](#Rt-concepts)
10094 * [T.11: Whenever possible use standard concepts](#Rt-std)
10095 * [T.14: Prefer concept names over `auto`](#Rt-auto)
10096 * [T.15: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts](#Rt-shorthand)
10097 * ???
10099 Concept definition rule summary:
10101 * [T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics](#Rt-low)
10102 * [T.21: Define concepts to define complete sets of operations](#Rt-complete)
10103 * [T.22: Specify axioms for concepts](#Rt-axiom)
10104 * [T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns](#Rt-refine)
10105 * [T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics](#Rt-tag)
10106 * [T.25: Avoid negating constraints](#Rt-not)
10107 * [T.26: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax](#Rt-use)
10108 * ???
10110 ## <a name="SS-concept-use"></a> T.con-use: Concept use
10112 ### <a name="Rt-concepts"></a> T.10: Specify concepts for all template arguments
10114 ##### Reason
10116 Correctness and readability.
10117 The assumed meaning (syntax and semantics) of a template argument is fundamental to the interface of a template.
10118 A concept dramatically improves documentation and error handling for the template.
10119 Specifying concepts for template arguments is a powerful design tool.
10121 ##### Example
10123     template<typename Iter, typename Val>
10124         requires Input_iterator<Iter>
10125                  && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
10126     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
10127     {
10128         // ...
10129     }
10131 or equivalently and more succinctly:
10133     template<Input_iterator Iter, typename Val>
10134         requires Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
10135     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
10136     {
10137         // ...
10138     }
10140 ##### Note
10142 Until your compilers support the concepts language feature, leave the concepts in comments:
10144     template<typename Iter, typename Val>
10145         // requires Input_iterator<Iter>
10146         //       && Equality_comparable<Value_type<Iter>, Val>
10147     Iter find(Iter b, Iter e, Val v)
10148     {
10149         // ...
10150     }
10152 ##### Note
10154 Plain `typename` (or `auto`) is the least constraining concept.
10155 It should be used only rarely when nothing more than "it's a type" can be assumed.
10156 This is typically only needed when (as part of template metaprogramming code) we manipulate pure expression trees, postponing type checking.
10158 **References**: TC++PL4, Palo Alto TR, Sutton
10160 ##### Enforcement
10162 Flag template type arguments without concepts
10164 ### <a name="Rt-std"></a> T.11: Whenever possible use standard concepts
10166 ##### Reason
10168  "Standard" concepts (as provided by the GSL, the ISO concepts TS, and hopefully soon the ISO standard itself)
10169 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.
10171 ##### Note
10173 Unless you are creating a new generic library, most of the concepts you need will already be defined by the standard library.
10175 ##### Example
10177     concept<typename T>
10178     // don't define this: Sortable is in the GSL
10179     Ordered_container = Sequence<T> && Random_access<Iterator<T>> && Ordered<Value_type<T>>;
10181     void sort(Ordered_container& s);
10183 This `Ordered_container` is quite plausible, but it is very similar to the `Sortable` concept in the GSL (and the Range TS).
10184 Is it better? Is it right? Does it accurately reflect the standard's requirements for `sort`?
10185 It is better and simpler just to use `Sortable`:
10187     void sort(Sortable& s);             // better
10189 ##### Note
10191 The set of "standard" concepts is evolving as we approaches real (ISO) standardization.
10193 ##### Note
10195 Designing a useful concept is challenging.
10197 ##### Enforcement
10199 Hard.
10201 * Look for unconstrained arguments, templates that use "unusual"/non-standard concepts, templates that use "homebrew" concepts without axioms.
10202 * Develop a concept-discovery tool (e.g., see [an early experiment](http://www.stroustrup.com/sle2010_webversion.pdf).
10204 ### <a name="Rt-auto"></a> T.12: Prefer concept names over `auto` for local variables
10206 ##### Reason
10208  `auto` is the weakest concept. Concept names convey more meaning than just `auto`.
10210 ##### Example
10212     vector<string> v;
10213     auto& x = v.front();        // bad
10214     String& s = v.begin();      // good
10216 ##### Enforcement
10218 * ???
10220 ### <a name="Rt-shorthand"></a> T.13: Prefer the shorthand notation for simple, single-type argument concepts
10222 ##### Reason
10224 Readability. Direct expression of an idea.
10226 ##### Example
10228 To say "`T` is `Sortable`":
10230     template<typename T>                // Correct but verbose: "The parameter is
10231         requires Sortable<T>    // of type T which is the name of a type
10232     void sort(T&);                              // that is Sortable"
10234     template<Sortable T>                // Better: "The parameter is of type T
10235     void sort(T&);                              // which is Sortable"
10237     void sort(Sortable&);               // Best: "The parameter is Sortable"
10239 The shorter versions better match the way we speak. Note that many templates don't need to use the `template` keyword.
10241 ##### Enforcement
10243 * Not feasible in the short term when people convert from the `<typename T>` and `<class T`> notation.
10244 * Later, flag declarations that first introduces a typename and then constrains it with a simple, single-type-argument concept.
10246 ## <a name="SS=concept-def"></a> T.con-def: Concept definition rules
10250 ### <a name="Rt-low"></a> T.20: Avoid "concepts" without meaningful semantics
10252 ##### Reason
10254 Concepts are meant to express semantic notions, such as "a number", "a range" of elements, and "totally ordered."
10255 Simple constraints, such as "has a `+` operator" and "has a `>` operator" cannot be meaningfully specified in isolation
10256 and should be used only as building blocks for meaningful concepts, rather than in user code.
10258 ##### Example, bad
10260     template<typename T>
10261     concept Addable = has_plus<T>;    // bad; insufficient
10263     template<Addable N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
10264     {
10265         // ...
10266         return a + b;
10267     }
10269     int x = 7;
10270     int y = 9;
10271     auto z = plus(x, y);        // z = 16
10273     string xx = "7";
10274     string yy = "9";
10275     auto zz = plus(xx, yy);     // zz = "79"
10277 Maybe the concatenation was expected. More likely, it was an accident. Defining minus equivalently would give dramatically different sets of accepted types.
10278 This `Addable` violates the mathematical rule that addition is supposed to be commutative: `a + b == b + a`.
10280 ##### Note
10282 The ability to specify a meaningful semantics is a defining characteristic of a true concept, as opposed to a syntactic constraint.
10284 ##### Example (using TS concepts)
10286     template<typename T>
10287     // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
10288     concept Number = has_plus<T>
10289                      && has_minus<T>
10290                      && has_multiply<T>
10291                      && has_divide<T>;
10293     template<Number N> auto algo(const N& a, const N& b) // use two numbers
10294     {
10295         // ...
10296         return a + b;
10297     }
10299     int x = 7;
10300     int y = 9;
10301     auto z = plus(x, y);        // z = 18
10303     string xx = "7";
10304     string yy = "9";
10305     auto zz = plus(xx, yy);     // error: string is not a Number
10307 ##### Note
10309 Concepts with multiple operations have far lower chance of accidentally matching a type than a single-operation concept.
10311 ##### Enforcement
10313 * Flag single-operation `concepts` when used outside the definition of other `concepts`.
10314 * Flag uses of `enable_if` that appears to simulate single-operation `concepts`.
10316 ### <a name="Rt-complete"></a> T.21: Define concepts to define complete sets of operations
10318 ##### Reason
10320 Improves interoperability. Helps implementers and maintainers.
10322 ##### Example, bad
10324     template<typename T> Subtractable = requires(T a, T, b) { a-b; }    // correct syntax?
10326 This makes no semantic sense. You need at least `+` to make `-` meaningful and useful.
10328 Examples of complete sets are
10330 * `Arithmetic`: `+`, `-`, `*`, `/`, `+=`, `-=`, `*=`, `/=`
10331 * `Comparable`: `<`, `>`, `<=`, `>=`, `==`, `!=`
10333 ##### Enforcement
10337 ### <a name="Rt-axiom"></a> T.22: Specify axioms for concepts
10339 ##### Reason
10341 A meaningful/useful concept has a semantic meaning.
10342 Expressing this semantics in a informal, semi-formal, or informal way makes the concept comprehensible to readers and the effort to express it can catch conceptual errors.
10343 Specifying semantics is a powerful design tool.
10345 ##### Example
10347     template<typename T>
10348         // The operators +, -, *, and / for a number are assumed to follow the usual mathematical rules
10349         // axiom(T a, T b) { a + b == b + a; a - a == 0; a * (b + c) == a * b + a * c; /*...*/ }
10350         concept Number = requires(T a, T b) {
10351             {a + b} -> T;   // the result of a + b is convertible to T
10352             {a - b} -> T;
10353             {a * b} -> T;
10354             {a / b} -> T;
10355         }
10357 ##### Note
10359 This is an axiom in the mathematical sense: something that may be assumed without proof.
10360 In general, axioms are not provable, and when they are the proof is often beyond the capability of a compiler.
10361 An axiom may not be general, but the template writer may assume that it holds for all inputs actually used (similar to a precondition).
10363 ##### Note
10365 In this context axioms are Boolean expressions.
10366 See the [Palo Alto TR](#S-references) for examples.
10367 Currently, C++ does not support axioms (even the ISO Concepts TS), so we have to make do with comments for a longish while.
10368 Once language support is available, the `//` in front of the axiom can be removed
10370 ##### Note
10372 The GSL concepts have well defined semantics; see the Palo Alto TR and the Ranges TS.
10374 ##### Exception
10376 Early versions of a new "concept" still under development will often just define simple sets of constraints without a well-specified semantics.
10377 Finding good semantics can take effort and time.
10378 An incomplete set of constraints can still be very useful:
10380     ??? binary tree: rotate(), ...
10382 A "concept" that is incomplete or without a well-specified semantics can still be useful.
10383 However, it should not be assumed to be stable. Each new use case may require such an incomplete concepts to be improved.
10385 ##### Enforcement
10387 * Look for the word "axiom" in concept definition comments
10389 ### <a name="Rt-refine"></a> T.23: Differentiate a refined concept from its more general case by adding new use patterns.
10391 ##### Reason
10393 Otherwise they cannot be distinguished automatically by the compiler.
10395 ##### Example
10397     template<typename I>
10398     concept bool Input_iterator = requires (I iter) { ++iter; };
10400     template<typename I>
10401     concept bool Fwd_iter = Input_iter<I> && requires (I iter) { iter++; }
10403 The compiler can determine refinement based on the sets of required operations.
10404 If two concepts have exactly the same requirements, they are logically equivalent (there is no refinement).
10406 This also decreases the burden on implementers of these types since
10407 they do not need any special declarations to "hook into the concept".
10409 ##### Enforcement
10411 * 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).
10413 ### <a name="Rt-tag"></a> T.24: Use tag classes or traits to differentiate concepts that differ only in semantics.
10415 ##### Reason
10417 Two concepts requiring the same syntax but having different semantics leads to ambiguity unless the programmer differentiates them.
10419 ##### Example
10421     template<typename I>    // iterator providing random access
10422     concept bool RA_iter = ...;
10424     template<typename I>    // iterator providing random access to contiguous data
10425     concept bool Contiguous_iter =
10426         RA_iter<I> && is_contiguous<I>::value;  // ??? why not is_contiguous<I>() or is_contiguous_v<I>?
10428 The programmer (in a library) must define `is_contiguous` (a trait) appropriately.
10430 ##### Note
10432 Traits can be trait classes or type traits.
10433 These can be user-defined or standard-library ones.
10434 Prefer the standard-library ones.
10436 ##### Enforcement
10438 * The compiler flags ambiguous use of identical concepts.
10439 * Flag the definition of identical concepts.
10441 ### <a name="Rt-not"></a> T.25: Avoid negating constraints.
10443 ##### Reason
10445 Clarity. Maintainability.
10446 Functions with complementary requirements expressed using negation are brittle.
10448 ##### Example
10450 Initially, people will try to define functions with complementary requirements:
10452     template<typename T>
10453         requires !C<T>    // bad
10454     void f();
10456     template<typename T>
10457         requires C<T>
10458     void f();
10460 This is better:
10462     template<typename T>        // general template
10463         void f();
10465     template<typename T>        // specialization by concept
10466         requires C<T>
10467     void f();
10469 The compiler will choose the unconstrained template only when `C<T>` is
10470 unsatisfied. If you do not want to (or cannot) define an unconstrained
10471 version of `f()`, then delete it.
10473     template<typename T>
10474     void f() = delete;
10476 The compiler will select the overload and emit an appropriate error.
10478 ##### Enforcement
10480 * Flag pairs of functions with `C<T>` and `!C<T>` constraints
10481 * Flag all constraint negation
10483 ### <a name="Rt-use"></a> T.27: Prefer to define concepts in terms of use-patterns rather than simple syntax
10485 ##### Reason
10487 The definition is more readable and corresponds directly to what a user has to write.
10488 Conversions are taken into account. You don't have to remember the names of all the type traits.
10490 ##### Example
10492     ???
10494 ##### Enforcement
10498 ## <a name="SS-temp-interface"></a> Template interfaces
10502 ### <a name="Rt-fo"></a> T.40: Use function objects to pass operations to algorithms
10504 ##### Reason
10506 Function objects can carry more information through an interface than a "plain" pointer to function.
10507 In general, passing function objects give better performance than passing pointers to functions.
10509 ##### Example
10511     bool greater(double x, double y) { return x>y; }
10512     sort(v, greater);                                                           // pointer to function: potentially slow
10513     sort(v, [](double x, double y) { return x>y; });    // function object
10514     sort(v, greater<>);                                                         // function object
10516     bool greater_than_7(double x) { return x>7; }
10517     auto x = find_if(v, greater_than_7);                                // pointer to function: inflexible
10518     auto y = find_if(v, [](double x) { return x>7; });  // function object: carries the needed data
10519     auto y = find_if(v, Greater_than<double>(7));               // function object: carries the needed data
10521     ??? these lambdas are crying out for auto parameters -- any objection to making the change?
10523 ##### Note
10525 Lambdas generate function objects.
10527 ##### Note
10529 The performance argument depends on compiler and optimizer technology.
10531 ##### Enforcement
10533 * Flag pointer to function template arguments.
10534 * Flag pointers to functions passed as arguments to a template (risk of false positives).
10536 ### <a name="Rt-operations"></a> T.41: Require complete sets of operations for a concept
10538 ##### Reason
10540 Ease of comprehension.
10541 Improved interoperability.
10542 Flexibility for template implementers.
10544 ##### Note
10546 The issue here is whether to require the minimal set of operations for a template argument
10547 (e.g., `==` but not `!=` or `+` but not `+=`).
10548 The rule supports the view that a concept should reflect a (mathematically) coherent set of operations.
10550 ##### Example
10552     ???
10554 ##### Enforcement
10558 ### <a name="Rt-alias"></a> T.42: Use template aliases to simplify notation and hide implementation details
10560 ##### Reason
10562 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.
10564 ##### Example
10566     template<typename T, size_t N>
10567     class matrix {
10568         // ...
10569         using Iterator = typename std::vector<T>::iterator;
10570         // ...
10571     };
10573 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>::`.
10575 ##### Example
10577     template<typename T>
10578     using Value_type<T> = container_traits<T>::value_type;
10580 This saves the user of `Value_type` from having to know the technique used to implement `value_type`s.
10582 ##### Enforcement
10584 * Flag use of `typename` as a disambiguator outside `using` declarations.
10585 * ???
10587 ### <a name="Rt-using"></a> T.43: Prefer `using` over `typedef` for defining aliases
10589 ##### Reason
10591 Improved readability: With `using`, the new name comes first rather than being embedded somewhere in a declaration.
10592 Generality: `using` can be used for template aliases, whereas `typedef`s can't easily be templates.
10593 Uniformity: `using` is syntactically similar to `auto`.
10595 ##### Example
10597     typedef int (*PFI)(int);    // OK, but convoluted
10599     using PFI2 = int (*)(int);  // OK, preferred
10601     template<typename T>
10602     typedef int (*PFT)(T);              // error
10604     template<typename T>
10605     using PFT2 = int (*)(T);    // OK
10607 ##### Enforcement
10609 * Flag uses of `typedef`. This will give a lot of "hits" :-(
10611 ### <a name="Rt-deduce"></a> T.44: Use function templates to deduce class template argument types (where feasible)
10613 ##### Reason
10615 Writing the template argument types explicitly can be tedious and unnecessarily verbose.
10617 ##### Example
10619     tuple<int, string, double> t1 = {1, "Hamlet", 3.14};        // explicit type
10620     auto t2 = make_tuple(1, "Ophelia"s, 3.14);                  // better; deduced type
10622 Note the use of the `s` suffix to ensure that the string is a `std::string`, rather than a C-style string.
10624 ##### Note
10626 Since you can trivially write a `make_T` function, so could the compiler. Thus, `make_T` functions may become redundant in the future.
10628 ##### Exception
10630 Sometimes there isn't a good way of getting the template arguments deduced and sometimes, you want to specify the arguments explicitly:
10632     vector<double> v = { 1, 2, 3, 7.9, 15.99 };
10633     list<Record*> lst;
10635 ##### Enforcement
10637 Flag uses where an explicitly specialized type exactly matches the types of the arguments used.
10639 ### <a name="Rt-regular"></a> T.46: Require template arguments to be at least `Regular` or `SemiRegular`
10641 ##### Reason
10643  ???
10645 ##### Example
10647     ???
10649 ##### Enforcement
10653 ### <a name="Rt-visible"></a> T.47: Avoid highly visible unconstrained templates with common names
10655 ##### Reason
10657  ???
10659 ##### Example
10661     ???
10663 ##### Enforcement
10667 ### <a name="Rt-concept-def"></a> T.48: If your compiler does not support concepts, fake them with `enable_if`
10669 ##### Reason
10671  ???
10673 ##### Example
10675     ???
10677 ##### Enforcement
10681 ### <a name="Rt-erasure"></a> T.49: Where possible, avoid type-erasure
10683 ##### Reason
10685 Type erasure incurs an extra level of indirection by hiding type information behind a separate compilation boundary.
10687 ##### Example
10689     ???
10691 **Exceptions**: Type erasure is sometimes appropriate, such as for `std::function`.
10693 ##### Enforcement
10697 ### <a name="Rt-unconstrained-adl"></a> T.50: Avoid writing an unconstrained template in the same namespace as a type
10699 ##### Reason
10701 ADL will find the template even when you think it shouldn't.
10703 ##### Example
10705     ???
10707 ##### Note
10709 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.
10711 ##### Enforcement
10713 ??? 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`
10715 ## <a name="SS=temp-def"></a> TCP.def: Template definitions
10719 ### <a name="Rt-depend"></a> T.60: Minimize a template's context dependencies
10721 ##### Reason
10723 Eases understanding. Minimizes errors from unexpected dependencies. Eases tool creation.
10725 ##### Example
10727     ???
10729 ##### Note
10731 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.
10733 ##### Enforcement
10735 ??? Tricky
10737 ### <a name="Rt-scary"></a> T.61: Do not over-parameterize members (SCARY)
10739 ##### Reason
10741 A member that does not depend on a template parameter cannot be used except for a specific template argument.
10742 This limits use and typically increases code size.
10744 ##### Example, bad
10746     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
10747         // requires Regular<T> && Allocator<A>
10748     class List {
10749     public:
10750         struct Link {   // does not depend on A
10751             T elem;
10752             T* pre;
10753             T* suc;
10754         };
10756         using iterator = Link*;
10758         iterator first() const { return head; }
10760         // ...
10761     private:
10762         Node* head;
10763     };
10765     List<int> lst1;
10766     List<int, my_allocator> lst2;
10768     ???
10770 This looks innocent enough, but ???
10772     template<typename T>
10773     struct Link {
10774         T elem;
10775         T* pre;
10776         T* suc;
10777     };
10779     template<typename T, typename A = std::allocator{}>
10780         // requires Regular<T> && Allocator<A>
10781     class List2 {
10782     public:
10784         using iterator = Link<T>*;
10786         iterator first() const { return head; }
10788         // ...
10789     private:
10790         Node* head;
10791     };
10793     List<int> lst1;
10794     List<int, my_allocator> lst2;
10796     ???
10798 ##### Enforcement
10800 * Flag member types that do not depend on every template argument
10801 * Flag member functions that do not depend on every template argument
10803 ### <a name="Rt-nondependent"></a> T.62: Place non-dependent template members in a non-templated base class
10805 ##### Reason
10807  ???
10809 ##### Example
10811     template<typename T>
10812     class Foo {
10813     public:
10814         enum { v1, v2 };
10815         // ...
10816     };
10820     struct Foo_base {
10821         enum { v1, v2 };
10822         // ...
10823     };
10825     template<typename T>
10826     class Foo : public Foo_base {
10827     public:
10828         // ...
10829     };
10831 ##### Note
10833 A more general version of this rule would be
10834 "If a template class member depends on only N template parameters out of M, place it in a base class with only N parameters."
10835 For N == 1, we have a choice of a base class of a class in the surrounding scope as in [T.41](#Rt-scary).
10837 ??? What about constants? class statics?
10839 ##### Enforcement
10841 * Flag ???
10843 ### <a name="Rt-specialization"></a> T.64: Use specialization to provide alternative implementations of class templates
10845 ##### Reason
10847 A template defines a general interface.
10848 Specialization offers a powerful mechanism for providing alternative implementations of that interface.
10850 ##### Example
10852     ??? string specialization (==)
10854     ??? representation specialization ?
10856 ##### Note
10860 ##### Enforcement
10864 ### <a name="Rt-tag-dispatch"></a> T.65: Use tag dispatch to provide alternative implementations of a function
10866 ##### Reason
10868 A template defines a general interface. ???
10870 ##### Example
10872     ??? that's how we get algorithms like `std::copy` which compiles into a `memmove` call if appropriate for the arguments.
10874 ##### Note
10876 When `concept`s become available such alternatives can be distinguished directly.
10878 ##### Enforcement
10882 ### <a name="Rt-enable_if"></a> T.66: Use selection using `enable_if` to optionally define a function
10884 ##### Reason
10886  ???
10888 ##### Example
10890     ???
10892 ##### Enforcement
10896 ### <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
10898 ##### Reason
10900 To provide only intended flexibility, and avoid accidental environmental changes.
10902 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).
10904 There are three major ways to let calling code customize a template.
10906 * Call a member function. Callers can provide any type with such a named member function.
10908         template<class T>
10909         void test(T t)
10910         {
10911             t.f();    // require T to provide f()
10912         }
10914 * 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.
10916         template<class T>
10917         void test(T t)
10918         {
10919             f(t);     // require f(/*T*/) be available in caller's scope or in T's namespace
10920         }
10922 * 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.
10924         template<class T>
10925         void test(T t)
10926         {
10927             test_traits<T>::f(t);    // require customizing test_traits<> to get non-default functions/types
10928             test_traits<T>::value_type x;
10929         }
10931 ##### Enforcement
10933 * 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.
10935 ## <a name="SS-temp-hier"></a> T.temp-hier: Template and hierarchy rules:
10937 Templates are the backbone of C++'s support for generic programming and class hierarchies the backbone of its support
10938 for object-oriented programming.
10939 The two language mechanisms can be use effectively in combination, but a few design pitfalls must be avoided.
10941 ### <a name="Rt-hier"></a> T.80: Do not naively templatize a class hierarchy
10943 ##### Reason
10945 Templatizing a class hierarchy that has many functions, especially many virtual functions, can lead to code bloat.
10947 ##### Example, bad
10949     template<typename T>
10950     struct Container {                  // an interface
10951         virtual T* get(int i);
10952         virtual T* first();
10953         virtual T* next();
10954         virtual void sort();
10955     };
10957     template<typename T>
10958     class Vector : public Container<T> {
10959     public:
10960         // ...
10961     };
10963     vector<int> vi;
10964     vector<string> vs;
10966 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.
10968 Given this, the compiler cannot know if `vector<int>::sort()` is called, so it must generate code for it.
10969 Similar for `vector<string>::sort()`.
10970 Unless those two functions are called that's code bloat.
10971 Imagine what this would do to a class hierarchy with dozens of member functions and dozens of derived classes with many instantiations.
10973 ##### Note
10975 In many cases you can provide a stable interface by not parameterizing a base; see [Rule](#Rt-abi).
10977 ##### Enforcement
10979 * Flag virtual functions that depend on a template argument. ??? False positives
10981 ### <a name="Rt-array"></a> T.81: Do not mix hierarchies and arrays
10983 ##### Reason
10985 An array of derived classes can implicitly "decay" to a pointer to a base class with potential disastrous results.
10987 ##### Example
10989 Assume that `Apple` and `Pear` are two kinds of `Fruit`s.
10991     void maul(Fruit* p)
10992     {
10993         *p = Pear{};    // put a Pear into *p
10994         p[1] = Pear{};  // put a Pear into p[2]
10995     }
10997     Apple aa [] = { an_apple, another_apple };  // aa contains Apples (obviously!)
10999     maul(aa);
11000     Apple& a0 = &aa[0]; // a Pear?
11001     Apple& a1 = &aa[1]; // a Pear?
11003 Probably, `aa[0]` will be a `Pear` (without the use of a cast!).
11004 If `sizeof(Apple) != sizeof(Pear)` the access to `aa[1]` will not be aligned to the proper start of an object in the array.
11005 We have a type violation and possibly (probably) a memory corruption.
11006 Never write such code.
11008 Note that `maul()` violates the a `T*` points to an individual object [Rule](#???).
11010 **Alternative**: Use a proper container:
11012     void maul2(Fruit* p)
11013     {
11014         *p = Pear{};    // put a Pear into *p
11015     }
11017     vector<Apple> va = { an_apple, another_apple };     // aa contains Apples (obviously!)
11019     maul2(aa);          // error: cannot convert a vector<Apple> to a Fruit*
11020     maul2(&aa[0]);      // you asked for it
11022     Apple& a0 = &aa[0]; // a Pear?
11024 Note that the assignment in `maul2()` violated the no-slicing [Rule](#???).
11026 ##### Enforcement
11028 * Detect this horror!
11030 ### <a name="Rt-linear"></a> T.82: Linearize a hierarchy when virtual functions are undesirable
11032 ##### Reason
11034  ???
11036 ##### Example
11038     ???
11040 ##### Enforcement
11044 ### <a name="Rt-virtual"></a> T.83: Do not declare a member function template virtual
11046 ##### Reason
11048 C++ does not support that.
11049 If it did, vtbls could not be generated until link time.
11050 And in general, implementations must deal with dynamic linking.
11052 ##### Example, don't
11054     class Shape {
11055         // ...
11056         template<class T>
11057         virtual bool intersect(T* p);   // error: template cannot be virtual
11058     };
11060 ##### Note
11062 We need a rule because people keep asking about this
11064 ##### Alternative
11066 Double dispatch, visitors, calculate which function to call
11068 ##### Enforcement
11070 The compiler handles that.
11072 ### <a name="Rt-abi"></a> T.84: Use a non-template core implementation to provide an ABI-stable interface
11074 ##### Reason
11076 Improve stability of code. Avoids code bloat.
11078 ##### Example
11080 It could be a base class:
11082     struct Link_base {          // stable
11083         Link* suc;
11084         Link* pre;
11085     };
11087     template<typename T>        // templated wrapper to add type safety
11088     struct Link : Link_base {
11089         T val;
11090     };
11092     struct List_base {
11093         Link_base* first;       // first element (if any)
11094         int sz;                         // number of elements
11095         void add_front(Link_base* p);
11096         // ...
11097     };
11099     template<typename T>
11100     class List : List_base {
11101     public:
11102         void put_front(const T& e) { add_front(new Link<T>{e}); }       // implicit cast to Link_base
11103         T& front() { static_cast<Link<T>*>(first).val; }                        // explicit cast back to Link<T>
11104         // ...
11105     };
11107     List<int> li;
11108     List<string> ls;
11110 Now there is only one copy of the operations linking and unlinking elements of a `List`.
11111 The `Link` and `List` classes does nothing but type manipulation.
11113 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.
11115 **Alternative**: Use a [PIMPL](#???) implementation.
11117 ##### Enforcement
11121 ## <a name="SS-variadic"></a> T.var: Variadic template rules
11125 ### <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
11127 ##### Reason
11129 Variadic templates is the most general mechanism for that, and is both efficient and type-safe. Don't use C varargs.
11131 ##### Example
11133     ??? printf
11135 ##### Enforcement
11137     * Flag uses of `va_arg` in user code.
11139 ### <a name="Rt-variadic-pass"></a> T.101: ??? How to pass arguments to a variadic template ???
11141 ##### Reason
11143  ???
11145 ##### Example
11147     ??? beware of move-only and reference arguments
11149 ##### Enforcement
11153 ### <a name="Rt-variadic-process"></a> T.102: How to process arguments to a variadic template
11155 ##### Reason
11157  ???
11159 ##### Example
11161     ??? forwarding, type checking, references
11163 ##### Enforcement
11167 ### <a name="Rt-variadic-not"></a> T.103: Don't use variadic templates for homogeneous argument lists
11169 ##### Reason
11171 There are more precise ways of specifying a homogeneous sequence, such as an `initializer_list`.
11173 ##### Example
11175     ???
11177 ##### Enforcement
11181 ## <a name="SS-meta"></a> T.meta: Template metaprogramming (TMP)
11183 Templates provide a general mechanism for compile-time programming.
11185 Metaprogramming is programming where at least one input or one result is a type.
11186 Templates offer Turing-complete (modulo memory capacity) duck typing at compile time.
11187 The syntax and techniques needed are pretty horrendous.
11189 ### <a name="Rt-metameta"></a> T.120: Use template metaprogramming only when you really need to
11191 ##### Reason
11193 Template metaprogramming is hard to get right, slows down compilation, and is often very hard to maintain.
11194 However, there are real-world examples where template metaprogramming provides better performance that any alternative short of expert-level assembly code.
11195 Also, there are real-world examples where template metaprogramming expresses the fundamental ideas better than run-time code.
11196 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++.
11198 ##### Example, bad
11200     ???
11202 ##### Example, bad
11204     enable_if
11206 Instead, use concepts. But see [How to emulate concepts if you don't have language support](#Rt-emulate).
11208 ##### Example
11210     ??? good
11212 **Alternative**: If the result is a value, rather than a type, use a [`constexpr` function](#Rt-fct).
11214 ##### Note
11216 If you feel the need to hide your template metaprogramming in macros, you have probably gone too far.
11218 ### <a name="Rt-emulate"></a> T.121: Use template metaprogramming primarily to emulate concepts
11220 ##### Reason
11222 Until concepts become generally available, we need to emulate them using TMP.
11223 Use cases that require concepts (e.g. overloading based on concepts) are among the most common (and simple) uses of TMP.
11225 ##### Example
11227     template<typename Iter>
11228         /*requires*/ enable_if<random_access_iterator<Iter>, void>
11229     advance(Iter p, int n) { p += n; }
11231     template<typename Iter>
11232         /*requires*/ enable_if<forward_iterator<Iter>, void>
11233     advance(Iter p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
11235 ##### Note
11237 Such code is much simpler using concepts:
11239     void advance(RandomAccessIterator p, int n) { p += n; }
11241     void advance(ForwardIterator p, int n) { assert(n >= 0); while (n--) ++p;}
11243 ##### Enforcement
11247 ### <a name="Rt-tmp"></a> T.122: Use templates (usually template aliases) to compute types at compile time
11249 ##### Reason
11251 Template metaprogramming is the only directly supported and half-way principled way of generating types at compile time.
11253 ##### Note
11255 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
11257 ##### Example
11259     ??? big object / small object optimization
11261 ##### Enforcement
11265 ### <a name="Rt-fct"></a> T.123: Use `constexpr` functions to compute values at compile time
11267 ##### Reason
11269 A function is the most obvious and conventional way of expressing the computation of a value.
11270 Often a `constexpr` function implies less compile-time overhead than alternatives.
11272 ##### Note
11274 "Traits" techniques are mostly replaced by template aliases to compute types and `constexpr` functions to compute values.
11276 ##### Example
11278     template<typename T>
11279         // requires Number<T>
11280     constexpr T pow(T v, int n) // power/exponential
11281     {
11282         T res = 1;
11283         while (n--) res *= v;
11284         return res;
11285     }
11287     constexpr auto f7 = pow(pi, 7);
11289 ##### Enforcement
11291     * Flag template metaprograms yielding a value. These should be replaced with `constexpr` functions.
11293 ### <a name="Rt-std"></a> T.124: Prefer to use standard-library TMP facilities
11295 ##### Reason
11297 Facilities defined in the standard, such as `conditional`, `enable_if`, and `tuple`, are portable and can be assumed to be known.
11299 ##### Example
11301     ???
11303 ##### Enforcement
11307 ### <a name="Rt-lib"></a> T.125: If you need to go beyond the standard-library TMP facilities, use an existing library
11309 ##### Reason
11311 Getting advanced TMP facilities is not easy and using a library makes you part of a (hopefully supportive) community.
11312 Write your own "advanced TMP support" only if you really have to.
11314 ##### Example
11316     ???
11318 ##### Enforcement
11322 ## <a name="SS-temp-other"></a> Other template rules
11324 ### <a name="Rt-name"></a> T.140: Name all nontrivial operations
11326 ##### Reason
11328 Documentation, readability, opportunity for reuse.
11330 ##### Example
11332     ???
11334 ##### Example, good
11336     ???
11338 ##### Note
11340 whether functions, lambdas, or operators.
11342 ##### Exceptions
11344 * Lambdas logically used only locally, such as an argument to `for_each` and similar control flow algorithms.
11345 * Lambdas as [initializers](#???)
11347 ##### Enforcement
11351 ### <a name="Rt-lambda"></a> T.141: Use an unnamed lambda if you need a simple function object in one place only
11353 ##### Reason
11355 That makes the code concise and gives better locality than alternatives.
11357 ##### Example
11359     ??? for-loop equivalent
11361 **Exception**: Naming a lambda can be useful for clarity even if it is used only once
11363 ##### Enforcement
11365 * Look for identical and near identical lambdas (to be replaced with named functions or named lambdas).
11367 ### <a name="Rt-var"></a> T.142?: Use template variables to simplify notation
11369 ##### Reason
11371 Improved readability.
11373 ##### Example
11375     ???
11377 ##### Enforcement
11381 ### <a name="Rt-nongeneric"></a> T.143: Don't write unintentionally nongeneric code
11383 ##### Reason
11385 Generality. Reusability. Don't gratuitously commit to details; use the most general facilities available.
11387 ##### Example
11389 Use `!=` instead of `<` to compare iterators; `!=` works for more objects because it doesn't rely on ordering.
11391     for (auto i = first; i < last; ++i) {       // less generic
11392         // ...
11393     }
11395     for (auto i = first; i != last; ++i) {      // good; more generic
11396         // ...
11397     }
11399 Of course, range-for is better still where it does what you want.
11401 ##### Example
11403 Use the least-derived class that has the functionality you need.
11405     class base {
11406     public:
11407         void f();
11408         void g();
11409     };
11411     class derived1 : public base {
11412     public:
11413         void h();
11414     };
11416     class derived2 : public base {
11417     public:
11418         void j();
11419     };
11421     void myfunc(derived1& param)  // bad, unless there is a specific reason for limiting to derived1 objects only
11422     {
11423         use(param.f());
11424         use(param.g());
11425     }
11427     void myfunc(base& param)   // good, uses only base interface so only commit to that
11428     {
11429         use(param.f());
11430         use(param.g());
11431     }
11433 ##### Enforcement
11435 * Flag comparison of iterators using `<` instead of `!=`.
11436 * 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.
11437 * Flag functions that take a pointer or reference to a more-derived type but only use functions declared in a base type.
11439 ### <a name="Rt-specialize-function"></a> T.144: Don't specialize function templates
11441 ##### Reason
11443 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.
11445 ##### Example
11447     ???
11449 **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).
11451 ##### Enforcement
11453 * Flag all specializations of a function template. Overload instead.
11455 # <a name="S-cpl"></a> CPL: C-style programming
11457 C and C++ are closely related languages.
11458 They both originate in "Classic C" from 1978 and have evolved in ISO committees since then.
11459 Many attempts have been made to keep them compatible, but neither is a subset of the other.
11461 C rule summary:
11463 * [CPL.1: Prefer C++ to C](#Rcpl-C)
11464 * [CPL.2: If you must use C, use the common subset of C and C++, and compile the C code as C++](#Rcpl-subset)
11465 * [CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the code using such interfaces](#Rcpl-interface)
11467 ### <a name="Rcpl-C"></a> CPL.1: Prefer C++ to C
11469 ##### Reason
11471 C++ provides better type checking and more notational support.
11472 It provides better support for high-level programming and often generates faster code.
11474 ##### Example
11476     char ch = 7;
11477     void* pv = &ch;
11478     int* pi = pv;       // not C++
11479     *pi = 999;          // overwrite sizeof(int) bytes near &ch
11481 ##### Enforcement
11483 Use a C++ compiler.
11485 ### <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++
11487 ##### Reason
11489 That subset can be compiled with both C and C++ compilers, and when compiled as C++ is better type checked than "pure C."
11491 ##### Example
11493     int* p1 = malloc(10 * sizeof(int));                      // not C++
11494     int* p2 = static_cast<int*>(malloc(10 * sizeof(int)));   // not C, C-style C++
11495     int* p3 = new int[10];                                   // not C
11496     int* p4 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));                // both C and C++
11498 ##### Enforcement
11500 * Flag if using a build mode that compiles code as C.
11502   * The C++ compiler will enforce that the code is valid C++ unless you use C extension options.
11504 ### <a name="Rcpl-interface"></a> CPL.3: If you must use C for interfaces, use C++ in the calling code using such interfaces
11506 ##### Reason
11508 C++ is more expressive than C and offers better support for many types of programming.
11510 ##### Example
11512 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.
11513 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.
11515 ##### Example
11517 You can call C from C++:
11519     // in C:
11520     double sqrt(double);
11522     // in C++:
11523     extern "C" double sqrt(double);
11525     sqrt(2);
11527 ##### Example
11529 You can call C++ from C:
11531     // in C:
11532     X call_f(struct Y*, int);
11534     // in C++:
11535     extern "C" X call_f(Y* p, int i)
11536     {
11537         return p->f(i); // possibly a virtual function call
11538     }
11540 ##### Enforcement
11542 None needed
11544 # <a name="S-source"></a> SF: Source files
11546 Distinguish between declarations (used as interfaces) and definitions (used as implementations).
11547 Use header files to represent interfaces and to emphasize logical structure.
11549 Source file rule summary:
11551 * [SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files](#Rs-suffix)
11552 * [SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions](#Rs-inline)
11553 * [SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple sourcefiles](#Rs-suffix)
11554 * [SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file](#Rs-include-order)
11555 * [SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface](#Rs-consistency)
11556 * [SF.6: Use `using`-directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope](#Rs-using)
11557 * [SF.7: Don't put a `using`-directive in a header file](#Rs-using-directive)
11558 * [SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files](#Rs-guards)
11559 * [SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files](#Rs-cycles)
11561 * [SF.20: Use `namespace`s to express logical structure](#Rs-namespace)
11562 * [SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header](#Rs-unnamed)
11563 * [SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities](#Rs-unnamed2)
11565 ### <a name="Rs-suffix"></a> SF.1: Use a `.cpp` suffix for code files and `.h` for interface files
11567 ##### Reason
11569 Convention
11571 ##### Note
11573 The specific names `.h` and `.cpp` are not required (but recommended) and other names are in widespread use.
11574 Examples are `.hh` and `.cxx`. Use such names equivalently.
11576 ##### Example
11578     // foo.h:
11579     extern int a;       // a declaration
11580     extern void foo();
11582     // foo.cpp:
11583     int a;      // a definition
11584     void foo() { ++a; }
11586 `foo.h` provides the interface to `foo.cpp`. Global variables are best avoided.
11588 ##### Example, bad
11590     // foo.h:
11591     int a;      // a definition
11592     void foo() { ++a; }
11594 `#include<foo.h>` twice in a program and you get a linker error for two one-definition-rule violations.
11596 ##### Enforcement
11598 * Flag non-conventional file names.
11599 * Check that `.h` and `.cpp` (and equivalents) follow the rules below.
11601 ### <a name="Rs-inline"></a> SF.2: A `.h` file may not contain object definitions or non-inline function definitions
11603 ##### Reason
11605 Including entities subject to the one-definition rule leads to linkage errors.
11607 ##### Example
11609     ???
11611 **Alternative formulation**: A `.h` file must contain only:
11613 * `#include`s of other `.h` files (possibly with include guards
11614 * templates
11615 * class definitions
11616 * function declarations
11617 * `extern` declarations
11618 * `inline` function definitions
11619 * `constexpr` definitions
11620 * `const` definitions
11621 * `using` alias definitions
11622 * ???
11624 ##### Enforcement
11626 Check the positive list above.
11628 ### <a name="Rs-suffix"></a> SF.3: Use `.h` files for all declarations used in multiple sourcefiles
11630 ##### Reason
11632 Maintainability. Readability.
11634 ##### Example, bad
11636     // bar.cpp:
11637     void bar() { cout << "bar\n"; }
11639     // foo.cpp:
11640     extern void bar();
11641     void foo() { bar(); }
11643 A maintainer of `bar` cannot find all declarations of `bar` if its type needs changing.
11644 The user of `bar` cannot know if the interface used is complete and correct. At best, error messages come (late) from the linker.
11646 ##### Enforcement
11648 * Flag declarations of entities in other source files not placed in a `.h`.
11650 ### <a name="Rs-include-order"></a> SF.4: Include `.h` files before other declarations in a file
11652 ##### Reason
11654 Minimize context dependencies and increase readability.
11656 ##### Example
11658     #include<vector>
11659     #include<algorithm>
11660     #include<string>
11662     // ... my code here ...
11664 ##### Example, bad
11666     #include<vector>
11668     // ... my code here ...
11670     #include<algorithm>
11671     #include<string>
11673 ##### Note
11675 This applies to both `.h` and `.cpp` files.
11677 **Exception**: Are there any in good code?
11679 ##### Enforcement
11681 Easy.
11683 ### <a name="Rs-consistency"></a> SF.5: A `.cpp` file must include the `.h` file(s) that defines its interface
11685 ##### Reason
11687 This enables the compiler to do an early consistency check.
11689 ##### Example, bad
11691     // foo.h:
11692     void foo(int);
11693     int bar(long double);
11694     int foobar(int);
11696     // foo.cpp:
11697     void foo(int) { /* ... */ }
11698     int bar(double) { /* ... */ }
11699     double foobar(int);
11701 The errors will not be caught until link time for a program calling `bar` or `foobar`.
11703 ##### Example
11705     // foo.h:
11706     void foo(int);
11707     int bar(long double);
11708     int foobar(int);
11710     // foo.cpp:
11711     #include<foo.h>
11713     void foo(int) { /* ... */ }
11714     int bar(double) { /* ... */ }
11715     double foobar(int);         // error: wrong return type
11717 The return-type error for `foobar` is now caught immediately when `foo.cpp` is compiled.
11718 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.
11720 ##### Enforcement
11724 ### <a name="Rs-using"></a> SF.6: Use `using`-directives for transition, for foundation libraries (such as `std`), or within a local scope
11726 ##### Reason
11728  ???
11730 ##### Example
11732     ???
11734 ##### Enforcement
11738 ### <a name="Rs-using-directive"></a> SF.7: Don't put a `using`-directive in a header file
11740 ##### Reason
11742 Doing so takes away an `#include`r's ability to effectively disambiguate and to use alternatives.
11744 ##### Example
11746     ???
11748 ##### Enforcement
11752 ### <a name="Rs-guards"></a> SF.8: Use `#include` guards for all `.h` files
11754 ##### Reason
11756 To avoid files being `#include`d several times.
11758 ##### Example
11760     // file foobar.h:
11761     #ifndef FOOBAR_H
11762     #define FOOBAR_H
11763     // ... declarations ...
11764     #endif // FOOBAR_H
11766 ##### Enforcement
11768 Flag `.h` files without `#include` guards.
11770 ### <a name="Rs-cycles"></a> SF.9: Avoid cyclic dependencies among source files
11772 ##### Reason
11774 Cycles complicates comprehension and slows down compilation.
11775 Complicates conversion to use language-supported modules (when they become available).
11777 ##### Note
11779 Eliminate cycles; don't just break them with `#include` guards.
11781 ##### Example, bad
11783     // file1.h:
11784     #include "file2.h"
11786     // file2.h:
11787     #include "file3.h"
11789     // file3.h:
11790     #include "file1.h"
11792 ##### Enforcement
11794 Flag all cycles.
11796 ### <a name="Rs-namespace"></a> SF.20: Use `namespace`s to express logical structure
11798 ##### Reason
11800  ???
11802 ##### Example
11804     ???
11806 ##### Enforcement
11810 ### <a name="Rs-unnamed"></a> SF.21: Don't use an unnamed (anonymous) namespace in a header
11812 ##### Reason
11814 It is almost always a bug to mention an unnamed namespace in a header file.
11816 ##### Example
11818     ???
11820 ##### Enforcement
11822 * Flag any use of an anonymous namespace in a header file.
11824 ### <a name="Rs-unnamed2"></a> SF.22: Use an unnamed (anonymous) namespace for all internal/nonexported entities
11826 ##### Reason
11828 Nothing external can depend on an entity in a nested unnamed namespace.
11829 Consider putting every definition in an implementation source file in an unnamed namespace unless that is defining an "external/exported" entity.
11831 ##### Example
11833 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.
11835     ???
11837 ##### Enforcement
11839 * ???
11841 # <a name="S-stdlib"></a> SL: The Standard Library
11843 Using only the bare language, every task is tedious (in any language).
11844 Using a suitable library any task can be reasonably simple.
11846 Standard-library rule summary:
11848 * [SL.1: Use libraries wherever possible](#Rsl-lib)
11849 * [SL.2: Prefer the standard library to other libraries](#Rsl-sl)
11850 * ???
11852 ### <a name="Rsl-lib"></a> SL.1:  Use libraries wherever possible
11854 ##### Reason
11856 Save time. Don't re-invent the wheel.
11857 Don't replicate the work of others.
11858 Benefit from other people's work when they make improvements.
11859 Help other people when you make improvements.
11861 **References**: ???
11863 ### <a name="Rsl-sl"></a> SL.2: Prefer the standard library to other libraries
11865 ##### Reason
11867 More people know the standard library.
11868 It is more likely to be stable, well-maintained, and widely available than your own code or most other libraries.
11870 ## SL.con: Containers
11874 ## SL.str: String
11878 ## SL.io: Iostream
11882 ### SL.???: Use character-level input only when you have to; *expr.low*.
11884 ### SL.???: When reading, always consider ill-formed input; *expr.low*.
11886 ## SL.regex: Regex
11890 ## SL:c: The C standard library
11892 ### SL.???: C-style strings
11894 ### SL.???: printf/scanf
11896 # <a name="S-A"></a> A: Architectural Ideas
11898 This section contains ideas about ???
11900 ### <a name="Ra-stable"></a> A.1 Separate stable from less stable part of code
11904 ### <a name="Ra-reuse"></a> A.2 Express potentially reusable parts as a library
11908 ### <a name="Ra-lib"></a> A.3 Express potentially separately maintained parts as a library
11912 # <a name="S-not"></a> Non-Rules and myths
11914 This section contains rules and guidelines that are popular somewhere, but that we deliberately don't recommend.
11915 In the context of the styles of programming we recommend and support with the guidelines, these "non-rules" would do harm.
11917 Non-rule summary:
11919 * all declarations on top of function
11920 * single-return rule
11921 * no exceptions
11922 * one class per source file
11923 * two-phase initialization
11924 * goto exit
11926 # <a name="S-references"></a> RF: References
11928 Many coding standards, rules, and guidelines have been written for C++, and especially for specialized uses of C++.
11929 Many
11931 * focus on lower-level issues, such as the spelling of identifiers
11932 * are written by C++ novices
11933 * see "stopping programmers from doing unusual things" as their primary aim
11934 * aim at portability across many compilers (some 10 years old)
11935 * are written to preserve decades old code bases
11936 * aim at a single application domain
11937 * are downright counterproductive
11938 * are ignored (must be ignored by programmers to get their work done well)
11940 A bad coding standard is worse than no coding standard.
11941 However an appropriate set of guidelines are much better than no standards: "Form is liberating."
11943 Why can't we just have a language that allows all we want and disallows all we don't want ("a perfect language")?
11944 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.
11945 Also, your needs change over time and a general-purpose language is needed to allow you to adapt.
11946 A language that is ideal for today would be overly restrictive tomorrow.
11948 Coding guidelines adapt the use of a language to specific needs.
11949 Thus, there cannot be a single coding style for everybody.
11950 We expect different organizations to provide additions, typically with more restrictions and firmer style rules.
11952 Reference sections:
11954 * [RF.rules: Coding rules](#SS-rules)
11955 * [RF.books: Books with coding guidelines](#SS-books)
11956 * [RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)](#SS-C++)
11957 * [RF.web: Websites](#SS-web)
11958 * [RS.video: Videos about "modern C++"](#SS-vid)
11959 * [RF.man: Manuals](#SS-man)
11961 ## <a name="SS-rules"></a> RF.rules: Coding rules
11963 * [Boost Library Requirements and Guidelines](http://www.boost.org/development/requirements.html).
11964   ???.
11965 * [Bloomberg: BDE C++ Coding](https://github.com/bloomberg/bde/wiki/CodingStandards.pdf).
11966   Has a strong emphasis on code organization and layout.
11967 * Facebook: ???
11968 * [GCC Coding Conventions](https://gcc.gnu.org/codingconventions.html).
11969   C++03 and (reasonably) a bit backwards looking.
11970 * [Google C++ Style Guide](http://google-styleguide.googlecode.com/svn/trunk/cppguide.html).
11971   Too timid and reflects its 1990s origins.
11972   [A critique from 2014](https://www.linkedin.com/pulse/20140503193653-3046051-why-google-style-guide-for-c-is-a-deal-breaker).
11973   Google are busy updating their code base and we don't know how accurately the posted guideline reflects their actual code.
11974   This set of recommendations is evolving.
11975 * [JSF++: JOINT STRIKE FIGHTER AIR VEHICLE C++ CODING STANDARDS](http://www.stroustrup.com/JSF-AV-rules.pdf).
11976   Document Number 2RDU00001 Rev C. December 2005.
11977   For flight control software.
11978   For hard real time.
11979   This means that it is necessarily very restrictive ("if the program fails somebody dies").
11980   For example, no free store allocation or deallocation may occur after the plane takes off (no memory overflow and no fragmentation allowed).
11981   No exception may be used (because there was no available tool for guaranteeing that an exception would be handled within a fixed short time).
11982   Libraries used have to have been approved for mission critical applications.
11983   Any similarities to this set of guidelines are unsurprising because Bjarne Stroustrup was an author of JSF++.
11984   Recommended, but note its very specific focus.
11985 * [Mozilla Portability Guide](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/C%2B%2B_Portability_Guide).
11986   As the name indicates, this aims for portability across many (old) compilers.
11987   As such, it is restrictive.
11988 * [Geosoft.no: C++ Programming Style Guidelines](http://geosoft.no/development/cppstyle.html).
11989   ???.
11990 * [Possibility.com: C++ Coding Standard](http://www.possibility.com/Cpp/CppCodingStandard.html).
11991   ???.
11992 * [SEI CERT: Secure C++ Coding Standard](https://www.securecoding.cert.org/confluence/pages/viewpage.action?pageId=637).
11993   A very nicely done set of rules (with examples and rationales) done for security-sensitive code.
11994   Many of their rules apply generally.
11995 * [High Integrity C++ Coding Standard](http://www.codingstandard.com/).
11996 * [llvm](http://llvm.org/docs/CodingStandards.html).
11997   Somewhat brief, pre-C++11, and (not unreasonably) adjusted to its domain.
11998 * ???
12000 ## <a name="SS-books"></a> RF.books: Books with coding guidelines
12002 * [Meyers14](#Meyers14) Scott Meyers: Effective Modern C++ (???). Addison-Wesley 2014. Beware of overly technical and overly definite rules.
12003 * [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. Recommended.
12004 * [Stroustrup05](#Stroustrup05) Bjarne Stroustrup: [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
12005   LCSD05. October 2005.
12006 * [Stroustrup14](#Stroustrup05) Stroustrup: [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
12007   Addison Wesley 2014.
12008   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
12009 * [Stroustrup13](#Stroustrup13) Stroustrup: [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html).
12010   Addison Wesley 2013.
12011   Each chapter ends with an advice section consisting of a set of recommendations.
12012 * Stroustrup: [Style Guide](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf)
12013   for [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html).
12014   Mostly low-level naming and layout rules.
12015   Primarily a teaching tool.
12017 ## <a name="SS-C++"></a> RF.C++: C++ Programming (C++11/C++14)
12019 * TC++PL4
12020 * Tour++
12021 * Programming: Principles and Practice using C++
12023 ## <a name="SS-web"></a> RF.web: Websites
12025 * [isocpp.org](http://www.isocpp.com)
12026 * [Bjarne Stroustrup's home pages](http://www.stroustrup.com)
12027 * [WG21](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/)
12028 * [Boost](http://www.boost.org)<a name="Boost"></a>
12029 * [Adobe open source](http://www.adobe.com/open-source.html)
12030 * [Poco libraries](http://pocoproject.org/)
12032 ## <a name="SS-vid"></a> RS.video: Videos about "modern C++"
12034 * Bjarne Stroustrup: [C++11 Style](http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/GoingNative-2012/Keynote-Bjarne-Stroustrup-Cpp11-Style). 2012.
12035 * 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
12036 * All the talks from [CppCon '14](https://isocpp.org/blog/2014/11/cppcon-videos-c9)
12037 * Bjarne Stroustrup: [The essence of C++](https://www.youtube.com/watch?v=86xWVb4XIyE) at the University of Edinburgh. 2014.
12038 * Sutter: ???
12039 * ??? more ???
12041 ## <a name="SS-man"></a> RF.man: Manuals
12043 * ISO C++ Standard C++11
12044 * ISO C++ Standard C++14
12045 * Palo Alto "Concepts" TR
12046 * ISO C++ Concepts TS
12047 * WG21 Ranges report
12049 ## <a name="SS-ack"></a> Acknowledgements
12051 Thanks to the many people who contributed rules, suggestions, supporting information, references, etc.:
12053 * Peter Juhl
12054 * Neil MacIntosh
12055 * Axel Naumann
12056 * Andrew Pardoe
12057 * Gabriel Dos Reis
12058 * Zhuang, Jiangang (Jeff)
12059 * Sergey Zubkov
12061 # <a name="S-profile"></a> Profiles
12063 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.
12065 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.
12067 Profiles summary:
12069 * [Pro.type: Type safety](#SS-type)
12070 * [Pro.bounds: Bounds safety](#SS-bounds)
12071 * [Pro.lifetime: Lifetime safety](#SS-lifetime)
12073 ## <a name="SS-type"></a> Type safety profile
12075 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.
12077 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).)
12079 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
12081 * narrowing arithmetic promotions/conversions (likely part of a separate safe-arithmetic profile)
12082 * arithmetic cast from negative floating point to unsigned integral type (ditto)
12083 * selected undefined behavior: ??? this is a big bucket, start with Gaby's UB list
12084 * selected unspecified behavior: ??? would this really be about safety, or more a portability concern?
12085 * constness violations? if we rely on it for safety
12087 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
12089 ### <a name="Pro-type-reinterpretcast"></a> Type.1: Don't use `reinterpret_cast`.
12091 ##### Reason
12093 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`.
12095 ##### Example, bad
12097     std::string s = "hello world";
12098     double* p = reinterpret_cast<double*>(&s); // BAD
12100 ##### Enforcement
12102 Issue a diagnostic for any use of `reinterpret_cast`. To fix: Consider using a `variant` instead.
12104 ### <a name="Pro-type-downcast"></a> Type.2: Don't use `static_cast` downcasts. Use `dynamic_cast` instead.
12106 ##### Reason
12108 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`.
12110 ##### Example, bad
12112     class base { public: virtual ~base() = 0; };
12114     class derived1 : public base { };
12116     class derived2 : public base {
12117         std::string s;
12118     public:
12119         std::string get_s() { return s; }
12120     };
12122     derived1 d1;
12123     base* p = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to base is fine
12125     derived2* p2 = static_cast<derived2*>(p); // BAD, tries to treat d1 as a derived2, which it is not
12126     cout << p2.get_s(); // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
12128 ##### Example, bad
12130     struct Foo { int a, b; };
12131     struct Foobar : Foo { int bar; };
12133     void use(int i, Foo& x)
12134     {
12135         if (0<i) {
12136             Foobar& x1 = dynamic_cast<Foobar&>(x);  // error: Foo is not polymorphic
12137             Foobar& x2 = static_cast<Foobar&>(x);   // bad
12138             // ...
12139         }
12140         // ...
12141     }
12143     // ...
12145     use(99, *new Foo{1, 2});  // not a Foobar
12147 If a class hierarchy isn't polymorphic, avoid casting.
12148 It is entirely unsafe.
12149 Look for a better design.
12150 See also [C.146](#Rh-dynamic_cast).
12152 ##### Enforcement
12154 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.
12156 ### <a name="Pro-type-constcast"></a> Type.3: Don't use `const_cast` to cast away `const` (i.e., at all).
12158 ##### Reason
12160 Casting away `const` is a lie. If the variable is actually declared `const`, it's a lie punishable by undefined behavior.
12162 ##### Example, bad
12164     void f(const int& i)
12165     {
12166         const_cast<int&>(i) = 42;   // BAD
12167     }
12169     static int i = 0;
12170     static const int j = 0;
12172     f(i); // silent side effect
12173     f(j); // undefined behavior
12175 **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.
12177 ##### Enforcement
12179 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`.
12181 ### <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`.
12183 ##### Reason
12185 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`.
12186 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.
12188 ##### Example, bad
12190     std::string s = "hello world";
12191     double* p = (double*)(&s); // BAD
12193     class base { public: virtual ~base() = 0; };
12195     class derived1 : public base { };
12197     class derived2 : public base {
12198         std::string s;
12199     public:
12200         std::string get_s() { return s; }
12201     };
12203     derived1 d1;
12204     base* p = &d1; // ok, implicit conversion to pointer to base is fine
12206     derived2* p2 = (derived2*)(p); // BAD, tries to treat d1 as a derived2, which it is not
12207     cout << p2.get_s(); // tries to access d1's nonexistent string member, instead sees arbitrary bytes near d1
12209     void f(const int& i) {
12210         (int&)(i) = 42;   // BAD
12211     }
12213     static int i = 0;
12214     static const int j = 0;
12216     f(i); // silent side effect
12217     f(j); // undefined behavior
12219 ##### Enforcement
12221 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.
12223 ### <a name="Pro-type-init"></a> Type.5: Don't use a variable before it has been initialized.
12225 [ES.20: Always initialize an object](#Res-always) is required.
12227 ### <a name="Pro-type-memberinit"></a> Type.6: Always initialize a member variable.
12229 ##### Reason
12231 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.
12233 ##### Example
12235     struct X { int i; };
12237     X x;
12238     use(x); // BAD, x hs not been initialized
12240     X x2{}; // GOOD
12241     use(x2);
12243 ##### Enforcement
12245 * 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.
12246 * Issue a diagnostic when constructing an object of a trivially constructible type without `()` or `{}` to initialize its members. To fix: Add `()` or `{}`.
12248 ### <a name="Pro-type-unions"></a> Type.7: Avoid accessing members of raw unions. Prefer `variant` instead.
12250 ##### Reason
12252 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.
12254 ##### Example
12256     union U { int i; double d; };
12258     U u;
12259     u.i = 42;
12260     use(u.d); // BAD, undefined
12262     variant<int, double> u;
12263     u = 42; // u now contains int
12264     use(u.get<int>()); // ok
12265     use(u.get<double>()); // throws ??? update this when standardization finalizes the variant design
12267 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.
12269 ##### Enforcement
12271 * Issue a diagnostic for accessing a member of a union. To fix: Use a `variant` instead.
12273 ### <a name="Pro-type-varargs"></a> Type.8: Avoid reading from varargs or passing vararg arguments. Prefer variadic template parameters instead.
12275 ##### Reason
12277 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.
12279 ##### Example
12281     int sum(...) {
12282         // ...
12283         while(/*...*/)
12284             result += va_arg(list, int); // BAD, assumes it will be passed ints
12285         // ...
12286     }
12288     sum(3, 2); // ok
12289     sum(3.14159, 2.71828); // BAD, undefined
12291     template<class ...Args>
12292     auto sum(Args... args) { // GOOD, and much more flexible
12293         return (... + args); // note: C++17 "fold expression"
12294     }
12296     sum(3, 2); // ok: 5
12297     sum(3.14159, 2.71828); // ok: ~5.85987
12299 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.
12301 ##### Enforcement
12303 * Issue a diagnostic for using `va_list`, `va_start`, or `va_arg`. To fix: Use a variadic template parameter list instead.
12304 * Issue a diagnostic for passing an argument to a vararg parameter. To fix: Use a different function, or `[[suppress(types)]]`.
12306 ## <a name="SS-bounds"></a> Bounds safety profile
12308 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.
12310 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.)
12312 The following are under consideration but not yet in the rules below, and may be better in other profiles:
12314 * ???
12316 An implementation of this profile shall recognize the following patterns in source code as non-conforming and issue a diagnostic.
12318 ### <a name="Pro-bounds-arithmetic"></a> Bounds.1: Don't use pointer arithmetic. Use `array_view` instead.
12320 ##### Reason
12322 Pointers should only refer to single objects, and pointer arithmetic is fragile and easy to get wrong. `array_view` is a bounds-checked, safe type for accessing arrays of data.
12324 ##### Example, bad
12326     void f(int* p, int count)
12327     {
12328         if (count < 2) return;
12330         int* q = p + 1; // BAD
12332         ptrdiff_t d;
12333         int n;
12334         d = (p - &n); // OK
12335         d = (q - p); // OK
12337         int n = *p++; // BAD
12339         if (count < 6) return;
12341         p[4] = 1; // BAD
12343         p[count - 1] = 2; // BAD
12345         use(&p[0], 3); // BAD
12346     }
12348 ##### Example, good
12350     void f(array_view<int> a) // BETTER: use array_view in the function declaration
12351     {
12352         if (a.length() < 2) return;
12354         int n = *a++; // OK
12356         array_view<int> q = a + 1; // OK
12358         if (a.length() < 6) return;
12360         a[4] = 1; // OK
12362         a[count - 1] = 2; // OK
12364         use(a.data(), 3); // OK
12365     }
12367 ##### Enforcement
12369 Issue a diagnostic for any arithmetic operation on an expression of pointer type that results in a value of pointer type.
12371 ### <a name="Pro-bounds-arrayindex"></a> Bounds.2: Only index into arrays using constant expressions.
12373 ##### Reason
12375 Dynamic accesses into arrays are difficult for both tools and humans to validate as safe. `array_view` 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 an `array_view` constructed over the array.
12377 ##### Example, bad
12379     void f(array<int, 10> a, int pos)
12380     {
12381         a[pos / 2] = 1; // BAD
12382         a[pos - 1] = 2; // BAD
12383         a[-1] = 3;    // BAD - no replacement, just don't do this
12384         a[10] = 4;    // BAD - no replacement, just don't do this
12385     }
12387 ##### Example, good
12389     // ALTERNATIVE A: Use an array_view
12391     // A1: Change parameter type to use array_view
12392     void f(array_view<int, 10> a, int pos)
12393     {
12394         a[pos / 2] = 1; // OK
12395         a[pos - 1] = 2; // OK
12396     }
12398     // A2: Add local array_view and use that
12399     void f(array<int, 10> arr, int pos)
12400     {
12401         array_view<int> a = {arr, pos}
12402         a[pos / 2] = 1; // OK
12403         a[pos - 1] = 2; // OK
12404     }
12406     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
12407     void f(array<int, 10> a, int pos)
12408     {
12409         at(a, pos / 2) = 1; // OK
12410         at(a, pos - 1) = 2; // OK
12411     }
12413 ##### Example, bad
12415     void f()
12416     {
12417         int arr[COUNT];
12418         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
12419             arr[i] = i; // BAD, cannot use non-constant indexer
12420     }
12422 ##### Example, good
12424     // ALTERNATIVE A: Use an array_view
12425     void f1()
12426     {
12427         int arr[COUNT];
12428         array_view<int> av = arr;
12429         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
12430             av[i] = i;
12431     }
12433     // ALTERNATIVE B: Use at() for access
12434     void f2()
12435     {
12436         int arr[COUNT];
12437         for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
12438             at(arr, i) = i;
12439     }
12441 ##### Enforcement
12443 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.
12445 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.
12447 **Rewrite support**: Tooling can offer rewrites of array accesses that involve dynamic index expressions to use `at()` instead:
12449     static int a[10];
12451     void f(int i, int j)
12452     {
12453         a[i + j] = 12;      // BAD, could be rewritten as ...
12454         at(a, i + j) = 12;  // OK - bounds-checked
12455     }
12457 ### <a name="Pro-bounds-decay"></a> Bounds.3: No array-to-pointer decay.
12459 ##### Reason
12461 Pointers should not be used as arrays. `array_view` is a bounds-checked, safe alternative to using pointers to access arrays.
12463 ##### Example, bad
12465     void g(int* p, size_t length);
12467     void f()
12468     {
12469         int a[5];
12470         g(a, 5);        // BAD
12471         g(&a[0], 1);    // OK
12472     }
12474 ##### Example, good
12476     void g(int* p, size_t length);
12477     void g1(array_view<int> av); // BETTER: get g() changed.
12479     void f()
12480     {
12481         int a[5];
12482         array_view av = a;
12484         g(a.data(), a.length());        // OK, if you have no choice
12485         g1(a);                      // OK - no decay here, instead use implicit array_view ctor
12486     }
12488 ##### Enforcement
12490 Issue a diagnostic for any expression that would rely on implicit conversion of an array type to a pointer type.
12492 ### <a name="Pro-bounds-stdlib"></a> Bounds.4: Don't use standard library functions and types that are not bounds-checked.
12494 ##### Reason
12496 These functions all have bounds-safe overloads that take `array_view`. 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()`.
12498 ##### Example, bad
12500     void f()
12501     {
12502         array<int, 10> a, b;
12503         memset(a.data(), 0, 10);                // BAD, and contains a length error
12504         memcmp(a.data(), b.data(), 10); // BAD, and contains a length error
12505     }
12507 ##### Example, good
12509     void f()
12510     {
12511         array<int, 10> a, b;
12512         memset(a, 0);   // OK
12513         memcmp({a, b});         // OK
12514     }
12516 ##### Example
12518 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.
12520     void f(std::vector<int>& v, std::array<int, 12> a, int i)
12521     {
12522         v[0] = a[0];        // BAD
12523         v.at(0) = a[0];     // OK (alternative 1)
12524         at(v, 0) = a[0];    // OK (alternative 2)
12526         v.at(0) = a[i];     // BAD
12527         v.at(0) = a.at(i)   // OK (alternative 1)
12528         v.at(0) = at(a, i); // OK (alternative 2)
12529     }
12531 ##### Enforcement
12533 * Issue a diagnostic for any call to a standard library function that is not bounds-checked. ??? insert link to a list of banned functions
12535 **TODO Notes**:
12537 * Impact on the standard library will require close coordination with WG21, if only to ensure compatibility even if never standardized.
12538 * We are considering specifying bounds-safe overloads for stdlib (especially C stdlib) functions like `memcmp` and shipping them in the GSL.
12539 * 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).
12541 ## <a name="SS-lifetime"></a> Lifetime safety profile
12543 # <a name="S-gsl"></a> GSL: Guideline support library
12545 The GSL is a small library of facilities designed to support this set of guidelines.
12546 Without these facilities, the guidelines would have to be far more restrictive on language details.
12548 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.
12550 The support library facilities are designed to be extremely lightweight (zero-overhead) so that they impose no overhead compared to using conventional alternatives.
12551 Where desirable, they can be "instrumented" with additional functionality (e.g., checks) for tasks such as debugging.
12553 These Guidelines assume a `variant` type, but this is not currently in GSL because the design is being actively refined in the standards committee.
12555 ## <a name="SS-views"></a> GSL.view: Views
12557 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.
12559 These "views" are never owners.
12561 References are never owners.
12563 The names are mostly ISO standard-library style (lower case and underscore):
12565 * `T*`                  // The `T*` is not an owner, may be null; assumed to be pointing to a single element.
12566 * `char*`               // A C-style string (a zero-terminated array of characters); may be null.
12567 * `const char*`         // A C-style string; may be null.
12568 * `T&`                  // The `T&` is not an owner and can never be a "null reference"; references are always bound to objects.
12570 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.
12571 Owners should be converted to resource handles (e.g., `unique_ptr` or `vector<T>`) or marked `owner<T*>`
12573 * `owner<T*>`           // a `T*`that owns the object pointed/referred to; may be `nullptr`.
12574 * `owner<T&>`           // a `T&` that owns the object pointed/referred to.
12576 `owner` is used to mark owning pointers in code that cannot be upgraded to use proper resource handles.
12577 Reasons for that include:
12579 * Cost of conversion.
12580 * The pointer is used with an ABI.
12581 * The pointer is part of the implementation of a resource handle.
12583 An `owner<T>` differs from a resource handle for a `T` by still requiring an explicit `delete`.
12585 An `owner<T>` is assumed to refer to an object on the free store (heap).
12587 If something is not supposed to be `nullptr`, say so:
12589 * `not_null<T>`         // `T` is usually a pointer type (e.g., `not_null<int*>` and `not_null<owner<Foo*>>`) that may not be `nullptr`.
12590   `T` can be any type for which `==nullptr` is meaningful.
12592 * `array_view<T>`       // [`p`:`p+n`), constructor from `{p, q}` and `{p, n}`; `T` is the pointer type
12593 * `array_view_p<T>`     // `{p, predicate}` [`p`:`q`) where `q` is the first element for which `predicate(*p)` is true
12594 * `string_view`         // `array_view<char>`
12595 * `cstring_view`        // `array_view<const char>`
12597 A `*_view<T>` refers to zero or more mutable `T`s unless `T` is a `const` type.
12599 "Pointer arithmetic" is best done within `array_view`s.
12600 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 an `array_view`.
12601 There is no really good way to say "pointer to a single `char`" (`string_view{p, 1}` can do that, and `T*` where `T` is a `char` in a template that has not been specialized for C-style strings).
12603 * `zstring`             // a `char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `char` or `null_ptr`
12604 * `czstring`    // a `const char*` supposed to be a C-style string; that is, a zero-terminated sequence of `const` `char` or `null_ptr`
12606 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.
12607 A sequence of characters that is not assumed to be zero-terminated should be a `char*`, rather than a `zstring`.
12608 French accent optional.
12610 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?
12612 ## <a name="SS-ownership"></a> GSL.owner: Ownership pointers
12614 * `unique_ptr<T>`     // unique ownership: `std::unique_ptr<T>`
12615 * `shared_ptr<T>`     // shared ownership: `std::shared_ptr<T>` (a counted pointer)
12616 * `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.
12617 * `dyn_array<T>`      // ??? needed ??? A heap-allocated array. The number of elements are determined at construction and fixed thereafter.
12618   The elements are mutable unless `T` is a `const` type. Basically an `array_view` that allocates and owns its elements.
12620 ## <a name="SS-assertions"></a> GSL.assert: Assertions
12622 * `Expects`     // precondition assertion. Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
12623                 // `Expects(p)` terminates the program unless `p == true`
12624                 // `Expect` in under control of some options (enforcement, error message, alternatives to terminate)
12625 * `Ensures`     // postcondition assertion.     Currently placed in function bodies. Later, should be moved to declarations.
12627 These assertions is currently macros (yuck!) pending standard commission decisions on contracts and assertion syntax.
12629 ## <a name="SS-utilities"></a> GSL.util: Utilities
12631 * `finally`             // `finally(f)` makes a `final_action{f}` with a destructor that invokes `f`
12632 * `narrow_cast` // `narrow_cast<T>(x)` is `static_cast<T>(x)`
12633 * `narrow`              // `narrow<T>(x)` is `static_cast<T>(x)` if `static_cast<T>(x) == x` or it throws `narrowing_error`
12634 * `[[implicit]]`        // "Marker" to put on single-argument constructors to explicitly make them non-explicit.
12635 * `move_owner`  // `p = move_owner(q)` means `p = q` but ???
12637 ## <a name="SS-concepts"></a> GSL.concept: Concepts
12639 These concepts (type predicates) are borrowed from Andrew Sutton's Origin library, the Range proposal, and the ISO WG21 Palo Alto TR.
12640 They are likely to be very similar to what will become part of the ISO C++ standard.
12641 The notation is that of the ISO WG21 Concepts TS (???ref???).
12643 * `Range`
12644 * `String`      // ???
12645 * `Number`      // ???
12646 * `Sortable`
12647 * `Pointer`  // A type with `*`, `->`, `==`, and default construction (default construction is assumed to set the singular "null" value) [see smartptrconcepts](#Rr-smartptrconcepts)
12648 * `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)
12649 * `Shared_ptr`   // A type that matches `Pointer`, has copy, and matches the Lifetime profile criteria for a `shared` owner type [see smartptrconcepts](#Rr-smartptrconcepts)
12650 * `EqualityComparable`  // ???Must we suffer CaMelcAse???
12651 * `Convertible`
12652 * `Common`
12653 * `Boolean`
12654 * `Integral`
12655 * `SignedIntegral`
12656 * `SemiRegular`
12657 * `Regular`
12658 * `TotallyOrdered`
12659 * `Function`
12660 * `RegularFunction`
12661 * `Predicate`
12662 * `Relation`
12663 * ...
12665 # <a name="S-naming"></a> NL: Naming and layout rules
12667 Consistent naming and layout are helpful. If for no other reason because it minimizes "my style is better than your style" arguments.
12668 However, there are many, many, different styles around and people are passionate about them (pro and con).
12669 Also, most real-world projects includes code from many sources, so standardizing on a single style for all code is often impossible.
12670 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.
12671 IDEs and tools can help (as well as hinder).
12673 Naming and layout rules:
12675 * [NL 1: Don't say in comments what can be clearly stated in code](#Rl-comments)
12676 * [NL.2: State intent in comments](#Rl-comments-intent)
12677 * [NL.3: Keep comments crisp](#Rl-comments-crisp)
12678 * [NL.4: Maintain a consistent indentation style](#Rl-indent)
12679 * [NL.5: Don't encode type information in names](#Rl-name-type)
12680 * [NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope](#Rl-name-length)
12681 * [NL.8: Use a consistent naming style](#Rl-name)
12682 * [NL 9: Use `ALL_CAPS` for macro names only](#Rl-all-caps)
12683 * [NL.10: Avoid CamelCase](#Rl-camel)
12684 * [NL.15: Use spaces sparingly](#Rl-space)
12685 * [NL.16: Use a conventional class member declaration order](#Rl-order)
12686 * [NL.17: Use K&R-derived layout](#Rl-knr)
12687 * [NL.18: Use C++-style declarator layout](#Rl-ptr)
12688 * [NL.25: Don't use `void` as an argument type](#Rl-void)
12690 Most of these rules are aesthetic and programmers hold strong opinions.
12691 IDEs also tend to have defaults and a range of alternatives.These rules are suggested defaults to follow unless you have reasons not to.
12693 More specific and detailed rules are easier to enforce.
12695 ### <a name="Rl-comments"></a> NL.1: Don't say in comments what can be clearly stated in code
12697 ##### Reason
12699 Compilers do not read comments.
12700 Comments are less precise than code.
12701 Comments are not updated as consistently as code.
12703 ##### Example, bad
12705     auto x = m*v1 + vv; // multiply m with v1 and add the result to vv
12707 ##### Enforcement
12709 Build an AI program that interprets colloquial English text and see if what is said could be better expressed in C++.
12711 ### <a name="Rl-comments-intent"></a> NL.2: State intent in comments
12713 ##### Reason
12715 Code says what is done, not what is supposed to be done. Often intent can be stated more clearly and concisely than the implementation.
12717 ##### Example
12719     void stable_sort(Sortable& c)
12720         // sort c in the order determined by <, keep equal elements (as defined by ==) in their original relative order
12721     {
12722         // ... quite a few lines of non-trivial code ...
12723     }
12725 ##### Note
12727 If the comment and the code disagrees, both are likely to be wrong.
12729 ### <a name="Rl-comments-crisp"></a> NL.3: Keep comments crisp
12731 ##### Reason
12733 Verbosity slows down understanding and makes the code harder to read by spreading it around in the source file.
12735 ##### Enforcement
12737 not possible.
12739 ### <a name="Rl-indent"></a> NL.4: Maintain a consistent indentation style
12741 ##### Reason
12743 Readability. Avoidance of "silly mistakes."
12745 ##### Example, bad
12747     int i;
12748     for (i = 0; i < max; ++i); // bug waiting to happen
12749     if (i == j)
12750         return i;
12752 ##### Enforcement
12754 Use a tool.
12756 ### <a name="Rl-name-type"></a> NL.5 Don't encode type information in names
12758 **Rationale**: If names reflects type rather than functionality, it becomes hard to change the types used to provide that functionality.
12759 Names with types encoded are either verbose or cryptic.
12760 Hungarian notation is evil (at least in a strongly statically-typed language).
12762 ##### Example
12764     ???
12766 ##### Note
12768 Some styles distinguishes members from local variable, and/or from global variable.
12770     struct S {
12771         int m_;
12772         S(int m) :m_{abs(m)} { }
12773     };
12775 This is not evil.
12777 ##### Note
12779 Some styles distinguishes types from non-types.
12781     typename<typename T>
12782     class Hash_tbl {    // maps string to T
12783         // ...
12784     };
12786     Hash_tbl<int> index;
12788 This is not evil.
12790 ### <a name="Rl-name-length"></a> NL.7: Make the length of a name roughly proportional to the length of its scope
12792 **Rationale**: ???
12794 ##### Example
12796     ???
12798 ##### Enforcement
12802 ### <a name="Rl-name"></a> NL.8: Use a consistent naming style
12804 **Rationale**: Consistence in naming and naming style increases readability.
12806 ##### Note
12808 Where are many styles and when you use multiple libraries, you can't follow all their differences conventions.
12809 Choose a "house style", but leave "imported" libraries with their original style.
12811 ##### Example
12813 ISO Standard, use lower case only and digits, separate words with underscores:
12815 * `int`
12816 * `vector`
12817 * `my_map`
12819 Avoid double underscores `__`.
12821 ##### Example
12823 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
12824 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
12826 * `int`
12827 * `vector`
12828 * `My_map`
12830 ##### Example
12832 CamelCase: capitalize each word in a multi-word identifier:
12834 * `int`
12835 * `vector`
12836 * `MyMap`
12837 * `myMap`
12839 Some conventions capitalize the first letter, some don't.
12841 ##### Note
12843 Try to be consistent in your use of acronyms, lengths of identifiers:
12845     int mtbf {12};
12846     int mean_time_between_failor {12};          // make up your mind
12848 ##### Enforcement
12850 Would be possible except for the use of libraries with varying conventions.
12852 ### <a name="Rl-all-caps"></a> NL 9: Use `ALL_CAPS` for macro names only
12854 ##### Reason
12856 To avoid confusing macros from names that obeys scope and type rules.
12858 ##### Example
12860     void f()
12861     {
12862         const int SIZE{1000};  // Bad, use 'size' instead
12863         int v[SIZE];
12864     }
12866 ##### Note
12868 This rule applies to non-macro symbolic constants:
12870     enum bad { BAD, WORSE, HORRIBLE }; // BAD
12872 ##### Enforcement
12874 * Flag macros with lower-case letters
12875 * Flag `ALL_CAPS` non-macro names
12877 ### <a name="Rl-camel"></a> NL.10: Avoid CamelCase
12879 ##### Reason
12881 The use of underscores to separate parts of a name is the original C and C++ style and used in the C++ standard library.
12882 If you prefer CamelCase, you have to choose among different flavors of camelCase.
12884 ##### Note
12886 This rule is a default to use only if you have a choice.
12887 Often, you don't have a choice and must follow an established style for [consistency](#Rl-name).
12888 The need for consistency beats personal taste.
12890 ##### Example
12892 [Stroustrup](http://www.stroustrup.com/Programming/PPP-style.pdf):
12893 ISO Standard, but with upper case used for your own types and concepts:
12895 * `int`
12896 * `vector`
12897 * `My_map`
12899 ##### Enforcement
12901 Impossible.
12903 ### <a name="Rl-space"></a> NL.15: Use spaces sparingly
12905 ##### Reason
12907 Too much space makes the text larger and distracts.
12909 ##### Example, bad
12911     #include < map >
12913     int main (int argc, char * argv [ ])
12914     {
12915         // ...
12916     }
12918 ##### Example
12920     #include<map>
12922     int main(int argc, char* argv[])
12923     {
12924         // ...
12925     }
12927 ##### Note
12929 Some IDEs have their own opinions and add distracting space.
12931 ##### Note
12933 We value well-placed whitespace as a significant help for readability. Just don't overdo it.
12935 ### <a name="Rl-order"></a> NL.16: Use a conventional class member declaration order
12937 ##### Reason
12939 A conventional order of members improves readability.
12941 When declaring a class use the following order
12943 * types: classes, enums, and aliases (`using`)
12944 * constructors, assignments, destructor
12945 * functions
12946 * data
12948 Use the `public` before `protected` before `private` order.
12950 Private types and functions can be placed with private data.
12952 ##### Example
12954     ???
12956 ##### Enforcement
12958 Flag departures from the suggested order. There will be a lot of old code that doesn't follow this rule.
12960 ### <a name="Rl-knr"></a> NL.17: Use K&R-derived layout
12962 ##### Reason
12964 This is the original C and C++ layout. It preserves vertical space well. It distinguishes different language constructs (such as functions and classes well).
12966 ##### Note
12968 In the context of C++, this style is often called "Stroustrup".
12970 ##### Example
12972     struct Cable {
12973         int x;
12974         // ...
12975     };
12977     double foo(int x)
12978     {
12979         if (0 < x) {
12980             // ...
12981         }
12983         switch (x) {
12984             case 0:
12985                 // ...
12986                 break;
12987             case amazing:
12988                 // ...
12989                 break;
12990             default:
12991                 // ...
12992                 break;
12993         }
12995         if (0 < x)
12996             ++x;
12998         if (x < 0)
12999             something();
13000         else
13001             something_else();
13003         return some_value;
13004     }
13006 **Note** a space between `if` and `(`
13008 ##### Note
13010 Use separate lines for each statement, the branches of an `if`, and the body of a `for`.
13012 ##### Note
13014 The `{` for a `class` and a `struct` in *not* on a separate line, but the `{` for a function is.
13016 ##### Note
13018 Capitalize the names of your user-defined types to distinguish them from standards-library types.
13020 ##### Note
13022 Do not capitalize function names.
13024 ##### Enforcement
13026 If you want enforcement, use an IDE to reformat.
13028 ### <a name="Rl-ptr"></a> NL.18: Use C++-style declarator layout
13030 ##### Reason
13032 The C-style layout emphasizes use in expressions and grammar, whereas the C++-style emphasizes types.
13033 The use in expressions argument doesn't hold for references.
13035 ##### Example
13037     T& operator[](size_t);      // OK
13038     T &operator[](size_t);      // just strange
13039     T & operator[](size_t);     // undecided
13041 ##### Enforcement
13043 Impossible in the face of history.
13045 ### <a name="Rl-void"></a> NL.25: Don't use `void` as an argument type
13047 ##### Reason
13049 It's verbose and only needed where C compatibility matters.
13051 ##### Example
13053     void f(void);   // bad
13055     void g();       // better
13057 ###### Note
13059 Even Dennis Ritchie deemed `void f(void)` an abomination.
13060 You can make an argument for that abomination in C when function prototypes were rare so that banning:
13062     int f();
13063     f(1, 2, "weird but valid C89");   // hope that f() is defined int f(a, b, c) char* c; { /* ... */ }
13065 would have caused major problems, but not in the 21st century and in C++.
13067 # <a name="S-faq"></a> FAQ: Answers to frequently asked questions
13069 This section covers answers to frequently asked questions about these guidelines.
13071 ### <a name="Faq-aims"></a> FAQ.1: What do these guidelines aim to achieve?
13073 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.
13075 ### <a name="Faq-announced"></a> FAQ.2: When and where was this work first announced?
13077 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).
13079 ### <a name="Faq-maintainers"></a> FAQ.3: Who are the authors and maintainers of these guidelines?
13081 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!"
13083 ### <a name="Faq-contribute"></a> FAQ.4: How can I contribute?
13085 See [CONTRIBUTING.md](https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CONTRIBUTING.md). We appreciate volunteer help!
13087 ### <a name="Faq-maintainer"></a> FAQ.5: How can I become an editor/maintainer?
13089 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!
13091 ### <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?
13093 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.
13095 ### <a name="Faq-isocpp"></a> FAQ.7: If these guidelines are not approved by the committee, why are they under `github.com/isocpp`?
13097 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.
13099 ### <a name="Faq-cpp98"></a> FAQ.8: Will there be a C++98 version of these Guidelines? a C++11 version?
13101 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.
13103 ### <a name="Faq-language-extensions"></a> FAQ.9: Do these guidelines propose new language features?
13105 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.
13107 ### <a name="Faq-markdown"></a> FAQ.10: What version of Markdown do these guidelines use?
13109 These coding standards are written using [Common Markdown](http://commonmark.org), and `<a>` HTML anchors.
13111 We are considering the following extensions from [GitHub Flavored Markdown (GFM)](https://help.github.com/articles/github-flavored-markdown/):
13113 - fenced code blocks (consistently using indented vs. fenced is under discussion)
13114 - tables (none yet but we'll likely need them, and this is a GFM extension)
13116 Avoid other HTML tags and other extensions.
13118 Note: We are not yet consistent with this style.
13120 ### <a name="Faq-gsl"></a> FAQ.50: What is the GSL (guideline support library)?
13122 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.
13124 ### <a name="Faq-msgsl"></a> FAQ.51: Is [github.com/Microsoft/GSL](https://github.com/Microsoft/GSL) the GSL?
13126 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.
13128 ### <a name="Faq-gsl-implementation"></a> FAQ.52: Why not supply an actual GSL implementation in/with these guidelines?
13130 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.
13132 ### <a name="Faq-boost"></a> FAQ.53: Why weren’t the GSL types proposed through Boost?
13134 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.
13136 ### <a name="Faq-gsl-iso"></a> FAQ.54: Has the GSL (guideline support library) been approved by the ISO C++ standards committee?
13138 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.
13140 ### <a name="Faq-gsl-string-view"></a> FAQ.55: If you’re using the standard types where available, why is the GSL `string_view` different from the `string_view` in the Library Fundamentals 1 Technical Specification? Why not just use the committee-approved `string_view`?
13142 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_view` in the process of developing these guidelines, and a discussion of the differences, 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.
13144 ### <a name="Faq-gsl-owner"></a> FAQ.56: Is `owner` the same as the proposed `observer_ptr`?
13146 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.
13148 ### <a name="Faq-gsl-stack-array"></a> FAQ.57: Is `stack_array` the same as the standard `array`?
13150 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.
13152 ### <a name="Faq-gsl-dyn-array"></a> FAQ.58: Is `dyn_array` the same as `vector` or the proposed `dynarray`?
13154 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.
13156 ### <a name="Faq-gsl-expects"></a> FAQ.59: Is `Expects` the same as `assert`?
13158 No. It is a placeholder for language support for contract preconditions.
13160 ### <a name="Faq-gsl-ensures"></a> FAQ.60: Is `Ensures` the same as `assert`?
13162 No. It is a placeholder for language support for contract postconditions.
13164 # <a name="S-libraries"></a> Appendix A: Libraries
13166 This section lists recommended libraries, and explicitly recommends a few.
13168 ??? Suitable for the general guide? I think not ???
13170 # <a name="S-modernizing"></a> Appendix B: Modernizing code
13172 Ideally, we follow all rules in all code.
13173 Realistically, we have to deal with a lot of old code:
13175 * application code written before the guidelines were formulated or known
13176 * libraries written to older/different standards
13177 * code that we just haven't gotten around to modernizing
13179 If we have a million lines of new code, the idea of "just changing it all at once" is typically unrealistic.
13180 Thus, we need a way of gradually modernizing a code base.
13182 Upgrading older code to modern style can be a daunting task.
13183 Often, the old code is both a mess (hard to understand) and working correctly (for the current range of uses).
13184 Typically, the original programmer is not around and test cases incomplete.
13185 The fact that the code is a mess dramatically increases to effort needed to make any change and the risk of introducing errors.
13186 Often messy, old code runs unnecessarily slowly because it requires outdated compilers and cannot take advantage of modern hardware.
13187 In many cases, programs support would be required for major upgrade efforts.
13189 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.
13190 Making code "look pretty" or "follow modern style" are not by themselves reasons for change.
13191 There are risks implied by every change and costs (including the cost of lost opportunities) implied by having an outdated code base.
13192 The cost reductions must outweigh the risks.
13194 But how?
13196 There is no one approach to modernizing code.
13197 How best to do it depends on the code, the pressure for updates, the backgrounds of the developers, and the available tool.
13198 Here are some (very general) ideas:
13200 * The ideal is "just upgrade everything." That gives the most benefits for the shortest total time.
13201   In most circumstances, it is also impossible.
13202 * We could convert a code base module for module, but any rules that affects interfaces (especially ABIs), such as [use `array_view`](#SS-views), cannot be done on a per-module basis.
13203 * 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.
13204 * We could start by focusing on the interfaces, e.g., make sure that no resources are lost and no pointer is misused.
13205   This would be a set of changes across the whole code base, but would most likely have huge benefits.
13207 Whichever way you choose, please note that the most advantages come with the highest conformance to the guidelines.
13208 The guidelines are not a random set of unrelated rules where you can randomly pick and choose with an expectation of success.
13210 We would dearly love to hear about experience and about tools used.
13211 Modernization can be much faster, simpler, and safer when supported with analysis tools and even code transformation tools.
13213 # <a name="S-discussion"></a> Appendix C: Discussion
13215 This section contains follow-up material on rules and sets of rules.
13216 In particular, here we present further rationale, longer examples, and discussions of alternatives.
13218 ### <a name="Sd-order"></a> Discussion: Define and initialize member variables in the order of member declaration
13220 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.
13222     class Employee {
13223         string email, first, last;
13224     public:
13225         Employee(const char* firstName, const char* lastName);
13226         // ...
13227     };
13229     Employee::Employee(const char* firstName, const char* lastName)
13230       : first(firstName),
13231         last(lastName),
13232         // BAD: first and last not yet constructed
13233         email(first + "." + last + "@acme.com")
13234     {}
13236 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.
13238 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.
13240 **References**
13242 [[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
13244 ### <a name="???"></a> Use of `=`, `{}`, and `()` as initializers
13248 ### <a name="Sd-factory"></a> Discussion: Use a factory function if you need "virtual behavior" during initialization
13250 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:
13252 * *Pass the buck:* Just document that user code must call the post-initialization function right after constructing an object.
13253 * *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.
13254 * *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).)
13255 * *Use a factory function:* This way, you can easily force a mandatory invocation of a post-constructor function.
13257 Here is an example of the last option:
13259     class B {
13260     public:
13261         B() { /* ... */ f(); /* ... */ }   // BAD: see Item 49.1
13263         virtual void f() = 0;
13265         // ...
13266     };
13268     class B {
13269     protected:
13270         B() { /* ... */ }
13271         virtual void PostInitialize()    // called right after construction
13272             { /* ... */ f(); /* ... */ }   // GOOD: virtual dispatch is safe
13273     public:
13274         virtual void f() = 0;
13276         template<class T>
13277         static shared_ptr<T> Create()    // interface for creating objects
13278         {
13279             auto p = make_shared<T>();
13280             p->PostInitialize();
13281             return p;
13282         }
13283     };
13285     class D : public B { /* "¦ */ };     // some derived class
13287     shared_ptr<D> p = D::Create<D>();    // creating a D object
13289 This design requires the following discipline:
13291 * Derived classes such as `D` must not expose a public constructor. Otherwise, `D`'s users could create `D` objects that don't invoke `PostInitialize`.
13292 * Allocation is limited to `operator new`. `B` can, however, override `new` (see Items 45 and 46).
13293 * `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.
13295 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.
13297 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).
13299 **References**: [[Alexandrescu01]](#Alexandrescu01) §3, [[Boost]](#Boost), [[Dewhurst03]](#Dewhurst03) §75, [[Meyers97]](#Meyers97) §46, [[Stroustrup00]](#Stroustrup00) §15.4.3, [[Taligent94]](#Taligent94)
13301 ### <a name="Sd-dtor"></a> Discussion: Make base class destructors public and virtual, or protected and nonvirtual
13303 Should destruction behave virtually? That is, should destruction through a pointer to a `base` class should 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.
13305 ##### Example
13307 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>`:
13309     class base {
13310     public:
13311         ~base();                   // BAD, not virtual
13312         virtual ~base();           // GOOD
13313         // ...
13314     };
13316     class derived : public base { /* ... */ };
13318     {
13319         shared_ptr<base> pb = make_shared<derived>();
13320         // ...
13321     } // ~pb invokes correct destructor only when ~base is virtual
13323 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:
13325     class my_policy {
13326     public:
13327         virtual ~my_policy();      // BAD, public and virtual
13328     protected:
13329         ~my_policy();              // GOOD
13330         // ...
13331     };
13333     template<class Policy>
13334     class customizable : Policy { /* ... */ }; // note: private inheritance
13336 ##### Note
13338 This simple guideline illustrates a subtle issue and reflects modern uses of inheritance and object-oriented design principles.
13340 For a base class `Base`, calling code might try to destroy derived objects through pointers to `Base`, such as when using a `shared_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.
13342 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:
13344 * Whether it should behave virtually or not.
13345 * Whether it should be publicly available to all callers using a pointer to Base or else be a hidden internal implementation detail.
13347 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.
13349 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.
13351 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.)
13353 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.
13355 ##### Exception
13357 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.
13359 Consider also this rare case:
13361 * `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.
13362 * 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.
13364 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.
13366 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`.
13368 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.
13370 **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
13372 ### <a name="Sd-noexcept"></a> Discussion: Usage of noexecpt
13376 ### <a name="Sd-never-fail"></a> Discussion: Destructors, deallocation, and swap must never fail
13378 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.
13380 ##### Example
13382     class nefarious {
13383     public:
13384         nefarious()  { /* code that could throw */ }   // ok
13385         ~nefarious() { /* code that could throw */ }   // BAD, should not throw
13386         // ...
13387     };
13389 1. `nefarious` objects are hard to use safely even as local variables:
13392         void test(string& s)
13393         {
13394             nefarious n;          // trouble brewing
13395             string copy = s;      // copy the string
13396         } // destroy copy and then n
13398     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.
13400 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:
13403         class innocent_bystander {
13404             nefarious member;     // oops, poisons the enclosing class's destructor
13405             // ...
13406         };
13408         void test(string& s)
13409         {
13410             innocent_bystander i; // more trouble brewing
13411             string copy2 = s;      // copy the string
13412         } // destroy copy and then i
13414     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`.
13416 3. You can't reliably create global or static `nefarious` objects either:
13419         static nefarious n;       // oops, any destructor exception can't be caught
13421 4. You can't reliably create arrays of `nefarious`:
13424         void test()
13425         {
13426             std::array<nefarious, 10> arr; // this line can std::terminate(!)
13427         }
13429     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.
13431 5. You can't use `Nefarious` objects in standard containers:
13434         std::vector<nefarious> vec(10);   // this is line can std::terminate()
13436     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.
13438 ##### Note
13440 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.
13442 Consider the following advice and requirements found in the C++ Standard:
13444 > 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)
13446 > 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)
13448 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.
13449 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`:
13451     T& T::operator=(const T& other) {
13452         auto temp = other;
13453         swap(temp);
13454     }
13456 (See also Item 56. ???)
13458 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).
13460 When using exceptions as your error handling mechanism, always document this behavior by declaring these functions `noexcept`. (See Item 75.)
13462 **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
13464 ## <a name="Sd-consistent"></a> Define Copy, move, and destroy consistently
13466 ##### Reason
13468  ???
13470 ##### Note
13472 If you define a copy constructor, you must also define a copy assignment operator.
13474 ##### Note
13476 If you define a move constructor, you must also define a move assignment operator.
13478 ##### Example
13480     class x {
13481         // ...
13482     public:
13483         x(const x&) { /* stuff */ }
13485         // BAD: failed to also define a copy assignment operator
13487         x(x&&) { /* stuff */ }
13489         // BAD: failed to also define a move assignment operator
13490     };
13492     x x1;
13493     x x2 = x1; // ok
13494     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
13496 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.
13498     class X {
13499         HANDLE hnd;
13500         // ...
13501     public:
13502         ~X() { /* custom stuff, such as closing hnd */ }
13503         // suspicious: no mention of copying or moving -- what happens to hnd?
13504     };
13506     X x1;
13507     X x2 = x1; // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
13508     x2 = x1;   // pitfall: either fails to compile, or does something suspicious
13510 If you define copying, and any base or member has a type that defines a move operation, you should also define a move operation.
13512     class x {
13513         string s; // defines more efficient move operations
13514         // ... other data members ...
13515     public:
13516         x(const x&) { /* stuff */ }
13517         x& operator=(const x&) { /* stuff */ }
13519         //    BAD: failed to also define a move construction and move assignment
13520         //   (why wasn't the custom "stuff" repeated here?)
13521     };
13523     x test()
13524     {
13525         x local;
13526         // ...
13527         return local;  // pitfall: will be inefficient and/or do the wrong thing
13528     }
13530 If you define any of the copy constructor, copy assignment operator, or destructor, you probably should define the others.
13532 ##### Note
13534 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:
13536 * 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.)
13537 * 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.
13538 * 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.
13540 In many cases, holding properly encapsulated resources using RAII "owning" objects can eliminate the need to write these operations yourself. (See Item 13.)
13542 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.
13544 **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.
13545 In rare cases, classes that have members of strange types (such as reference members) are an exception because they have peculiar copy semantics.
13546 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.)
13548 **References**: [[C++CS]](#C++CS) Item 52; [[Cline99]](#Cline99) §30.01-14¸ [[Koenig97]](#Koenig97) §4¸ [[Stroustrup00]](#Stroustrup00) §5.5, §10.4¸ [[SuttHysl04b]](#SuttHysl04b)
13550 Resource management rule summary:
13552 * [Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource](#Cr-safety)
13553 * [Never throw while holding a resource not owned by a handle](#Cr-never)
13554 * [A "raw" pointer or reference is never a resource handle](#Cr-raw)
13555 * [Never let a pointer outlive the object it points to](#Cr-outlive)
13556 * [Use templates to express containers (and other resource handles)](#Cr-templates)
13557 * [Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)](#Cr-value-return)
13558 * [If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations](#Cr-handle)
13559 * [If a class is a container, give it an initializer-list constructor](#Cr-list)
13561 ### <a name="Cr-safety"></a> Provide strong resource safety; that is, never leak anything that you think of as a resource
13563 ##### Reason
13565 Prevent leaks. Leaks can lead to performance degradation, mysterious error, system crashes, and security violations.
13567 **Alternative formulation**: Have every resource represented as an object of some class managing its lifetime.
13569 ##### Example
13571     template<class T>
13572     class Vector {
13573     // ...
13574     private:
13575         T* elem;        // sz elements on the free store, owned by the class object
13576         int sz;
13577     };
13579 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.).
13581 ##### Example
13583     ??? "odd" non-memory resource ???
13585 ##### Enforcement
13587 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 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.
13589 ### <a name="Cr-never"></a> Never throw while holding a resource not owned by a handle
13591 ##### Reason
13593 That would be a leak.
13595 ##### Example
13597     void f(int i)
13598     {
13599         FILE* f = fopen("a file", "r");
13600         ifstream is { "another file" };
13601         // ...
13602         if (i == 0) return;
13603         // ...
13604         fclose(f);
13605     }
13607 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`:
13609     void f(int i)
13610     {
13611         unique_ptr<FILE> f = fopen("a file", "r");
13612         // ...
13613         if (i == 0) return;
13614         // ...
13615     }
13617 The code is simpler as well as correct.
13619 ##### Enforcement
13621 A checker must consider all "naked pointers" suspicious.
13622 A checker probably must rely on a human-provided list of resources.
13623 For starters, we know about the standard-library containers, `string`, and smart pointers.
13624 The use of `array_view` and `string_view` should help a lot (they are not resource handles).
13626 ### <a name="Cr-raw"></a> A "raw" pointer or reference is never a resource handle
13628 ##### Reason
13630 To be able to distinguish owners from views.
13632 ##### Note
13634 This is independent of how you "spell" pointer: `T*`, `T&`, `Ptr<T>` and `Range<T>` are not owners.
13636 ### <a name="Cr-outlive"></a> Never let a pointer outlive the object it points to
13638 ##### Reason
13640 To avoid extremely hard-to-find errors. Dereferencing such a pointer is undefined behavior and could lead to violations of the type system.
13642 ##### Example
13644     string* bad()       // really bad
13645     {
13646         vector<string> v = { "this", "will", "cause" "trouble" };
13647         return &v[0];   // leaking a pointer into a destroyed member of a destroyed object (v)
13648     }
13650     void use()
13651     {
13652         string* p = bad();
13653         vector<int> xx = {7, 8, 9};
13654         string x = *p;          // undefined behavior: x may not be 1
13655         *p = "Evil!";           // undefined behavior: we don't know what (if anything) is allocated a location p
13656     }
13658 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.
13660 ##### Enforcement
13662 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., `array_view` known not to be resource handles) to lower the number of cases to be examined. For starters, consider every class with a destructor a resource handle.
13664 ### <a name="Cr-templates"></a> Use templates to express containers (and other resource handles)
13666 ##### Reason
13668 To provide statically type-safe manipulation of elements.
13670 ##### Example
13672     template<typename T> class Vector {
13673         // ...
13674         T* elem;        // point to sz elements of type T
13675         int sz;
13676     };
13678 ### <a name="Cr-value-return"></a> Return containers by value (relying on move or copy elision for efficiency)
13680 ##### Reason
13682 To simplify code and eliminate a need for explicit memory management. To bring an object into a surrounding scope, thereby extending its lifetime.
13684 ##### Example
13686     vector<int> get_large_vector()
13687     {
13688         return ...;
13689     }
13691     auto v = get_large_vector(); //  return by value is ok, most modern compilers will do copy elision
13693 ##### Example
13695     ??? factory
13697 ##### Enforcement
13699 Check for pointers and references returned from functions and see if they are assigned to resource handles (e.g., to a `unique_ptr`).
13701 ### <a name="Cr-handle"></a> If a class is a resource handle, it needs a constructor, a destructor, and copy and/or move operations
13703 ##### Reason
13705 To provide complete control of the lifetime of the resource. To provide a coherent set of operations on the resource.
13707 ##### Example
13709     ??? Messing with pointers
13711 ##### Note
13713 If all members are resource handles, rely on the default special operations where possible.
13715     template<typename T> struct Named {
13716         string name;
13717         T value;
13718     };
13720 Now `Named` has a default constructor, a destructor, and efficient copy and move operations, provided `T` has.
13722 ##### Enforcement
13724 In general, a tool cannot know if a class is a resource handle. However, if a class has some of [the default operations](???), it should have all, and if a class has a member that is a resource handle, it should be considered a resource handle.
13726 ### <a name="Cr-list"></a> If a class is a container, give it an initializer-list constructor
13728 ##### Reason
13730 It is common to need an initial set of elements.
13732 ##### Example
13734     template<typename T> class Vector {
13735     public:
13736         vector<std::initializer_list<T>>;
13737         // ...
13738     };
13740     Vector<string> vs = { "Nygaard", "Ritchie" };
13742 ##### Enforcement
13744 When is a class a container? ???
13746 # <a name="S-glossary"></a> Glossary
13748 A relatively informal definition of terms used in the guidelines
13749 (based of the glossary in [Programming: Principles and Practice using C++](http://www.stroustrup.com/programming.html))
13751 * *abstract class*: a class that cannot be directly used to create objects; often used to define an interface to derived classes.
13752   A class is made abstract by having a pure virtual function or a protected constructor.
13753 * *abstraction*: a description of something that selectively and deliberately ignores (hides) details (e.g., implementation details); selective ignorance.
13754 * *address*: a value that allows us to find an object in a computer’s memory.
13755 * *algorithm*: a procedure or formula for solving a problem; a finite series of computational steps to produce a result.
13756 * *alias*: an alternative way of referring to an object; often a name, pointer, or reference.
13757 * *application*: a program or a collection of programs that is considered an entity by its users.
13758 * *approximation*: something (e.g., a value or a design) that is close to the perfect or ideal (value or design).
13759   Often an approximation is a result of trade-offs among ideals.
13760 * *argument*: a value passed to a function or a template, in which it is accessed through a parameter.
13761 * *array*: a homogeneous sequence of elements, usually numbered, e.g., [0:max).
13762 * *assertion*: a statement inserted into a program to state (assert) that something must always be true at this point in the program.
13763 * *base class*: a class used as the base of a class hierarchy. Typically a base class has one or more virtual functions.
13764 * *bit*: the basic unit of information in a computer. A bit can have the value 0 or the value 1.
13765 * *bug*: an error in a program.
13766 * *byte*: the basic unit of addressing in most computers. Typically, a byte holds 8 bits.
13767 * *class*: a user-defined type that may contain data members, function members, and member types.
13768 * *code*: a program or a part of a program; ambiguously used for both source code and object code.
13769 * *compiler*: a program that turns source code into object code.
13770 * *complexity*: a hard-to-precisely-define notion or measure of the difficulty of constructing a solution to a problem or of the solution itself.
13771   Sometimes complexity is used to (simply) mean an estimate of the number of operations needed to execute an algorithm.
13772 * *computation*: the execution of some code, usually taking some input and producing some output.
13773 * *concept*: (1) a notion, and idea; (2) a set of requirements, usually for a template argument
13774 * *concrete class*: class for which objects can be created.
13775 * *constant*: a value that cannot be changed (in a given scope); not mutable.
13776 * *constructor*: an operation that initializes (“constructs”) an object.
13777   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).
13778 * *container*: an object that holds elements (other objects).
13779 * *copy*: an operation that makes two object have values that compare equal. See also move.
13780 * *correctness*: a program or a piece of a program is correct if it meets its specification.
13781   Unfortunately, a specification can be incomplete or inconsistent, or can fail to meet users’ reasonable expectations.
13782   Thus, to produce acceptable code, we sometimes have to do more than just follow the formal specification.
13783 * *cost*: the expense (e.g., in programmer time, run time, or space) of producing a program or of executing it.
13784   Ideally, cost should be a function of complexity.
13785 * *customization point*: ???
13786 * *data*: values used in a computation.
13787 * *debugging*: the act of searching for and removing errors from a program; usually far less systematic than testing.
13788 * *declaration*: the specification of a name with its type in a program.
13789 * *definition*: a declaration of an entity that supplies all information necessary to complete a program using the entity.
13790 Simplified definition: a declaration that allocates memory.
13791 * *derived class*: a class derived from one or more base classes.
13792 * *design*: an overall description of how a piece of software should operate to meet its specification.
13793 * *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.
13794 * *encapsulation*: protecting something meant to be private (e.g., implementation details) from unauthorized access.
13795 * *error*: a mismatch between reasonable expectations of program behavior (often expressed as a requirement or a users’ guide) and what a program actually does.
13796 * *executable*: a program ready to be run (executed) on a computer.
13797 * *feature creep*: a tendency to add excess functionality to a program “just in case.”
13798 * *file*: a container of permanent information in a computer.
13799 * *floating-point number*: a computer’s approximation of a real number, such as 7.93 and 10.78e–3.
13800 * *function*: a named unit of code that can be invoked (called) from different parts of a program; a logical unit of computation.
13801 * *generic programming*: a style of programming focused on the design and efficient implementation of algorithms.
13802   A generic algorithm will work for all argument types that meet its requirements. In C++, generic programming typically uses templates.
13803 * *Global variable*: Technically, a named object in namespace scope
13804 * *handle*: a class that allows access to another through a member pointer or reference. See also resource, copy, move.
13805 * *header*: a file containing declarations used to share interfaces between parts of a program.
13806 * *hiding*: the act of preventing a piece of information from being directly seen or accessed.
13807   For example, a name from a nested (inner) scope can prevent that same name from an outer (enclosing) scope from being directly used.
13808 * *ideal*: the perfect version of something we are striving for. Usually we have to make trade-offs and settle for an approximation.
13809 * *implementation*: (1) the act of writing and testing code; (2) the code that implements a program.
13810 * *infinite loop*: a loop where the termination condition never becomes true. See iteration.
13811 * *infinite recursion*: a recursion that doesn’t end until the machine runs out of memory to hold the calls.
13812   In reality, such recursion is never infinite but is terminated by some hardware error.
13813 * *information hiding*: the act of separating interface and implementation, thus hiding implementation details not meant for the user’s attention and providing an abstraction.
13814 * *initialize*: giving an object its first (initial) value.
13815 * *input*: values used by a computation (e.g., function arguments and characters typed on a keyboard).
13816 * *integer*: a whole number, such as 42 and –99.
13817 * *interface*: a declaration or a set of declarations specifying how a piece of code (such as a function or a class) can be called.
13818 * *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.
13819 * *iteration*: the act of repeatedly executing a piece of code; see recursion.
13820 * *iterator*: an object that identifies an element of a sequence.
13821 * *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.
13822 * *lifetime*: the time from the initialization of an object until it becomes unusable (goes out of scope, is deleted, or the program terminates).
13823 * *linker*: a program that combines object code files and libraries into an executable program.
13824 * *literal*: a notation that directly specifies a value, such as 12 specifying the integer value “twelve.”
13825 * *loop*: a piece of code executed repeatedly; in C++, typically a for-statement or a while-statement.
13826 * *move*: an operation that transfers a value from one object to another leaving behind a value representing “empty.” See also copy.
13827 * *mutable*: changeable; the opposite of immutable, constant, and variable.
13828 * *object*: (1) an initialized region of memory of a known type which holds a value of that type; (2) a region of memory.
13829 * *object code*: output from a compiler intended as input for a linker (for the linker to produce executable code).
13830 * *object file*: a file containing object code.
13831 * *object-oriented programming*: (OOP) a style of programming focused on the design and use of classes and class hierarchies.
13832 * *operation*: something that can perform some action, such as a function and an operator.
13833 * *output*: values produced by a computation (e.g., a function result or lines of characters written on a screen).
13834 * *overflow*: producing a value that cannot be stored in its intended target.
13835 * *overload*: defining two functions or operators with the same name but different argument (operand) types.
13836 * *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.
13837 * *owner*: an object responsible for releasing a resource.
13838 * *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.
13839 * *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.
13840 * *pointer*: (1) a value used to identify a typed object in memory; (2) a variable holding such a value.
13841 * *post-condition*: a condition that must hold upon exit from a piece of code, such as a function or a loop.
13842 * *pre-condition*: a condition that must hold upon entry into a piece of code, such as a function or a loop.
13843 * *program*: code (possibly with associated data) that is sufficiently complete to be executed by a computer.
13844 * *programming*: the art of expressing solutions to problems as code.
13845 * *programming language*: a language for expressing programs.
13846 * *pseudo code*: a description of a computation written in an informal notation rather than a programming language.
13847 * *pure virtual function*: a virtual function that must be overridden in a derived class.
13848 * *RAII*: (“Resource Acquisition Is Initialization”) a basic technique for resource management based on scopes.
13849 * *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.
13850 * *regular expression*: a notation for patterns in character strings.
13851 * *recursion*: the act of a function calling itself; see also iteration.
13852 * *reference*: (1) a value describing the location of a typed value in memory; (2) a variable holding such a value.
13853 * *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.
13854 * *resource*: something that is acquired and must later be released, such as a file handle, a lock, or memory. See also handle, owner.
13855 * *rounding*: conversion of a value to the mathematically nearest value of a less precise type.
13856 * *RTTI*: Run-Time Type Information. ???
13857 * *scope*: the region of program text (source code) in which a name can be referred to.
13858 * *sequence*: elements that can be visited in a linear order.
13859 * *software*: a collection of pieces of code and associated data; often used interchangeably with program.
13860 * *source code*: code as produced by a programmer and (in principle) readable by other programmers.
13861 * *source file*: a file containing source code.
13862 * *specification*: a description of what a piece of code should do.
13863 * *standard*: an officially agreed upon definition of something, such as a programming language.
13864 * *state*: a set of values.
13865 * *STL*: The containers, iterators, and algorithms part of the standard library
13866 * *string*: a sequence of characters.
13867 * *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.
13868 * *subtype*: derived type; a type that has all the properties of a type and possibly more.
13869 * *supertype*: base type; a type that has a subset of the properties of a type.
13870 * *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.
13871 * *template*: a class or a function parameterized by one or more types or (compile-time) values; the basic C++ language construct supporting generic programming.
13872 * *testing*: a systematic search for errors in a program.
13873 * *trade-off*: the result of balancing several design and implementation criteria.
13874 * *truncation*: loss of information in a conversion from a type into another that cannot exactly represent the value to be converted.
13875 * *type*: something that defines a set of possible values and a set of operations for an object.
13876 * *uninitialized*: the (undefined) state of an object before it is initialized.
13877 * *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.
13878 * *use case*: a specific (typically simple) use of a program meant to test its functionality and demonstrate its purpose.
13879 * *value*: a set of bits in memory interpreted according to a type.
13880 * *variable*: a named object of a given type; contains a value unless uninitialized.
13881 * *virtual function*: a member function that can be overridden in a derived class.
13882 * *word*: a basic unit of memory in a computer, often the unit used to hold an integer.
13887 # <a name="S-unclassified"></a> To-do: Unclassified proto-rules
13889 This is our to-do list.
13890 Eventually, the entries will become rules or parts of rules.
13891 Alternatively, we will decide that no change is needed and delete the entry.
13893 * No long-distance friendship
13894 * Should physical design (what's in a file) and large-scale design (libraries, groups of libraries) be addressed?
13895 * Namespaces
13896 * 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?
13897 * Should there be inline namespaces (à la `std::literals::*_literals`)?
13898 * Avoid implicit conversions
13899 * Const member functions should be thread safe "¦ aka, but I don't really change the variable, just assign it a value the first time its called "¦ argh
13900 * Always initialize variables, use initialization lists for member variables.
13901 * 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. :)
13902 * Use `const`'ness wherever possible: member functions, variables and (yippee) `const_iterators`
13903 * Use `auto`
13904 * `(size)` vs. `{initializers}` vs. `{Extent{size}}`
13905 * Don't overabstract
13906 * Never pass a pointer down the call stack
13907 * falling through a function bottom
13908 * 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?
13909 * Speaking of virtual functions, should non-virtual interface be promoted? NO. (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.
13910 * 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?
13911 * Speaking of lambdas, what would weigh in on the decision between lambdas and (local?) classes in algorithm calls and other callback scenarios?
13912 * 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?
13913 * What to do with leaks out of temporaries? : `p = (s1 + s2).c_str();`
13914 * pointer/iterator invalidation leading to dangling pointers:
13916         void bad()
13917         {
13918             int* p = new int[700];
13919             int* q = &p[7];
13920             delete p;
13922             vector<int> v(700);
13923             int* q2 = &v[7];
13924             v.resize(900);
13926             // ... use q and q2 ...
13927         }
13929 * LSP
13930 * private inheritance vs/and membership
13931 * avoid static class members variables (race conditions, almost-global variables)
13933 * Use RAII lock guards (`lock_guard`, `unique_lock`, `shared_lock`), never call `mutex.lock` and `mutex.unlock` directly (RAII)
13934 * Prefer non-recursive locks (often used to work around bad reasoning, overhead)
13935 * 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`?
13936 * If two or more mutexes must be acquired at the same time, use `std::lock` (or another deadlock avoidance algorithm?)
13937 * 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.
13938 * 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)
13939 * 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)
13940 * individual `shared_ptr` objects are not thread-safe: a thread cannot call a non-`const` member function of `shared_ptr` while another thread accesses (but different threads can call non-`const` member functions on copies of a `shared_ptr` that refer to the same shared object)
13942 * rules for arithmetic
13944 # Bibliography
13946 * <a name="Alexandrescu01"></a>
13947   \[Alexandrescu01\]:  A. Alexandrescu. Modern C++ Design (Addison-Wesley, 2001).
13948 * <a name="C++03"></a>
13949   \[C++03\]:           ISO/IEC 14882:2003(E), Programming LanguagesC++ (updated ISO and ANSI C++ Standard including the contents of (C++98) plus errata corrections).
13950 * <a name="C++CS"></a>
13951   \[C++CS\]:
13952 * <a name="Cargill92"></a>
13953   \[Cargill92\]:       T. Cargill. C++ Programming Style (Addison-Wesley, 1992).
13954 * <a name="Cline99"></a>
13955   \[Cline99\]:         M. Cline, G. Lomow, and M. Girou. C++ FAQs (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1999).
13956 * <a name="Dewhurst03"></a>
13957   \[Dewhurst03\]:      S. Dewhurst. C++ Gotchas (Addison-Wesley, 2003).
13958 * <a name="Henricson97"></a>
13959   \[Henricson97\]:     M. Henricson and E. Nyquist. Industrial Strength C++ (Prentice Hall, 1997).
13960 * <a name="Koenig97"></a>
13961   \[Koenig97\]:        A. Koenig and B. Moo. Ruminations on C++ (Addison-Wesley, 1997).
13962 * <a name="Lakos96"></a>
13963   \[Lakos96\]:         J. Lakos. Large-Scale C++ Software Design (Addison-Wesley, 1996).
13964 * <a name="Meyers96"></a>
13965   \[Meyers96\]:        S. Meyers. More Effective C++ (Addison-Wesley, 1996).
13966 * <a name="Meyers97"></a>
13967   \[Meyers97\]:        S. Meyers. Effective C++ (2ndEdition) (Addison-Wesley, 1997).
13968 * <a name="Meyers14"></a>
13969   \[Meyers14\]:        S. Meyers. Effective Modern C++ (Addison-Wesley, 2014).
13970 * <a name="Murray93"></a>
13971   \[Murray93\]:        R. Murray. C++ Strategies and Tactics (Addison-Wesley, 1993).
13972 * <a name="Stroustrup00"></a>
13973   \[Stroustrup00\]:    B. Stroustrup. The C++ Programming Language (Special 3rdEdition) (Addison-Wesley, 2000).
13974 * <a name="Stroustrup05"></a>
13975   \[Stroustrup05\]:    B. Stroustrup. [A rationale for semantically enhanced library languages](http://www.stroustrup.com/SELLrationale.pdf).
13976 * <a name="Stroustrup13"></a>
13977   \[Stroustrup13\]:    B. Stroustrup. [The C++ Programming Language (4th Edition)](http://www.stroustrup.com/4th.html). Addison Wesley 2013.
13978 * <a name="Stroustrup14"></a>
13979   \[Stroustrup14\]:    B. Stroustrup. [A Tour of C++](http://www.stroustrup.com/Tour.html).
13980   Addison Wesley 2014.
13981 * <a name="SuttHysl04b"></a>
13982   \[SuttHysl04b\]:     H. Sutter and J. Hyslop. "Collecting Shared Objects" (C/C++ Users Journal, 22(8), August 2004).
13983 * <a name="SuttAlex05"></a>
13984   \[SuttAlex05\]:      H. Sutter and  A. Alexandrescu. C++ Coding Standards. Addison-Wesley 2005.
13985 * <a name="Sutter00"></a>
13986   \[Sutter00\]:        H. Sutter. Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2000).
13987 * <a name="Sutter02"></a>
13988   \[Sutter02\]:        H. Sutter. More Exceptional C++ (Addison-Wesley, 2002).
13989 * <a name="Sutter04"></a>
13990   \[Sutter04\]:        H. Sutter. Exceptional C++ Style (Addison-Wesley, 2004).
13991 * <a name="Taligent94"></a>
13992   \[Taligent94\]: Taligent's Guide to Designing Programs (Addison-Wesley, 1994).